專題提升訓(xùn)練16力學(xué)實驗1.研究性學(xué)習(xí)小組為研究勻變速直線運動的規(guī)律和測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?采用了如圖甲所示的裝置,其中m1=50g、m2=150g,開始時保持裝置靜止,然后釋放質(zhì)量為m2的物塊,該物塊可以帶動質(zhì)量為m1的物塊拖著紙帶打出一系列的點,只要對紙帶上的點進(jìn)行測量,即可研究勻變速直線運動。某次實驗打出的紙帶如圖乙所示,0是打下的第一個點,每相鄰兩點間還有4個點沒有標(biāo)出,交變電流頻率為50Hz。甲乙(1)系統(tǒng)的加速度大小為a=m/s2,在打點0~5的過程中,系統(tǒng)動能的增量ΔEk=J。

(2)忽略一切阻力的情況下,某同學(xué)作出的v22-hm/s2。

丙答案:(1)4.80.576(2)9.6解析:(1)由紙帶可以求出系統(tǒng)的加速度:x56-x45=aT2,而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1s,代入數(shù)據(jù)可解得加速度大小為a=4.8m/s2,在打計數(shù)點0~5的過程中,系統(tǒng)動能的增量為ΔEk=12(m1+m2)v52,打計數(shù)點5的瞬時速度為v5=x462T=(2)由兩物塊組成的系統(tǒng)的重力勢能減少量等于動能的增加量可得(m2-m1)gh=12(m1+m2)v2,整理得v22=(m2-m1)g?2.(2019·天津和平區(qū)二模)某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行物理實驗,實驗裝置如圖甲所示。在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電門,滑塊上固定一遮光條,光電門可以記錄下遮光條通過光電門時所用的時間?；瑝K上裝有拉力傳感器,可以讀出細(xì)線上的拉力大小。(1)實驗前用螺旋測微器測遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖乙所示,則d=mm。

(2)滑塊用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌右端的定滑輪與托盤(盤內(nèi)有砝碼)相連,將滑塊由圖甲所示位置釋放,若已知遮光條通過兩個光電門所用時間分別為Δt1、Δt2以及遮光條寬度為d,還測出兩光電門間距離l,則滑塊的加速度可用上述物理量表示為a=。

(3)利用該實驗裝置還可以進(jìn)行牛頓第二定律的驗證,關(guān)于牛頓第二定律的驗證某同學(xué)提出如下觀點,其中正確的是。

A.測量遮光條寬度時可以采取多次測量取平均值的方法消除系統(tǒng)誤差B.實驗中加速度已由②中獲得,只需讀取拉力傳感器的讀數(shù)F并測得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,即可驗證牛頓第二定律C.因為拉力傳感器可以直接讀取拉力,所以不需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌右端定滑輪的高度,使?fàn)恳瑝K的細(xì)繩與導(dǎo)軌平行D.因為拉力傳感器可以直接讀取拉力,所以不需要托盤和砝碼的總質(zhì)量m'遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m答案:(1)8.475(8.474~8.476)(2)12l解析:(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為8.0mm,可動刻度讀數(shù)為0.01×47.5mm=0.475mm,所以最終讀數(shù)為8.0mm+0.475mm=8.475mm。(2)根據(jù)遮光板通過光電門的速度可以用平均速度代替得滑塊通過第一個光電門時的速度為v1=d滑塊通過第二個光電門時的速度為v2=d滑塊的加速度為a=v2(3)測量遮光條寬度時可以采取多次測量取平均值的方法減小偶然誤差,而系統(tǒng)誤差不能消除,故A錯誤;實驗中加速度已由②中獲得,只需讀取拉力傳感器的讀數(shù)F并測得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,即可驗證牛頓第二定律,故B正確;拉力傳感器可以直接讀取拉力,但仍需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌右端定滑輪的高度,使?fàn)恳瑝K的細(xì)繩與導(dǎo)軌平行,故C錯誤;因為拉力傳感器可以直接讀取拉力,所以不需要托盤和砝碼的總質(zhì)量m'遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,故D正確。3.(2019·天津武清區(qū)月考)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,現(xiàn)提供如圖甲所示的實驗裝置。請思考探究思路并回答下列問題:甲乙(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取做法是。

A.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動B.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動下恰好做勻加速運動C.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動D.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻加速運動(2)消除小車與水平木板之間摩擦力的影響后,可用鉤碼總重力代替小車所受的拉力,此時鉤碼質(zhì)量m與小車總質(zhì)量m'之間應(yīng)滿足的關(guān)系為。

(3)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測量。在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線(如圖乙所示)。①分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是

。

②此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是。

A.小車與軌道之間存在摩擦B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D.所用小車的質(zhì)量太大(4)某同學(xué)以小盤和盤內(nèi)砝碼的總重力作為細(xì)線對小車的拉力F,測出不同拉力F對應(yīng)的加速度a值,并把各數(shù)據(jù)標(biāo)在a-F坐標(biāo)系上,發(fā)現(xiàn)它們都在一條直線的附近,這條直線不過坐標(biāo)原點,如圖丙所示,產(chǎn)生這種情況的原因是,經(jīng)過調(diào)整后,該同學(xué)作出的a-F圖像如圖丁中的A所示,另一位同學(xué)使用同一套儀器作出的a-F圖像如圖丁中的B所示。則mAmB(填“>”“=”或“<”)。

答案:(1)C(2)m?m'(3)①在誤差允許范圍內(nèi),質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與物體所受的合外力成正比②C(4)平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力<解析:(1)把長木板的一端墊得過高,使得傾角偏大,會導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力偏大,摩擦力偏小,而且重力沿斜面向下的分力大于摩擦力,這樣在沒有繩子的拉力作用下,小車就會產(chǎn)生加速度,故選C。(2)設(shè)小車加速度為a,對小車F=m'a對重物F-mg=ma聯(lián)立解得a=mgm'+m=(3)①對OA段分析可知,在誤差允許范圍內(nèi),質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與物體所受的合外力成正比;②由(2)分析可知,圖像AB發(fā)生彎曲的原因是鉤碼的質(zhì)量不是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量;(4)由圖像可知,圖線不通過坐標(biāo)原點,F不為零時,加速度仍為零,故沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。根據(jù)牛頓第二定律F=ma,有a=Fm,所以在a-F圖像中斜率表示1m,故斜率大的質(zhì)量小,兩條圖像斜率不同,A圖線的斜率大,其研究對象的質(zhì)量必定小;B圖線斜率小,其研究對象的質(zhì)量必定大。而本題中的研究對象是小車及車上砝碼,所以B圖線表示的小車及車上砝碼總質(zhì)量較大,即mA<m4.(2019·廣東聯(lián)考)在實驗室里為了驗證動量守恒定律,一般采用如圖甲、乙兩種裝置:(1)若入射小球質(zhì)量為m1,半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2,半徑為r2,則要求。

A.m1>m2,r1>r2B.m1>m2,r1<r2C.m1>m2,r1=r2D.m1<m2,r1=r2(2)設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1,被碰小球的質(zhì)量為m2,則在用甲裝置實驗時,驗證動量守恒定律的公式為(用裝置圖中的字母表示)。

(3)若采用乙裝置進(jìn)行實驗,以下所提供的測量工具中必須有的是。

A.毫米刻度尺B.游標(biāo)卡尺C.天平D.彈簧測力計E.停表(4)在實驗裝置乙中,若小球和斜槽軌道非常光滑,則可以利用一個小球驗證小球在斜槽上下滑過程中的機械能守恒。這時需要測量的物理量有:小球靜止釋放的初位置到斜槽末端的高度差h1,小球從斜槽末端水平飛出后做平拋運動到地面的水平位移s、豎直下落高度h2。則所需驗證的關(guān)系式為。(不計空氣阻力,用題中的字母符號表示)

答案:(1)C(2)m1lOP=m1lOM+m2lO'N(3)AC(4)s2=4h1h2(其他合理形式均可)5.(2019·湖北黃岡質(zhì)檢)某同學(xué)在家中找到兩根一樣的輕彈簧P和Q、裝有水的總質(zhì)量m=1kg的礦泉水瓶、刻度尺、量角器和細(xì)繩等器材,設(shè)計如圖所示的實驗驗證力的平行四邊形定則,同時測出彈簧的勁度系數(shù)k。其操作如下:a.將彈簧P上端固定,讓其自然下垂,用刻度尺測出此時彈簧P的長度l0=12.50cm;b.將礦泉水瓶通過細(xì)繩連接在彈簧P下端,待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測出此時彈簧P的長度l1,如圖甲所示,則l1=cm;

c.在細(xì)繩和彈簧Q的掛鉤上涂抹少許潤滑油,將細(xì)繩搭在掛鉤上,緩慢地拉起彈簧Q,使彈簧P偏離豎直方向的夾角為60°(彈簧P的長度不變),測出彈簧Q的長度為l2及其軸線與豎直方向夾角為θ,如圖乙所示。(1)取重力加速度g=10m/s2,則彈簧P的勁度系數(shù)k=;

(2)若要驗證力的平行四邊形定則,l2和θ需滿足的條件是l2=cm,θ=。

答案:17.50(1)200N/m(2)17.5060°解析:由題圖甲可讀出l1=17.50cm;(1)彈簧P的勁度系數(shù)k=mgΔ(2)由平衡條件可知FTPcos60°+FTQcosθ=mg;FTPsin60°=FTQsinθ;由題意可知FTP=mg;聯(lián)立解得FTQ=mg,θ=60°,則l2=l1=17.50cm。6.(2019·廣東深圳調(diào)研)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置來測量物體間的動摩擦因數(shù),實驗步驟如下:甲乙①把“”形木塊放在光滑水平面上,木塊表面AB、BC粗糙程度相同;②木塊右側(cè)與豎直墻壁之間連接著一個力傳感器(當(dāng)力傳感器受到水平壓力時,其示數(shù)為正值;當(dāng)力傳感器受到水平拉力時,其示數(shù)為負(fù)值);③一個可視為質(zhì)點的滑塊從C點由靜止開始下滑,運動過程中,傳感器記錄到的力與時間的關(guān)系如圖乙所示(滑塊經(jīng)過B時的速率不變)回答下列問題:(1)為了測出滑塊與“”形木塊的動摩擦因數(shù),需要測量或已知哪些物理量。

A.BC的長度B.斜面BC的傾角θ