作業(yè)17力學(xué)實驗1.(7分)某同學(xué)用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律。將斜槽軌道固定在水平桌面上,軌道末端水平,右側(cè)端點在水平木板上的垂直投影為O點,木板上疊放著白紙和復(fù)寫紙。實驗時先將小球a從斜槽軌道上Q處由靜止釋放,a從軌道右端水平飛出后落在木板上;重復(fù)多次,測出落點的平均位置P與O點的距離xP。將與a半徑相等的小球b置于軌道右側(cè)端點,再將小球a從Q處由靜止釋放,兩球碰撞后均落在木板上;重復(fù)多次,分別測出a、b兩球落點的平均位置M、N與O點的距離xM、xN。完成下列填空:(1)記a、b兩球的質(zhì)量分別為ma、mb,實驗中須滿足條件ma(選填“>”或“<”)mb。

(2)如果測得的xP、xM、xN、ma和mb在實驗誤差范圍內(nèi)滿足關(guān)系式,則驗證了兩小球在碰撞中滿足動量守恒定律。實驗中,用小球落點與O點的距離來代替小球水平飛出時的速度,依據(jù)是

。

2.(5分)(2024浙江三模)在做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗時:圖1圖2圖3(1)在水平放置的情況下對兩個彈簧測力計進行校零,對拉時示數(shù)相等,然后在豎直平面內(nèi)進行實驗,如圖1所示,則拉力的測量值(選填“偏大”或“偏小”)。

(2)在水平桌面上做實驗時,如圖2所示,先用兩個彈簧測力計把橡皮筋拉到一定長度,記下,同時記下F1、F2的大小和方向。再用一個彈簧測力計拉橡皮筋,把結(jié)點拉到O點時,彈簧測力計的示數(shù)如圖3所示,讀數(shù)為N。

(3)以下操作有利于提高本實驗精度的是。

A.記錄細線方向時兩點的距離遠一點B.F1與F2的夾角盡可能大一些C.作力的圖示時,選用的標(biāo)度適當(dāng)?shù)男∫稽c(4)該興趣小組通過多次實驗得到多組實驗數(shù)據(jù),肯定有誤的是。

A.F1=2.10N,F2=1.90N,F=2.90NB.F1=2.10N,F2=2.60N,F=5.50NC.F1=2.10N,F2=3.80N,F=1.10ND.F1=2.10N,F2=2.10N,F=1.10N3.(7分)(2024浙江溫州三模)甲同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器記錄物體沿斜面下滑的運動過程來驗證機械能守恒定律,計時系統(tǒng)的工作要借助于光源和光敏管。當(dāng)滑塊經(jīng)過光電門時,其上的遮光條把光遮住,與光敏管相連的電子電路自動記錄遮光的時間,通過數(shù)碼屏顯示出來。實驗部分裝置圖如圖1所示,已知滑塊和遮光條的總質(zhì)量為m',砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m,遮光條寬度為d,經(jīng)過光電門1和光電門2的時間分別為t1和t2,在裝置上讀出兩光電門之間的距離,用L表示,回答下列問題。圖1(1)該同學(xué)用螺旋測微器測量遮光條寬度d,如圖2所示,則遮光條寬度d=mm。

圖2(2)該實驗中,以下操作正確的是。

A.遮光條寬度越小越好B.需抬高左側(cè)以平衡摩擦力C.無需滿足m'>m(3)該同學(xué)為驗證機械能守恒,重力勢能的減少量ΔEp的表達式是,動能的增加量ΔEk的表達式是(以上兩空均用字母m'、m、d、L、t1、t2表示);若在誤差允許范圍內(nèi),ΔEp近似等于ΔEk,則說明機械能守恒;若在進行數(shù)據(jù)分析時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)增加的動能ΔEk總是大于砝碼盤和砝碼減少的重力勢能ΔEp,可能的原因是(寫出1條即可)。

(4)若乙同學(xué)用一端帶滑輪的軌道和打點計時器驗證系統(tǒng)的機械能守恒,如圖3所示,請問這樣的做法(選填“可行”或“不可行”)。

圖34.(7分)(2024浙江模擬預(yù)測)(1)如圖1、2、3分別為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“驗證機械能守恒定律”和“探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系”的實驗場景,回答下列問題。圖1圖2圖3①以上三個實驗都用到了重物,根據(jù)題中三個實驗場景順序,分別對應(yīng)選用下列三個重物的正確順序應(yīng)是。

甲乙丙A.甲、乙、丙B.乙、丙、甲C.甲、丙、乙②在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中,小宇同學(xué)選用的打點計時器是電火花計時器,下列實驗器材必需的是。

本實驗中確保重物的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的目的是。

③在“驗證機械能守恒定律”實驗中,小宇在某次實驗得到如下一條紙帶,O點為打點的起始點,在紙帶上選取連續(xù)清晰的點跡依次標(biāo)注A、B、C、D、E、F,則D點在刻度尺的對應(yīng)讀數(shù)為cm;打E點時重物的速度大小vE=m/s。(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(2)小宇同學(xué)在家里做“用單擺測量重力加速度的大小”的實驗。①測量擺線長時,下列最合適的測量工具是。

A.游標(biāo)卡尺B.螺旋測微器C.1m長毫米刻度尺 D.20cm長毫米刻度尺②實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)測得的值大于當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)重力加速度的值。造成上面實驗誤差的原因可能是。

A.描繪T2-L圖像時,用擺線長當(dāng)作擺長B.擺球擺動過程中未保證在同一豎直平面內(nèi)運動C.測出(n+1)次全振動時間t,誤作為n次全振動時間進行計算5.(5分)(2024浙江臺州模擬預(yù)測)某同學(xué)借助圖甲所示裝置驗證動量守恒定律,長木板的一端墊有小木塊,可以微調(diào)木板的傾斜程度,以平衡摩擦力,使兩個小車均能在木板上做勻速直線運動。小車1前端貼有橡皮泥,后端與穿過打點計時器的紙帶相連,接通打點計時器電源后,讓小車1以某速度做勻速直線運動,與置于木板上靜止的小車2相碰并粘在一起,之后繼續(xù)做勻速直線運動。打點計時器電源頻率為50Hz,得到的紙帶如圖乙所示,已將各計數(shù)點之間的距離標(biāo)在圖上。甲乙(1)圖乙中的數(shù)據(jù)有AB、BC、CD、DE四段,計算小車1碰撞前的速度大小應(yīng)選段,計算兩車碰撞后的速度大小應(yīng)選段。

(2)關(guān)于實驗的操作與反思,下述說法正確的是。

A.實驗中小車1必須從靜止釋放B.若小車1前端沒貼橡皮泥,不影響實驗驗證C.上述實驗裝置不能驗證彈性碰撞規(guī)律(3)若小車1的質(zhì)量(含橡皮泥)為0.4kg,小車2的質(zhì)量為0.2kg,根據(jù)紙帶數(shù)據(jù),碰前兩小車的總動量是kg·m/s,碰后兩小車的總動量是kg·m/s。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)

6.(4分)某實驗小組利用如圖甲裝置探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系。圓中直徑為D的水平圓盤可繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動,圖盤邊緣側(cè)面上有很小一段很薄的反光涂層。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到某一位置時,接收器可以接收到反光涂層所反射的激光束,并將所收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號,在示波器顯示屏上顯示出來,從而記錄反光時間Δt。長為L的細線一端連接小滑塊,另一端連到固定在轉(zhuǎn)軸上的力傳感器上,連接到計算機上的傳感器能顯示細線的拉力F,用游標(biāo)卡尺測量反光涂層的長度Δd。實驗小組采取了下列實驗步驟:甲乙(1)為了探究向心力與角速度的關(guān)系,需要控制滑塊質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)半徑保持不變,某次記錄的反光時間為Δt,則角速度ω=。

(2)以F為縱坐標(biāo),以1(Δt)2為橫坐標(biāo),可在坐標(biāo)紙中描出數(shù)據(jù)點作一條如圖乙所示的直線,圖線的斜率為k,則滑塊的質(zhì)量為(結(jié)果用字母k、L、Δd、D表示);圖線不過坐標(biāo)原點的原因是7.(6分)某同學(xué)找到一條遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下實驗器材驗證平行四邊形定則:刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子、質(zhì)量不同的小重物若干、木板。實驗方案如下:①將橡皮筋的兩端分別與兩條細繩相連,測出橡皮筋的原長;②將橡皮筋一端細繩用釘子固定在豎直木板上的A點,在橡皮筋的中點O用細繩系住小重物,使小重物自然下垂,如圖甲所示;③將橡皮筋的另一端細繩固定在豎直木板上的B點,如圖乙所示。(1)為完成本實驗,下列還必須測量的物理量為。(填選項前字母)

A.小重物的質(zhì)量B.細繩的長度C.圖甲中OA段橡皮筋的長度D.圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度(2)在完成本實驗的過程中,必須注意的事項是。(填選項前字母)

A.橡皮筋兩端連接的細繩長度必須相同B.圖乙中A、B兩點必須等高C.圖乙中連接小重物的細繩必須在OA、OB夾角的角平分線上D.記錄圖甲中O點的位置和OA的方向E.記錄圖乙中O點的位置和OA、OB的方向(3)若釘子位置固定,利用現(xiàn)有器材改變實驗效果,可采用的方法是。

8.(7分)(2024浙江模擬預(yù)測)(1)用圖甲所示裝置探究位移與加速度的關(guān)系。抬起黑板擦,兩小車同時開始運動,按下黑板擦,兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車移動的位移x1、x2。它們的位移與加速度成(選填“正比”或“反比”)。

甲(2)用如圖乙所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。乙①關(guān)于補償小車阻力,下列說法正確的是。

A.小車上不需要固定紙帶B.不需要考慮細線與定滑輪間的摩擦C.必須反復(fù)調(diào)整木板傾斜度,直至小車能靜止在木板上D.在小車上增減鉤碼并進行多次實驗,不需要重新補償阻力②在規(guī)范的實驗操作下,打出的一條紙帶如圖丙所示,相鄰兩計數(shù)點間均有4個點未畫出,已知電源頻率為50Hz,則打計數(shù)點0時,小車的速度大小為m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

丙③在保持小車質(zhì)量一定,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到如圖丁所示的a-F圖像,發(fā)現(xiàn)圖線未過原點,原因可能是。

丁A.未補償阻力B.補償阻力過度C.計算小車所受拉力的大小時,未計入槽碼盤所受的重力D.未能滿足槽碼質(zhì)量遠小于小車和鉤碼的總質(zhì)量9.(7分)小明學(xué)習(xí)“用單擺測量重力加速度”實驗后,利用圖甲所示裝置做了該實驗。甲(1)測量擺長時,先用毫米刻度尺測得擺球懸掛后的擺線長(從懸點到擺球的最上端)為L,再用游標(biāo)卡尺測擺球的直徑d,讀數(shù)如圖乙所示,則d=cm,若再測得單擺周期為T,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=(用L、d、T表示)。

乙(2)在安裝裝置時,擺線上端有三種系掛方式,下列方式正確的是(填對應(yīng)序號)。

(3)在測量周期時,若從擺球運動到最低點開始計時且記數(shù)為1,到第n次經(jīng)過最低點所用的時間為t,則單擺周期為T=(用n、t表示)。

(4)假如把該裝置搬到月球上進行實驗,改變單擺的擺長l,多次測量單擺在不同擺長下所對應(yīng)的周期T,并描繪出T2-l圖像如圖丙所示,則可求得月球重力加速度大小為m/s2。

丙

參考答案作業(yè)17力學(xué)實驗1.【答案】(1)>(2)maxP=maxM+mbxN從同一高度做平拋運動的兩個小球,運動時間相同,水平位移可代替水平飛出時的速度【解析】(1)為保證a球碰撞b球后不反彈,要求ma>mb。(2)兩小球做平拋運動,在豎直方向上有h=12gt2,故t=2hg,兩小球做平拋運動的初速度為va=xP2hg,va'=xM2hg,vb'=xN2hg,如果碰撞中滿足動量守恒定律,則mava=mava'+mbvb',聯(lián)立解得ma2.【答案】(1)偏大(2)結(jié)點位置O2.15(3)A(4)BC【解析】(1)在豎直平面內(nèi)進行實驗,彈簧自身的重力造成拉力測量值偏大。(2)在水平桌面上做實驗時,如題圖2所示,先用兩個彈簧測力計把橡皮筋拉到一定長度,記下結(jié)點位置O,同時記下F1、F2的大小和方向。彈簧測力計的最小分度值為0.1N,讀數(shù)時需要估讀到下一位,讀數(shù)為2.15N。(3)記錄細線方向時兩點的距離遠一點,可以減小實驗誤差,A正確;F1與F2的夾角適量即可,不能太大或太小,B錯誤;作力的圖示時,選用的標(biāo)度適當(dāng)?shù)拇笠稽c,可以減小標(biāo)度產(chǎn)生的誤差的平均值,C錯誤。(4)根據(jù)二力合成的合力范圍|F1-F2|≤F≤F1+F2可知,A、D選項符合二力合成的規(guī)則,B、C不符合二力合成的規(guī)則。故選B、C。3.【答案】(1)1.610(2)C(3)mgL12(m+m')d21t22(4)不可行【解析】(1)遮光條寬度d=(1.5+0.010×11)mm=1.610mm。(2)由光電門測速原理,可知遮光條寬度越小,遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度,速度測量的誤差越小。但是若遮光條寬度太小,則測量遮光條寬度時的相對誤差會很大,故遮光條寬度不是越小越好,故A錯誤;實驗時氣墊導(dǎo)軌與滑塊之間的滑動摩擦力很小,在誤差允許的范圍內(nèi)是可忽略的,故不需要平衡摩擦力,故B錯誤;本實驗要驗證的是系統(tǒng)減小的重力勢能等于增加的動能,不用將細線的拉力近似為砝碼盤和砝碼的總重力,故無需m'?m,故C正確。(3)重力勢能的減少量ΔEp的表達式是ΔEp=mgL;遮光條通過光電門1時的速度大小為v1=dt1,遮光條通過光電門2時的速度大小為v2=dt2,動能的增加量ΔEk的表達式為ΔEk=12(m+m')v22-12(m+m')v12=12(m+m')d21t2(4)這樣的做法不可行。因為此系統(tǒng)存在克服摩擦阻力做功,機械能不守恒,也就無法驗證系統(tǒng)的機械能守恒。4.【答案】(1)①C②AC使細繩拉力等于重物重力③6.451.29(2)①C②B【解析】(1)①題圖1探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)當(dāng)使用槽碼,即圖甲;題圖2驗證機械能守恒定律所用的重物上方需要有卡住紙帶的卡槽,即圖丙;題圖3探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系應(yīng)當(dāng)使用鉤碼,即圖乙,故選C。②探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系這一實驗中,需要刻度尺測量紙帶上點之間的距離,電火花打點計時器電源直接使用家用電源220V電壓即可,不需要學(xué)生電源,需要用到天平測量小車質(zhì)量,故選A、C。設(shè)小車受到的拉力為FT,小車的質(zhì)量為m',重物的質(zhì)量為m,對小車根據(jù)牛頓第二定律有FT=m'a,對重物根據(jù)牛頓第二定律有mg-FT=ma,聯(lián)立可得FT=m'mgm+m'=mg③對于分度值為1mm的刻度尺讀數(shù)要注意估讀一位,所以讀數(shù)為6.45cm。D點距O點的距離為xD=6.45cm,F點距O點的距離為xF=11.60cm,電火花計時器的頻率為50Hz,所以相鄰兩個點之間的時間間隔為T=0.02s,根據(jù)平均速度公式計算E點的速度vE=xF-xD2T=(2)①單擺測重力加速度大小實驗中,為了使擺球盡可能小,使其可以視為質(zhì)點,所以擺線不能太短,因為游標(biāo)卡尺、螺旋測微器與20cm長毫米刻度尺測量長度過小,因而選擇1m長毫米刻度尺作為測量工具,故選C。②根據(jù)單擺周期公式T=2πl(wèi)+r0g得T2=4π2g·l+4π2gr0,可知圖像的斜率可以求出重力加速度大小,即使用擺線作為擺長,也對測量的結(jié)果沒有影響,A錯誤;擺球未在同一豎直平面內(nèi)運動,則擺球的運動為圓錐擺運動,根據(jù)牛頓第二定律有mg'tanθ=mlsinθ4π2T2,得到g'=4π2lcosθT2,可得此時的等效擺長為lcosθ小于單擺擺長l,則單擺周期的測量值偏小,根據(jù)g=4π25.【答案】(1)BCDE(2)C(3)0.6850.684【解析】(1)接通打點計時器電源后,推動小車1由靜止開始運動,故小車有個加速過程,在碰撞前做勻速直線運動,即在相同的時間內(nèi)通過的位移相同,故BC段為勻速運動的階段,故選BC計算碰前的速度;碰撞過程是一個變速運動的過程,而小車1和小車2碰后粘在一起做勻速直線運動,故在相同的時間內(nèi)通過相同的位移,應(yīng)選DE段來計算碰后共同的速度。(2)實驗中小車1不一定從靜止釋放,只要碰撞前做勻速運動即可,故A錯誤;若小車1前端沒貼橡皮泥,則兩車不能粘在一起,小車2的速度不好測量,所以小車1前端沒貼橡皮泥會影響實驗驗證,故B錯誤;上述實驗裝置中兩小車碰撞后粘在一起,是非彈性碰撞,若要驗證彈性碰撞規(guī)律,小車2碰撞后的速度無法測量,因此該裝置不能驗證彈性碰撞規(guī)律,故C正確。(3)碰前小車的速度為v0=lBCt=17.12×10-20.02×5m/s=1.712m/s,碰前的動量為p=m1v0=0.4×1.712kg·m/s=0.685kg·m/s,碰后小車的共同速度為v=lDEt=11.40×10-20.02×5m/s=1.140m/s,碰后的動量為p'=(6.【答案】(1)2Δ(2)kD2【解析】(1)根據(jù)控制變量法,為了探究向心力與角速度的關(guān)系,需要控制滑塊的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)半徑不變,滑塊轉(zhuǎn)動的線速度為v=ΔdΔt,又ω=vr=2(2)根據(jù)向心力公式可知F=mr1ω2=mLω2,聯(lián)立解得F=4m(Δd)2LD2·1(Δt)2,由題意得k=7.【答案】(1)CD(2)E(3)更換小重物【解析】(1)橡皮筋遵循胡克定律,要測量拉力可以通過測量橡皮筋的長度和原長,得到橡皮筋的伸長量,根據(jù)拉力大小與伸長量成比例作力的圖示。所以必須記下題圖甲中OA段橡皮筋的長度和題圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度,故選C、D。(2)橡皮筋連接的細繩要稍微長些,并非要求等長,A錯誤;題圖乙中A、B兩點不用必須等高,B錯誤;題圖乙中連接小重物的細繩可以在OA、OB夾角的角平分線上,也可以不在角平分線上,C錯誤;題圖甲中O點的位置和OA的方向不需要記錄,D錯誤;需要記錄題圖乙中O點的位置和OA、OB的方向,E正確。(3)在釘子位置不變的情況下,要改變實驗效果,只