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1、1专题突破练专题突破练 1414 力学实验力学实验 (时间:45 分钟 满分:100 分) 1 1.(15 分)(2018 天津南开中学月考)某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量一小车 在斜面上的运动时的加速度。实验过程如下:在斜面上铺上白纸,用图钉钉住;把滴水计时器固定在 小车的末端,调节滴水计时器的滴水速度,使其每 0.2 s 滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);在斜 面顶端放置一浅盘,把小车放在斜面顶端,把调好的滴水计时器盛满水,使水滴能滴入浅盘内;随即 在撤去浅盘的同时放开小车,于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹;小车到达斜面底端 时立即将小车移开。图乙为实验得到的
2、一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,试问: (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的 原理类似。 (2)由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时间的瞬时速度v4= m/s,计算小车的加速度a的 表达式为 ,计算结果为 m/s2。(结果均保留两位有效数字) 2 2.(15 分)(2018 广东潮州测试)如图所示装置可以用来“探究加速度与合外力、质量的关系”,也 可以用来“探究功与速度变化的关系”和“验证机械能守恒定律”等。(1)某同学用此装置探究小车在拉
3、力作用下的加速度。用游标卡尺测量遮光条的宽度d,其示数如图 所示,则d= mm。测出小车静止时遮光条到光电门的距离为x,光电计时器读出遮光条通过 光电门的时间是t,则小车的加速度是 。(用测量的符号表示) (2)该同学继续用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验,他通过改变小车释放点到光电门 的距离成倍增加进行多次实验,每次实验时要求小车都由静止释放。 如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t,通过描点作出线性图象来反映合力做功与t的关 系,则下图中符合实验事实的是( )下列实验操作中必要的是( ) A.调整轨道的倾角,在未挂重物时使小车能在轨道上做匀速直线运动 B.必须满足重物的质量远小于
4、小车的质量 C.必须保证小车由静止状态开始释放 D.保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变 3 3.(15 分)(2018 福建四地六校月考)两个实验小组做了如下两个实验,请回答下列问题:(1)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得 到弹力与弹簧长度的图象如图所示。下列表述正确的是( ) A.a的原长比b的长 B.a的劲度系数比b的大2C.a的劲度系数比b的小 D.测得的弹力与弹簧的长度成正比 (2)另一个实验小组利用图甲实验装置探究“求合力的方法”实验。下列说法中正确的是( ) A.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中,橡皮条结点O的位置不
5、能变化 B.弹簧测力计拉细线时,拉力方向必须竖直向下 C.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 D.为减小测量误差,F1、F2方向间夹角应为 90 弹簧测力计的指针如图乙所示,由图可知拉力的大小为 N; 本实验采用的科学方法是( ) A.理想实验法B.控制变量法 C.等效替代法D.建立物理模型法 4 4.(18 分)(2017 山东日照模拟)装有拉力传感器的轻绳,一端固定在光滑水平转轴O,另一端系一小 球,空气阻力可以忽略。设法使小球在竖直平面内做圆周运动(如图甲),通过拉力传感器读出小球 在最高点时绳上的拉力大小是F1,在最低点时绳上的拉力大小是F2。某兴趣小组的同学用该装置测
6、 量当地的重力加速度。(1)小明同学认为,实验中必须测出小球的直径,于是他用螺旋测微器测出了小球的直径,如图乙所 示,则小球的直径d= mm。 (2)小军同学认为不需要测小球的直径。他借助最高点和最低点的拉力F1、F2,再结合机械能守恒定 律即可求得。小军同学还需要测量的物理量有 (填字母代号)。 A.小球的质量m B.轻绳的长度l C.小球运动一周所需要的时间T (3)根据小军同学的思路,请你写出重力加速度g的表达式 。 5 5.(18 分)(2018 山西孝义一模)图甲所示为“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验装置。图 中A为小车,连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B,它们均置于一端带
7、有定滑轮的足够长的木板 上,P为钩码,C为弹簧测力计,绳与滑轮间的摩擦可以忽略。甲 (1)实验时一定要进行的操作是 (填选项前的字母)。 A.一端带有定滑轮的长木板必须保持水平 B.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数3C.改变P的质量,打出几条纸带 D.为减小误差,实验中一定要保证P的质量远小于小车的质量 (2)按图甲装置(长木板水平放置)完成实验,以弹簧测力计的示数F为横坐标,以加速度a为纵坐标,图 乙中画出的a-F图象可能正确的是 (填选项字母)。若测出的a-F图象的斜率为k,则小车 的质量为 。 乙6 6.(19 分)(2018 北京卷)用
8、图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。甲主要实验步骤如下: a.安装好实验器材。接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。 b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选 取一个计数点,如图乙中A、B、C、D、E、F所示。乙c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度,分别记作 v1、v2、v3、v4、v5 d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图丙所示。丙结合上述实验步骤,请你完成下列任务: (1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有 和 (填选项前的字母)。 A.电压合适的 50
9、 Hz 交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码)4(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并 画出v-t图象。 (3)观察v-t图象,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是 ,v-t图象斜率的物理意义 是 。 (4)描绘v-t图象前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速 度,从理论上讲,对 t的要求是 (选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度 看,选取的 x大小与速度测量的误差 (选填“有关”或“无关”)。 (5)早在 16 世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化
10、的。当时只能靠滴水计时,为此 他设计了如图丁所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想,请你结合匀变速直线运动 的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。丁5专题突破练 1414 力学实验1 1.答案 (1)打点计时器 (2)0.20 0.19(56+ 45+ 34) - (23+ 12+ 01)92 解析 (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器原理类似。 (2)计数点 4 所代表时间的瞬时速度v4=34+ 4535= m/s(3.65 + 4.41) 10- 22 0.2=0.201 5 m/s0.20 m/s 计算小车的加速度a的表达式为:
11、a=(56+ 45+ 34) - (23+ 12+ 01)92 代入数据可得:a0.19 m/s22 2.答案 (1)5.50 (2)D CD222 解析 (1)游标卡尺的主尺读数为 5 mm,游标读数为 0.0510 mm=0.50 mm,所以最终读数d=5 mm+0.50 mm=5.50 mm。由题意可知,该实验中小车做匀加速直线运动,因此有:v2=2ax,速度为:v=, 联立可得:a=。222 (2)据题意可知,“探究合力的功与动能改变关系”的实验,他通过成倍增加位移的方法来进行验证,所以需要先表示出小车的速度,小车的速度用平均速度代替即:v=,根据动能定理可得: W= mv2=,由此可
12、知W,故选 D。由于该实验是通过成倍增加位移的方法来进行验证,只要W-1 21 2m2212的关系即可,所以不需平衡摩擦力、不需要满足重物的质量远小于小车的质量,但必须保证每次小12 车由静止释放且保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变,故 AB 错误,CD 正确。 3 3.答案 (1)B (2)AC 4.00 C 解析 (1)在图象中横截距表示弹簧的原长,故b的原长比a的长,故 A 错误;在图象中斜率表示弹簧 的劲度系数k,故a的劲度系数比b的大,故 B 正确、C 错误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧 的形变量成正比,故 D 错误。 (2)要保证两个弹簧测力计的拉力与一个弹簧测力计的拉力
13、效果相同,橡皮条要沿相同方向 伸长量相同,则O点的位置应固定,可以用一个弹簧测力计代替所挂钩码完成实验,故 A 正确;本实 验是在水平面作力的图示,为了减小误差,弹簧测力计必须保持与木板平行,橡皮条及挂钩码的细绳 必须在同一平面内,弹簧测力计拉细线时,拉力方向不一定要竖直向下,故 B 错误;在测量的过程中 F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程,故 C 正确;本实验只要使两次效果相同就行, 两个弹簧测力计拉力的方向没有限制,并非一定要夹角为 90不变,故 D 错误。 由图乙弹簧测力计的指针指示可知,拉力F的大小为 4.00 N。 本实验中,合力产生的效果与两个分力产生的效果是相同的
14、,所以采用的科学方法是等效替 代法。所以 C 正确。4 4.答案 (1)5.695 (2)A (3)2- 1 6 解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数 5.5 mm,可动刻度读数为 0.0119.5 mm=0.195 mm,所以最终 读数为固定刻度读数+可动刻度读数=5.5 mm+0.195 mm=5.695 mm。6(2)(3)由牛顿第二定律,在最高点,则有F1+mg=m,而在最低点,则有F2-mg=m;再依据机械1222能守恒定律,则有+2mgr,联立上式,解得g=,因此已知最高点和最低点的拉力1 2m22=1 2m122- F16 F1、F2,小军同学还需要测量的物理量有小球的质量m,故
15、 A 正确,B、C 错误;根据小军同学的思路,重力加速度g的表达式为g=。2- 1 65 5.答案 (1)BC (2)A 1 解析 (1)该实验要平衡摩擦力,一端带有定滑轮的长木板要倾斜,故 A 项错误。为提高打点的个数, 小车靠近打点计时器,打点计时器的使用要先接通电源后释放小车,故 B 项正确。改变P的质量,打 出几条纸带,得到不同拉力作用下的加速度,故 C 项正确。由于该实验的连接方式,小车是在绳的拉 力下加速运动,此拉力可由测力计示数获得,不需要用重物的重力来代替,则不要求重物质量远小于 小车质量,故 D 项错误。故答案为 BC。 (2)若没有平衡摩擦力,则当F0 时,a=0;也就是说
16、当绳子上有拉力时小车的加速度还为 0;且 实验中物体的加速度与合外力成正比,图线应为直线。所以a-F图象可能正确的是图线 A。据牛顿第二定律F-f=ma,解得:a=,对比图象可得:=k,则小车质量m=。 1 1 6 6.答案 (1)A C (2)图见解析 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为 0,其速度vt,那么它通过的位移xt2。因此,只要测量小球通过不 同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。 解析 (1)打点计时器需要使用交流电源,选 A 不选 B,由于需要测量长度,所以选 C,本实验用打点计 时器计时,故不需要秒表,本实验不需要测量质量,故不需要天平。 (2)如图所示(3)v-t图线是一条倾斜的直线,小车的速度随时间均匀变化,斜率的物理意义是小车的加速度。(4)用平均速度求瞬时速度,t越小越好。 (5)如果速度随时间是均匀变化的,那么位移x将与时间t的二次方成正比,所以只要测出不同时间内的位移和时间,看=是否成立,如果成立就可以检验小球的速度是随时间均匀变化112=222=332的。