高考物理二轮复习 专题五 物理实验 第1讲 力学实验提升训练
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拾躲市安息阳光实验学校第1讲 三大观点在力学综合问题中的应用(建议用时:40分钟)1.(2017·高考天津卷)如图所示,物块A 和B 通过一根轻质不可伸长的细绳相连,跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧,质量分别为m A =2 kg 、m B =1 kg.初始时A 静止于水平地面上,B 悬于空中.现将B 竖直向上再举高h =1.8 m(未触及滑轮),然后由静止释放.一段时间后细绳绷直,A 、B 以大小相等的速度一起运动,之后B 恰好可以和地面接触.取g =10 m/s 2,空气阻力不计.求:(1)B 从释放到细绳刚绷直时的运动时间t ;(2)A 的最大速度v 的大小;(3)初始时B 离地面的高度H .解析:(1)B 从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动,有h =12gt 2①代入数据解得t =0.6 s .②(2)设细绳绷直前瞬间B 速度大小为v B ,有v B =gt ③细绳绷直瞬间,细绳张力远大于A 、B 的重力,A 、B 相互作用,由动量守恒得m B v B =(m A +m B )v ④之后A 做匀减速运动,所以细绳绷直后瞬间的速度v 即为A 的最大速度,联立②③④式,代入数据解得v =2 m/s.⑤(3)细绳绷直后,A 、B 一起运动,B 恰好可以和地面接触,说明此时A 、B 的速度为零,这一过程中A 、B 组成的系统机械能守恒,有 12(m A +m B )v 2+m B gH =m A gH ⑥ 代入数据解得H =0.6 m.答案:见解析2.如图是阿毛同学的漫画中出现的装置,描述了一个“吃货”用来做“糖炒栗子”的“萌”事儿:将板栗在地面小平台上以一定的初速度经两个四分之一圆弧衔接而成的轨道,从最高点P 飞出进入炒锅内,利用来回运动使其均匀受热.我们用质量为m 的小滑块代替栗子,借用这套装置来研究一些物理问题.设大小两个四分之一圆弧半径分别为2R 、R ,小平台和圆弧均光滑.将过锅底的纵截面看做是由两个斜面AB 、C D 和一段光滑圆弧组成.斜面与小滑块间的动摩擦因数均为0.25,而且不随温度变化.两斜面倾角均为θ=37°,AB =C D =2R ,A 、D 等高,D 端固定一小挡板,小滑块碰撞它不损失机械能.滑块的运动始终在包括锅底最低点的竖直平面内,重力加速度为g .(1)如果滑块恰好能经P 点飞出,为了使滑块恰好沿AB 斜面进入锅内,应调节锅底支架高度使斜面的A 、D 点离地高为多少? (2)接(1)问,求滑块在锅内斜面上运动的总路程;(3)对滑块的不同初速度,求其通过最高点P 和小圆弧最低点Q 时受压力之差的最小值.解析:(1)设滑块恰好经P 点飞出时速度为v P ,由牛顿第二定律有mg =mv 2P2R得v P =2gR到达A 点时速度方向要沿着斜面AB ,则 v y =v P tan θ=342gR所以A 、D 点离地高度为h =3R -v 2y2g =3916R .(2)进入A 点时滑块的速度为v =v P cos θ=542gR假设经过一个来回能够回到A 点,设回来时动能为E k ,则E k =12mv 2-4μmg cosθ·2R <0,所以滑块不会滑到A 而飞出.因mg sin θ>μmg cos θ,则根据动能定理得mg ·2R sin θ-μmg cos θ·s =0-12mv 2得滑块在锅内斜面上运动的总路程s =221R16. (3)设滑块的初速度和经过最高点时的速度分别为v 1、v 2由牛顿第二定律,在Q 点F 1-mg =mv 21R在P 点F 2+mg =mv 222R所以F 1-F 2=2mg +m (2v 21-v 22)2R由机械能守恒有12mv 21=12mv 22+mg ·3R得v 21-v 22=6gR 为定值代入v 2的最小值(v 2=v P =2gR )得压力差的最小值为9mg . 答案:(1)3916R (2)221R16(3)9mg3.(2016·高考全国卷Ⅱ)轻质弹簧原长为2l ,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m 的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l .现将该弹簧水平放置,一端固定在A 点,另一端与物块P 接触但不连接.AB 是长度为5l 的水平轨道,B 端与半径为l 的光滑半圆轨道B C D 相切,半圆的直径B D 竖直,如图所示.物块P 与AB 间的动摩擦因数μ=0.5.用外力推动物块P ,将弹簧压缩至长度l ,然后放开,P 开始沿轨道运动.重力加速度大小为g .(1)若P 的质量为m ,求P 到达B 点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB 上的位置与B 点之间的距离;(2)若P 能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P 的质量的取值范围.解析:(1)依题意,当弹簧竖直放置,长度被压缩至l 时,质量为5m 的物体的动能为零,其重力势能转化为弹簧的弹性势能.由机械能守恒定律,弹簧长度为l 时的弹性势能 E p =5mg l①设P 的质量为M ,到达B 点时的速度大小为v B ,由能量守恒定律得E p =12Mv 2B +μMg ·4l ②联立①②式,取M =m 并代入题给数据得v B =6gl ③若P 能沿圆轨道运动到D 点,其到达D 点时的向心力不能小于重力,即P 此时的速度大小v 应满足mv 2l-mg ≥0④ 设P 滑到D 点时的速度为v D ,由机械能守恒定律得12mv 2B =12mv 2D +mg ·2l ⑤ 联立③⑤式得v D =2gl ⑥v D 满足④式要求,故P 能运动到D 点,并从D 点以速度v D 水平射出.设P 落回到轨道AB 所需的时间为t ,由运动学公式得2l =12gt 2⑦P 落回到轨道AB 上的位置与B 点之间的距离为s =v D t ⑧联立⑥⑦⑧式得s =22l .⑨(2)为使P 能滑上圆轨道,它到达B 点时的速度不能小于零.由①②式可知5mgl >μMg ·4l ⑩要使P 仍能沿圆轨道滑回,P 在圆轨道上的上升高度不能超过半圆轨道的中点C .由机械能守恒定律有12Mv 2B ≤Mgl ⑪ 联立①②⑩⑪式得53m ≤M <52m .答案:见解析4.如图所示,长L =5.5 m 、质量M =2 kg 的滑板A 静止在水平地面上,在滑板右端放一质量m =1 kg 的小滑块(可视为质点).已知滑板A 与地面的动摩擦因数μ1=0.2,滑块B 与A 的动摩擦因数μ2=0.1,可认为A 与地面、A 与B间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g =10 m/s 2.试求:(1)要将滑板从滑块下抽出,施加在滑板上的水平拉力至少要大于多少? (2)若施加的水平拉力F =11 N ,要使滑板从滑块下抽出,F 作用的最短时间.解析:(1)B 在A 上的最大加速度:a B =μ2mg m=1 m/s 2要使A 从B 下抽出,必须满足:a A >a B ① 对A 由牛顿第二定律得:F -μ1(M +m )g -μ2mg =Ma A ②联立①②代入数据解得:F >9 N . (2)当F =11 N ,代入②式解得: 滑板加速度大小a A 1=2 m/s 2此时B 的加速度大小a B =1 m/s 2F 作用t 秒时相对滑动的距离Δx 1=12a A 1t 2-12a B t 2③此时A 、B 速度大小分别为v A =a A 1t ④v B =a B t ⑤撤去F 后,B 的加速度大小仍为:a B =1 m/s 2A 做匀减速运动的加速度大小为a A 2=μ1(m +M )g +μ2mg M=3.5 m/s 2若滑到滑板左端时,两者相对静止,相对滑动的距离为Δx 2由相对运动得:(v A -v B )2=2(a A 2+a B )Δx 2⑥由题意得:Δx 1+Δx 2=L ⑦联立③④⑤⑥⑦代入数据,解得:t =3 s. 答案:(1)9 N (2)3 s(建议用时:40分钟)1.(2018·福建龙岩质量检查)一长木板在光滑水平地面上匀速运动,在t =0时刻将一物块无初速度轻放到木板上,此后长木板运动的速度-时间图象如图所示.已知长木板的质量M =2kg ,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上.取g =10 m/s 2,求:(1)物块的质量m ;(2)这一过程中长木板和物块的内能增加了多少?解析:(1)长木板和物块组成的系统动量守恒:Mv =(M +m )v 共将M =2 kg ,v =6.0 m/s ,v 共=2.0 m/s ,代入解得:m =4 kg.(2)设这一过程中长木板和物块的内能增加量为Q ,根据能量守恒定律:Q =12Mv2-12(M +m )v 2共=24 J. 答案:(1)4 kg (2)24 J2.如图所示,固定于同一条竖直线上的A 、B 是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量分别为+Q 和-Q ,A 、B 相距为2d ,MN 是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球P ,质量为m 、电荷量为+q (可视为点电荷,不影响电场的分布),现将小球P 从与点电荷A 等高的C 处由静止开始释放,小球P 向下运动到距C 点距离为d 的O 点时,速度为v ,已知MN 与AB 之间的距离为d ,静电力常量为k ,重力加速度为g ,求:(1)C 、O 间的电势差U CO ;(2)O 点处的电场强度E 的大小.解析:(1)小球由C 运动到O 时,由动能定理得 mgd +qU C O =12mv 2-0,解得U C O =mv 2-2mgd2q.(2)小球经过O 点时所受电场力如图所示,由库仑定律得F 1=F 2=k Qq(2d )2它们的合力为F =F 1cos 45°+F 2cos 45°=2kQq2d2O 点处的电场强度E =F q =2kQ2d 2.答案:(1)mv 2-2mgd 2q (2)2kQ2d23.如图所示,质量m B =3.5 kg 物体B 通过下端固定在地面上的轻弹簧与地面连接,弹簧的劲度系数k =100 N/m.轻绳一端与物体B 连接,另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮O 1、O 2后,与套在光滑直杆顶端E 处的质量m A =1.6 kg 的小球A 连接.已知直杆固定不动,杆长L 为0.8 m ,且与水平面的夹角θ=37°.初始时使小球A 静止不动,与A 相连的一段绳子保持水平,此时绳子中的张力F 为45 N .已知EO 1=0.5 m ,重力加速度g 取10 m/s 2,绳子不可伸长,现将小球A 从静止释放(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).求 (1)在释放小球A 前弹簧的形变量.(2)若直线CO 1与杆垂直,求小球A 运动到C 点的过程中绳子拉力对小球A 做的功.(3)小球A 运动到底端D 点时的速度大小.解析:(1)释放小球前,B 处于静止状态,由于绳子中的张力大于物体B 的重力,故弹簧被拉伸,设弹簧形变量为x ,有kx =F -m B g ,解得x =0.1 m.(2)对A 球从E 点运动到C 的过程应用动能定理得W +m A gh =12m A v 2A -0①其中h =x CO 1cos 37°,而x CO 1=x EO 1sin 37°=0.3 m物体B 下降的高度h ′=x EO 1-x CO 1=0.2 m ②由此可知,弹簧这时被压缩了0.1 m ,此时弹簧弹性势能与初始时刻相等,A 、B 和弹簧组成的系统机械能守恒,有m A gh +m B gh ′=12m A v 2A +12m B v 2B ③由题意知,小球A 在C 点时运动方向与绳垂直,此时B 物体速度v B =0④ 由①②③④得W =7 J.(3)由题意知,杆长L =0.8 m ,由几何知识可知EC =CD ,∠CDO 1=∠CEO 1=37°,故DO 1=EO 1当A 到达D 时,弹簧弹性势能与初状态相等,物体B 又回到原位置,将A 在D 点的速度沿平行于绳和垂直于绳两方向进行分解,平行于绳方向的速度即B 的速度,由几何关系得v ′B =v ′A cos 37°⑤ 整个过程机械能守恒,可得m A gL sin 37°=12m A v ′2A +12m B v ′2B ⑥由⑤⑥得v ′A =2 m/s. 答案:见解析4.(2018·滨州二模)如图所示,光滑水平面MN 的左端M 处固定有一能量补充装置P ,使撞击它的物体弹回后动能在原来基础上增加一定值.右端N 处与水平传送带恰好平齐且靠近,传送带沿逆时针方向以恒定速率v =6 m/s 匀速转动,水平部分长度L =9 m .放在光滑水平面上的两相同小物块A 、B (均视为质点)间有一被压缩的轻质弹簧,弹性势能E p =9 J ,弹簧与A 、B 均不粘连,A 、B与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,物块质量m A =m B =1 kg.现将A 、B 同时由静止释放,弹簧弹开物块A 和B 后,迅速移去轻弹簧,此时,A 还未撞击P ,B 还未滑上传送带.取g =10 m/s 2.求: (1)A 、B 刚被弹开时的速度大小.(2)试通过计算判断B 第一次滑上传送带后,能否从传送带右端滑离传送带. (3)若B 从传送带上回到光滑水平面MN 上与被弹回的A 发生碰撞后粘连,一起滑上传送带.则P 应给A 至少补充多少动能才能使二者一起滑离传送带. 解析:(1)弹簧弹开的过程中,系统机械能守恒 E p =12m A v 2A +12m B v 2B由动量守恒有m A v A -m B v B =0联立以上两式解得v A =3 m/s ,v B =3 m/s.(2)假设B 不能从传送带右端滑离传送带,则B 做匀减速运动直到速度减小到零,设位移为s.由动能定理得-μm B g s =0-12m B v 2B解得s =v 2B2μg=2.25 ms<L ,B 不能从传送带右端滑离传送带. (3)设物块A 撞击P 后被反向弹回的速度为v 1 由功能关系可知:E +12m A v 2A =12m A v 21由物块B 在传送带上先向右做匀减速运动,直到速度减小到零,然后反方向做匀加速运动.由运动的对称性可知,物块B 回到皮带左端时速度大小应为v 2=v B =3 m/s.B 与A 发生碰撞后粘连共速为v ′,由动量守恒定律可得: m A v 1-m B v 2=(m A +m B )v ′要使二者能一起滑离传送带,要求 12(m A +m B )v ′2≥μ(m A +m B )gL 由以上四式可得:E ≥108 J. 答案:见解析。
提升训练20 力学实验1.(2020年4月浙江学业水平考试)在研究平抛运动实验中,(1)图1是横挡条卡住平抛小球,用铅笔标注小球最高点,确定平抛运动轨迹的方法,坐标原点应选小球在斜槽末端时的。
A.球心B.球的上端C.球的下端在此实验中,下列说法正确的是(多选)。
A.斜槽轨道必须光滑B.记录的点应适当多一些C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重垂线确定(2)图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可以判断实验操作错误的是。
A.释放小球时初速度不为零B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平(3)下图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置,其中正确的是( )2.(2020浙江名校协作体联考)(1)在实验室做力学实验时会经常用到“重物”,请为下列实验从图中选择最合适的“重物”(选填“A”“B”或“C”);①探究小车速度随时间的变化规律: ;②用自由落体运动验证机械能守恒定律: 。
(2)在探究功和速度变化关系的实验中,甲同学直接将长木板放在水平桌面上进行橡皮筋拉小车实验(如图甲所示);乙同学将长木板一端垫高(如图乙所示),调整木块位置使得连接纸带的小车被轻推后恰好能在长木板上匀速下滑,然后进行橡皮筋拉小车实验。
①两同学中操作正确的是(选填“甲”或“乙”)同学。
②下列操作正确、规范的是。
(本题只有一个选项是正确的)A.打点计时器接直流电源B.先释放小车,再接通电源C.需使用相同规格的橡皮筋D.改变橡皮筋条数后小车可从不同位置静止释放③通过正确操作得到的一条纸带,应为图中(选填“甲”或“乙”)。
3.如图1所示为用电火花打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。
(1)若已知打点计时器的电源频率为50 Hz,当地的重力加速度g取9.8 m/s2,重物质量为0.2 kg。
实验中得到一条点迹清晰的纸带如图2所示,打P点时,重物的速度为零,A、B、C为另外3个连续点,根据图中的数据,可知重物由P点运动到B点,重力势能减少量ΔE p= J,在B点的动能E k= J(计算结果均保留3位有效数字)(2)若PB的距离用h表示,打B点时重物的速度为v B,当两者间的关系式满足时,说明下落过程中重锤的机械能守恒(已知重力加速度为g)。
《力学实验》专题速练1.用图示装置测量重锤的质量,在定滑轮两侧分别挂上重锤和n 块质量均为m 0的铁片,重锤下端贴一遮光片,铁架台上安装有光电门.调整重锤的高度,使其从适当的位置由静止开始下落,读出遮光片通过光电门的挡光时间t 0;从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上,让重锤每次都从同一位置由静止开始下落,计时器记录的挡光时间分别为t 1、t 2…,计算出t 02、t 12….(1)挡光时间为t 0时,重锤的加速度为a 0.从左侧取下i 块铁片置于右侧重锤上时,对应的挡光时间为t i ,重锤的加速度为a i .则0i a a =__________.(结果用t 0和t i 表示)(2)作出0i a a ﹣i 的图线是一条直线,直线的斜率为k ,则重锤的质量M =__________.(3)若重锤的质量约为300g ,为使实验测量数据合理,铁片质量m 0比较恰当的取值是__________.A .1gB .5gC .40gD .100g .【答案】(1)220it t (2)02m k nk (3)C 2.利用如图1实验装置探究重锤下落过程中重力势能与动能的转化问题.(1)图2为一条符合实验要求的纸带,O 点为打点计时器打下的第一点.分别测出若干连续点A 、B 、C…与 O 点之间的距离h 1、h 2、h 3….已知打点计时器的打点周期为T ,重锤质量为m ,重力加速度为g ,可得重锤下落到B 点时的速度大小为_________.(2)取打下O 点时重锤的重力势能为零,计算出该重锤下落不同高度h 时所对应的动能E k 和重力势能E p .建立坐标系,横轴表示h ,纵轴表示E k 和E p ,根据以上数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k 1=2.94J/m ,图线Ⅱ的斜率k 2=2.80J/m .重锤和纸带在下落过程中所受平均阻力与重锤所受重力的比值为_________(用k 1和k 2表示).【答案】(1);(2)3.测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示.AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的P板的上表面BC在B 点相切,C点在水平地面的垂直投影为C′.重力加速度为g.实验步骤如下:①用天平称出物块Q的质量m;②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的高度h;③将物块Q在A点由静止释放,在物块Q落地处标记其落地点D;④重复步骤③,共做10次;⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C′的距离s。
高考物理实验专题复习:力学实验—、基本仪器1、请认真观察本题图示并读出螺旋测微器的测量结果为mm,游标卡尺的测量结果为mm。
二、纸带(一)匀加速直线运动(用纸带计算瞬时速度和加速度)1.(9分)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。
他将打点计时器接到频率为50Hz 的交流电源上,实验时得到一条纸带。
他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点,在这个点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明£>, 第二十一个点下标明E。
测量时发现B点已模糊不清,于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm,OE长为13.73cm,财丁C点时小车的瞬时速度大小为m/s,小车运动的加速度大小为m/s2, AB的距离应为cm。
(保留三位有效数字)参考答案1.(每);旨 & B /1—14. 56cm —13. 73cm(用纸带计算瞬时速度和加速度,分析由于电源频率引起的误差)2、在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点,每相邻两个计数点之间还有4个点,图中没有画出,打点计时器接周期为T=0.02S的交流电源.他经过测量并计算得到打点计时器在打3、C、。
、E、F各点时物体的瞬时速度如下表:(1) __________________________________计算VF的公式V F = ;(2)以A点对应的时刻为t=0,根据表格中数据做出物体的v-t图象,利用图象求得其加速度a =m/s2;(3)如果当时电网中交变电流的频率是上51Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比(选填:偏大、偏小或不变)。
参考答案 4. (12 分)(1)* =<10? (2)=0.425±0.005m/s2;图略(3)偏小(纸带的迁移)3、(本题满分13分(1)(3分)图中给出的是用螺旋测微器测量某一圆柱形工件的直径时的示数图,由图可知此工件的直径应为mm o2(10分)如图甲所示,是用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动,以替代打点计时器。
解密14 力学实验⎧⎫⎧⎪⎪⎧⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎩⎩⎭研究匀变速直线运动实验原理探究性实验探究弹力和弹簧伸长的关系实验器材探究动能定理实验步骤力学实验步骤验证力的平行四边行定则数据处理验证牛顿运动定律误差分析验证性实验验证机械能守恒注意事项验证动量守恒定律考点1 研究匀变速直线运动一、实验目的1.练习正确使用打点计时器,学会利用打上点的纸带研究物体的运动。
2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(2x aT ∆=)。
3.测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验原理 1.打点计时器(1)作用。
计时仪器,每隔0.02 s 打一次点。
(2)两种打点计时器的比较(3)纸带上点的意义表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置;通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运动情况;可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。
2.匀变速直线运动的判断连续相等时间内的位移之差是恒量,即213243x x x x x x x ∆=-=-=-==恒量(不为零),则物体做匀变速直线运动,且2x aT ∆=。
3.由纸带求物体运动速度的方法根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度,即12n n n x x v T++=。
4.由纸带求加速度 (1)用“逐差法”求加速度根据24152633x x x x x x aT -=-=-=,求出加速度41123x x a T -=、52223x x a T -=、63323x x a T -=,再计算出a 1、a 2、a 3的平均值,即为物体运动的加速度,即45612329x x x x x x a T ++---=。
(2)利用v –t 图象的斜率求加速度 先根据12n n n x x v T++=求出多个时刻随对应点的瞬时速度,然后画出v –t 图象,图线的斜率即为物体运动的加速度。
三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)一端固定有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
专题五物理实验
第1讲力学实验
1.(2016·淮安三模)在“探究求合力的方法”的实验中,王同学用了两个量程为 5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计来测量拉力,实验之前他先检查了弹簧测力计,然后进行实验。
先将橡皮条的一端固定在水平放置的木板上,用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使结点到达某一位置O,记录下O点的位置和拉力F1、F2的大小及方向;然后用一个弹簧测力计拉橡皮条,仍将结点拉到O点,再记录拉力F的大小及方向;最后取下白纸作图,研究合力与分力的关系。
(1)实验前必须对弹簧测力计进行检查,以下检查项目必需的是________。
A.对弹簧测力计进行调零
B.将弹簧测力计用力拉,看是否能达到最大量程
C.将两只弹簧测力计水平互钩对拉,检测两弹簧测力计读数是否相同
(2)如图1是王同学研究合力与分力关系时在白纸上画出的图,根据物理实验读数和作图要求与规范,请指出图中存在的三种错误。
图1
①_____________________________________________________________;
②_____________________________________________________________;
③_____________________________________________________________。
解析(1)实验前必须对弹簧测力计进行检查,需要对弹簧测力计进行调零,将两只弹簧测力计水平互钩对拉,检查两弹簧测力计读数是否相同,选项A、C正确。
(2)画力的合成矢量图时,力是用带箭头的线段表示,按照弹簧测力计的读数规则记录数据,辅助线用虚线,据此可以指出图中存在的三种错误。
答案 (1)AC (2)①矢量F1、F2、F未画上箭头②记录力的大小的有效数字有错误③F 与F1、F2末端连线应该用虚线
2.(2016·扬泰南三模)“验证机械能守恒定律”实验装置如图2甲所示,某小组完成了一系列实验操作后,得到了一条纸带如图乙所示,选择纸带上某个清晰的点标为O,然后每两
个打点取一个计数点,分别标为1、2、3、4、5、6,用刻度尺量出计数点1、2、3、4、5、6与O 点的距离分别为h 1、h 2、h 3、h 4、h 5、h 6。
图2
(1)已知打点计时器的打点周期为T ,可求出打各个计数点时对应的速度分别为v 1、v 2、v 3、v 4、v 5,其中v 5的计算式为v 5=________。
(2)若重锤的质量为m ,取打点O 时重锤所在水平面为参考平面,分别算出打各个计数点时对应重锤的势能E p 和动能E k ,则打计数点3时对应重锤的势能E p3=________;接着在E -h 坐标系中描点作出如图丙所示的E k -h 和E p -h 图线,求得E p -h 图线斜率的绝对值为k 1,E k -h 图线斜率为k 2,则k 1与k 2满足________关系时,重锤机械能守恒。
(3)关于上述实验,下列说法中正确的是________。
A .实验中可用干电池作为电源
B .为了减小阻力的影响,重锤的密度和质量应该适当大些
C .若纸带上打出的点被拉长为短线,应适当调高电源电压
D .图丙
E k -h 图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能
(4)关于该实验操作,你还能提出哪些注意事项?请写出1条:
___________________________________________________________。
答案 (1)h 6-h 44T
(2)-mgh 3 k 1=k 2 (3)BD (4)重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位孔在同一竖直线上
3.(2016·镇江一模)某同学在探究“质量一定时,物体的加速度与受力的关系”实验时,设计了如图3甲所示的实验装置,实验过程中主要步骤如下:
①在水平放置的长木板上A 、B 两点处各安装一个速度传感器,测出A 、B 两点间距离L 。
②将拉力传感器固定在小车的左端,把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连。
③将小车从速度传感器A 的右侧无初速度释放,小车在细线的拉力作用下运动,通过拉力传感器和速度传感器记录细线拉力F 的大小以及小车经过A 、B 两点处的速率v A 、v B 。
④改变所挂钩码的数量,重复操作③,测量多组数据。
⑤进行数据处理,画出如图乙所示的a -F 关系图线。
图3
(1)小车加速度的表达式a =____________。
(用v A 、v B 和L 表示)
(2)理论上,小车的a -F 图象是经过原点的一条直线,而本次实验得到的图线却如图乙所示,其中可能的原因是___________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)在本实验中,下列不必要的实验要求是________。
A .要保持小车(含拉力传感器)的总质量不变
B .要保证小车(含拉力传感器)的总质量远大于所挂钩码的总质量
C .要测出所挂钩码的质量
D .要保持细线方向与木板平面平行
E .两个速度传感器间的距离要适当大些
(4)在处理数据时,某同学又记录了每次所挂钩码的总重力,并以它作为小车所受到的合力F ,画出小车的a -F 图象如图丙所示,则造成该图线上端发生弯曲的可能原因是____________________________________________________
___________________________________________________________。
解析 (1)根据运动学公式有v 2B -v 2
A =2aL ,
得a =v 2
B -v 2A 2L 。
(2)F =0时小车有加速度,说明平衡摩擦力过度,长木板倾角过大。
(3)该实验探究“质量一定时,物体加速度与受力的关系”,故要保持小车的质量不变,A 项正确;小车前端有力传感器,故不要求小车的总质量远大于所挂钩码的总质量,也不要求测出所挂钩码的质量,B 、C 选项错误;实验要保证细线的拉力不能影响小车受到的支持力,故细线方向要与木板平面平行,D 项正确;两个速度传感器间的距离适当大些,经过两位置时速度变化大些,实验误差会小一些,E 项正确。
(4)以钩码的总重力作为小车所受合力时,就要求钩码质量远小于小车质量,随着钩码质量
变大,图线上端会发生弯曲。
答案 (1)v 2
B -v 2A 2L
(2)长木板倾角过大,平衡摩擦力过度 (3)BC (4)随着所挂钩码数的增加,小车及拉力传感器的总质量未远大于所挂钩码的总质量
4.(2016·全国卷Ⅲ,23)某物理课外小组利用图4中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。
图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。
本实验中可用的钩码共有N =5个,每个质量均为0.010 kg 。
实验步骤如下:
图4
(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(2)将n (依次取n =1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N -n 个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。
释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t 相对于其起始位置的位移s ,绘制s -t 图象,经数据处理后可得到相应的加速度a 。
(3)对应于不同的n 的a 值见下表。
n =2时的s -t 图象如图5所示;由图5求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。
n 1 2 3
4 5 a /m·s -2 0.20
0.58 0.78 1.00
图5
(4)利用表中的数据在图6中补齐数据点,并作出a -n 图象。
从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。
图6
(5)利用a -n 图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字,重力加速度取g =9.8 m·s -2
)。
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)
A .a -n 图线不再是直线
B .a -n 图线仍是直线,但该直线不过原点
C .a -n 图线仍是直线,但该直线的斜率变大
解析 (3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动,将图(b)中点(2,0.78)代入s =12
at 2可得,a =0.39 m/s 2。
(4)根据描点法可得如图所示图线。
(5)根据牛顿第二定律可得nmg =(M +5m )a ,则a =
mg M +5m n ,图线斜率k =mg M +5m =1.005,可得M =0.45 kg
(6)若不平衡摩擦力,则有nmg -μ[M +(5-n )m ]g =(M +5m )a ,则a =mg +μmg M +5m n -μMg +5μmg M +5m ,所以a -n 图线仍是直线,但直线不过原点,斜率变大,故B 、C 正确。
答案 (3)0.39 (4)见解析图 (5)0.45 (6)BC。