PAGE7-14力學(xué)試驗(yàn)與創(chuàng)新課時(shí)強(qiáng)化訓(xùn)練1．(2024·山東菏澤一模)(6分)某同學(xué)利用如圖甲所示的試驗(yàn)裝置探究“物體的加速度與合外力的關(guān)系”，詳細(xì)試驗(yàn)步驟如下：A．按圖示裝置安裝器材；B．調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長(zhǎng)木板向下運(yùn)動(dòng)，且使小車上的擋光板通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等；C．取下細(xì)繩和砂桶，測(cè)量砂桶和砂子的總質(zhì)量m并記錄；D．把小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門1和光電門2時(shí)顯示的時(shí)間；E．重新掛上細(xì)繩和砂桶，變更砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù)B～D步驟。(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d＝__________。(2)下列有關(guān)本試驗(yàn)的說法正確的是__________。A．砂桶和砂子的總質(zhì)量必需遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量B．小車的質(zhì)量必需遠(yuǎn)小于砂桶和砂子的總質(zhì)量C．平衡摩擦力時(shí)要取下細(xì)繩和砂桶D．平衡摩擦力時(shí)不須要取下細(xì)繩和砂桶(3)若擋光片的寬度為d，光電門1、光電門2之間的距離為l，顯示的時(shí)間分別為t1、t2，則小車的加速度為__________。[解析](1)主尺讀數(shù)為0.6cm，游標(biāo)尺讀數(shù)為15×0.05mm＝0.75mm＝0.075cm，故擋光片寬度為0.675cm。(2)因試驗(yàn)操作中，平衡摩擦力時(shí)，小車在細(xì)繩的拉力作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而取下細(xì)繩和砂桶后，小車沿木板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，小車所受合外力等于砂桶及砂子的總重力，則分析各選項(xiàng)可知只有D正確。(3)由eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))eq\s\up12(2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))eq\s\up12(2)＝2al，可知a＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))\s\up12(2),2l)。[答案](1)0.675cm(2)D(3)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))\s\up12(2),2l)2．(2024·湖北七市三月模擬)某同學(xué)為了探究桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式，設(shè)計(jì)了如圖所示的試驗(yàn)：質(zhì)量為m的勻稱長(zhǎng)直桿一端固定在光滑轉(zhuǎn)軸O處，桿由水平位置靜止釋放，用光電門測(cè)出另一端A經(jīng)過某位置時(shí)的瞬時(shí)速度vA，并登記該位置與轉(zhuǎn)軸O的高度差h。(1)調(diào)整h的大小并記錄對(duì)應(yīng)的速度vA，數(shù)據(jù)如下表，為了形象直觀地反映vA和h的關(guān)系，應(yīng)選擇__________(填“vA”、“veq\o\al(－1,A)”或“veq\o\al(2,A)”)為縱坐標(biāo)，并在坐標(biāo)紙中標(biāo)明縱坐標(biāo)，畫出圖像。組次123456h/m0.050.100.150.200.250.30v/(m·s－1)1.231.732.122.462.743.00veq\o\al(－1,A)/(s·m－1)0.810.580.470.410.360.33veq\o\al(2,A)/(m2·s－2)1.503.004.506.057.519.00(2)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10m/s2，結(jié)合圖像分析，桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能Ek＝__________。(請(qǐng)用質(zhì)量m、速度vA表示)[解析](1)由表中數(shù)據(jù)可看出，h與veq\o\al(2,A)成正比，因此應(yīng)選擇veq\o\al(2,A)為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)畫線，可得到一條過原點(diǎn)的直線。(2)據(jù)機(jī)械能守恒得Ek＝eq\f(1,2)mgh，由圖像得h＝eq\f(1,30)veq\o\al(2,A)，則Ek＝eq\f(1,2)mg·eq\f(1,30)veq\o\al(2,A)＝eq\f(1,6)mveq\o\al(2,A)。[答案](1)veq\o\al(2,A)圖像如圖所示(2)eq\f(1,6)mveq\o\al(2,A)[易錯(cuò)點(diǎn)撥]①留意桿重心下降的高度為eq\f(h,2)。②vA是桿的A端運(yùn)動(dòng)的速度，故桿的動(dòng)能不等于eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)。③桿的平均速度＝eq\f(vA,2)。3．(2024·江西上饒六校一聯(lián))利用如圖所示的裝置可以“測(cè)定滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)”和“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”，豎直平面內(nèi)的四分之一光滑圓弧軌道下端與水平桌面相切，先將小滑塊A從圓弧軌道的最高點(diǎn)無初速度釋放，測(cè)出小滑塊在水平桌面上滑行的距離x1(圖甲)；然后將小滑塊B放在圓弧軌道的最低點(diǎn)，再將A從圓弧軌道的最高點(diǎn)無初速度釋放，A與B碰撞后結(jié)合為一個(gè)整體，測(cè)出整體沿桌面滑動(dòng)的距離x2(圖乙)，圓弧軌道的半徑為R，A和B完全相同，重力加速度為g。(1)小滑塊A運(yùn)動(dòng)到圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度v＝__________(用R和g表示)。(2)小滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝__________(用R和x1表示)。(3)若x1和x2的比值eq\f(x1,x2)＝__________，則驗(yàn)證了A和B碰撞過程中動(dòng)量守恒。[解析](1)因?yàn)閳A弧軌道光滑，小滑塊下滑過程中機(jī)械能守恒，則有mgR＝eq\f(1,2)mv2，得v＝eq\r(2gR)。(2)由能量守恒有mgR＝μmgx1，得μ＝eq\f(R,x1)。(3)若A和B碰撞時(shí)動(dòng)量守恒，則有mv＝2mv′，得v′＝eq\f(v,2)，由能量守恒有eq\f(1,2)·2mv′2＝μ·2mgx2，得eq\f(x1,x2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,v′)))eq\s\up12(2)＝4，故當(dāng)eq\f(x1,x2)＝4時(shí)A和B碰撞時(shí)動(dòng)量守恒。[答案](1)eq\r(2gR)(2)R/x1(3)44．(2024·安徽A10聯(lián)盟)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的試驗(yàn)中，某物理愛好小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行試驗(yàn)。(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度d＝__________cm。(2)接通氣源，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過光電門的擋光時(shí)間t，測(cè)出釋放點(diǎn)到光電門的間距為s，以s為縱軸，eq\f(1,t2)為橫軸作圖，得到的圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，且斜率為k，則滑塊的加速度a＝__________(用d、k表示)。(3)若以測(cè)得的滑塊加速度a為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力F，作出如圖丙中圖線1。為了減小誤差，該愛好小組將一個(gè)力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽視不計(jì))，從力傳感器中得出拉力F，作出a-F圖像是圖丙中的圖線__________(填“2”或“3”)。[解析](1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為：0.9cm＋8×0.05mm＝0.940cm；(2)滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有2as＝v2，又v＝eq\f(d,t)，可得s＝eq\f(d2,2at2)，已知斜率為k，可得a＝eq\f(d2,2k)；(3)因鉤碼及滑塊做加速運(yùn)動(dòng)，可知細(xì)線的拉力應(yīng)比鉤碼的重力小，而用傳感器測(cè)出的是滑塊所受的實(shí)際的拉力，此時(shí)a-F圖像應(yīng)為圖線2。[答案](1)0.940(2)eq\f(d2,2k)(3)25．(2024·天津理綜)某探討小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn)，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)，橡皮條(帶兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個(gè))。(1)詳細(xì)操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于試驗(yàn)操作的建議，其中正確的有__________。A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B．重復(fù)試驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同C．運(yùn)用測(cè)力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度D．用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必需都小于只用一個(gè)測(cè)力計(jì)時(shí)的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次試驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對(duì)于提高試驗(yàn)精度最有利的是__________。[解析]本題考查“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn)。(1)橡皮條的彈力方向不須要在兩繩套夾角的角平分線上，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)點(diǎn)O的位置與上次試驗(yàn)無關(guān)，可以不同，選項(xiàng)B正確；運(yùn)用測(cè)力計(jì)時(shí)，為避開彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線方向，讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度，選項(xiàng)C正確；拉力小于彈簧測(cè)力計(jì)的量程即可，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(2)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn)中，在不超測(cè)力計(jì)量程的前提下，拉力應(yīng)盡量大些；確定拉力方向時(shí)，所描點(diǎn)應(yīng)與O點(diǎn)的距離大些；兩繩套夾角不能過大或過小；作圖示時(shí)，所選標(biāo)度越小，精度越高。綜上所述，應(yīng)選B。[答案](1)BC(2)B6．(2024·江蘇單科)某同學(xué)利用如圖所示的試驗(yàn)裝置來測(cè)量重力加速度g。細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。試驗(yàn)操作如下：①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止。釋放重錘2，同時(shí)右手開啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間；④重復(fù)測(cè)量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測(cè)量值t。請(qǐng)回答下列問題：(1)步驟④可以減小對(duì)下落時(shí)間t測(cè)量的__________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。(2)試驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小許多，主要是為了____________。A．使H測(cè)得更精確B．使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD．使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起試驗(yàn)誤差?，F(xiàn)供應(yīng)一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？(4)運(yùn)用橡皮泥改進(jìn)試驗(yàn)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，并測(cè)出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用試驗(yàn)中的測(cè)量量和已知量表示g，得g＝__________。[解析](2)m相對(duì)M越小，系統(tǒng)的加速度越小，重錘1下落的時(shí)間就越長(zhǎng)，測(cè)量時(shí)間的相對(duì)誤差就越小，故選B。(3)在重錘1上粘上橡皮泥，輕拉重錘1后松手，若能勻速運(yùn)動(dòng)，就說明平衡了摩擦阻力。(4)系統(tǒng)勻加速下落的過程中有：H＝eq\f(1,2)at2①mg＝(2M＋m＋m0)a②解①②得：g＝eq\f(2（2M＋m＋m0）H,mt2)。[答案](1)偶然(2)B(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1后松手，能視察到其勻速下落。(4)eq\f(2（2M＋m＋m0）H,mt2)[疑難突破]對(duì)于創(chuàng)新型的試驗(yàn)，弄清試驗(yàn)原理，一切問題就迎刃而解了。7．(2024·北京理綜)用圖1所示的試驗(yàn)裝置探討小車速度隨時(shí)間變更的規(guī)律。主要試驗(yàn)步驟如下：a．安裝好試驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次。b．選出一條點(diǎn)跡清楚的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通過測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示。結(jié)合上述試驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還須要運(yùn)用的有__________和__________(填選項(xiàng)前的字母)。A．電壓合適的50Hz溝通電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖3中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出v-t圖像。(3)視察v-t圖像，可以推斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是____________________。v-t圖像斜率的物理意義是__________。(4)描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt的要求是__________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從試驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差__________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。(5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)當(dāng)是勻稱變更的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖4所示的“斜面試驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想。請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的學(xué)問，分析說明如何利用伽利略“斜面試驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間勻稱變更的。[解析](1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源為50Hz的溝通電源，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離需用刻度尺。(2)圖見答案。(3)因?yàn)樾≤嚨乃俣入S時(shí)間勻稱變更，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由勻加速直線運(yùn)動(dòng)中速度v＝v0＋at，可知v-t圖像斜率的物理意義是加速度。(4)＝eq\f(Δx,Δt)，若用表示瞬時(shí)速度，Δx越小越好，而選取的Δx大小會(huì)影響速度測(cè)量值與真實(shí)值的偏差大小。(5)設(shè)v0＝0，v＝at，而x＝eq\f(1,2)at2，故可通過位移隨時(shí)間的變更狀況，推斷速度隨時(shí)間的變更狀況。[答案](1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時(shí)間勻稱變更加速度(4)越小越好有關(guān)(5)假如小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x∝t2。因此，只有測(cè)量小球通過不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間勻稱變更。[解題關(guān)鍵]試驗(yàn)原理的相識(shí)。(1)圖像法是試驗(yàn)中常用的方法，要學(xué)會(huì)通過圖像分析問題。(2)測(cè)量量的轉(zhuǎn)換是試驗(yàn)中的常用手段，當(dāng)某一個(gè)物理量不易測(cè)量時(shí)，可通過該量與其他量的關(guān)系式，轉(zhuǎn)換成其他可測(cè)量的物理量。如將速度的測(cè)量轉(zhuǎn)換成位移的測(cè)量。8．如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)狀況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的試驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．直流電源B．溝通電源(2)試驗(yàn)中，須要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．把長(zhǎng)木板右端墊高B．變更小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項(xiàng)前的字母)的狀況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消退了摩擦力和其他阻力的影響。A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測(cè)得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。試驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為m