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1、专题能力训练12力学实验(时间:45分钟满分:100分)1.(14分)如图甲所示,在研究弹力和弹簧伸长量的关系时,把弹簧上端固定在横梁上,下端悬吊不同重力的砝码,用刻度尺测量弹簧的长度,把弹簧的伸长量x和弹簧弹力F的关系在F-x坐标系中描点如图乙所示。(1)从坐标系中的实验数据可知,该弹簧的劲度系数是(精确到两位有效数字)。(2)关于实验注意事项,以下哪项是没有必要的?(填入字母序号)。A.悬吊砝码后,在砝码静止后再读数B.尽量减小弹簧和横梁之间的摩擦C.弹簧的受力不超过它的弹性限度2.(16分)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动,重物落地
2、后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50 Hz。甲乙(1)通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点和之间某时刻开始减速。(2)计数点5对应的速度大小为m/s,计数点6对应的速度大小为m/s。(保留三位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a=m/s2,若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值(选填“偏大”或“偏小”)。3.(16分)(2015贵州八校联盟联考)为了测量木块与木板间动摩擦因数,某小组使用位移传感器设计了如图甲所
3、示的实验装置,让木块从倾斜木板上一点A由静止释放,位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机,描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t变化规律,如图乙所示。(1)根据上述x-t图,计算0.3 s时木块的速度v= m/s,木块加速度a= m/s2;(以上结果均保留两位有效数字)(2)若知道木板的倾角为,则木块与木板的动摩擦因数=,所有量用字母表示(已知当地的重力加速度为g)。(3)为了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度,下列措施可行的是。A.A点与传感器距离适当大些B.木板的倾角越大越好C.选择体积较小的实心木块D.传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻4.(16分)(20
4、15山东枣庄统考)(1)下图螺旋测微器的读数为 mm;图中游标卡尺的读数是 cm。(2)用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。已知m1=50 g、m2=150 g,则(结果均保留两位有效数字)在纸带上打下记数点5时的速度v= m/s;在打下点“0”到点“5”过程中,系统动能的增量Ek= J,系统势能的减少量Ep= J(计算时g取10 m/s2)
5、。由此得出的结论:。若某同学作出-h图象如图,则当地的重力加速度g= m/s2。5.(18分)甲某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源,可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电,交变电流的频率为50 Hz。重锤从高处由静止开始下落,重锤拖着的纸带上打出一系列的点,对纸带上的点测量并分析,即可验证机械能守恒定律。(1)他进行了下面几个操作步骤:A.按照图示的装置安装器件;B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;C.用天平测出重锤的质量;D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;E.测量纸带上某些点间的距离;F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是
6、否等于其增加的动能。其中没有必要进行的步骤是,操作不当的步骤是。(填选项字母)(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析,如图乙所示,其中O点为起始点,A、B、C、D、E、F为六个计数点。根据纸带上的测量数据,可得出打B点时重锤的速度为 m/s。(保留三位有效数字)乙(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度v,量出下落距离h,并以为纵轴、以h为横轴画出的-h图象,应是下列图中的。丙(4)他进一步分析,发现本实验存在较大误差,为此对实验设计进行了改进,用如图丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律:通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落,下落过程中经过光电门B时,通过与之相连的毫秒
7、计时器(图中未画出)记录挡光时间t,用毫米刻度尺测出A、B之间的距离h,用游标卡尺测得小铁球的直径d。重力加速度为g。实验前应调整光电门位置使小铁球下落过程中球心通过光电门中的激光束。则小铁球通过光电门时的瞬时速度v=。如果d、t、h、g满足关系式,就可验证机械能守恒定律。(5)比较两个方案,改进后的方案相比原方案的最主要的优点是。6.(20分)在探究动能定理的实验中,某实验小组组装了一套如图甲所示的装置,拉力传感器固定在小车上,一端与细绳相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接,打点计时器打点周期为T,实验的部分步骤如下:甲(1)平衡小车所受的阻力:不挂
8、钩码,调整木板右端的高度,用手轻推小车,直到打点计时器在纸带上打出一系列的点。(2)测量小车和拉力传感器的总质量M,按图组装好仪器,并连接好所需电路,将小车停在打点计时器附近,先接通拉力传感器和打点计时器的电源,然后,打出一条纸带,关闭电源。(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙所示,在纸带上按打点先后顺序依次取O、A、B、C、D、E等多个计数点,各个计数点到O点间的距离分别用hA、hB、hC、hD、hE、表示,则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为,若拉力传感器的读数为F,计时器打下A点到打下D点过程中,细绳拉力对小车所做功的表达式为。乙(4)某同学以A点为起始点,以A
9、点到各个计数点动能的增量Ek为纵坐标,以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标,得到一条过原点的倾角为45的直线,由此可以得到的结论是。参考答案1.答案:(1)1.2102 N/m或1.3102 N/m(2)B解析:(1)由胡克定律F=kx知F-x图象中的斜率即劲度系数。(2)胡克定律只在弹性限度内才成立;实验时应在砝码静止、形变量稳定时读数;弹簧和横梁之间的摩擦力对本实验没有影响。2.答案:(1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00偏大解析:(1)由纸带上各点间距可以看出,6、7两点间距离最大,在计数点6之前,连续相等的时间内位移差x=2.00 cm,而6、7两计数点间位
10、移与前一段位移之差x=x67-x562.00 cm。故物块在两相邻计数点6和7之间开始减速。(2)根据v5=可得v5= m/s=1.00 m/s,从点2到点6段的加速度a=2.01 m/s2,v6=v5+aT=1.20 m/s。(3)物块在6、7点间加速度变化,减速过程加速度大小有a=2.0 m/s2,但重物落地后,滑块向前运动时除受摩擦力作用外,纸带和限位孔之间也存在摩擦力作用,即mg+F阻=ma,=,故利用=计算出的动摩擦因数比真实值偏大。3.答案:(1)0.804.0(2)(3)AC解析:(1)由图象知,在第1个0.1 s内,木块的位移为0,在第二个0.1 s,木块的位移x2=(42-4
11、0) cm=2 cm,经第3个0.1 s,木块的位移x3=(40-34) cm=6 cm,经第4个0.1 s,木块的位移x4=(34-24) cm=10 cm,0.3 s时木块的速度v=0.8 m/s;由x=aT2解得a=4.0 m/s2。(2)根据牛顿第二定律,有mgsin -mgcos =ma,解得=。(3)A点与传感器距离适当大些,可提高长度的测量精度,提高加速度的测量精度,从而提高动摩擦因数的测量精度,选项A正确;而木板的倾角过大,则运动时间过短,选项B错误;体积较小的实心木块受到的空气阻力较小,测量结果较准确,选项C正确;传感器开始计时的时刻可从任意位置,选项D错误。4.答案:(1)
12、5.6701.050(2)2.40.580.60在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒9.7解析:(1)5.5 mm+17.00.01 mm=5.670 mm,注意读可动刻度时要估计一位;游标卡尺读数,1 cm+100.05 mm=1.050 cm,游标卡尺不能估读。(2)由瞬时速度与平均速度的关系式v5=2.4 m/s,Ek=(m1+m2)=0.58 J,重物m1上升h5=60.00 cm=0.60 m,重物m2下降0.60 m,系统重力势能的减小量Ep=m2gh5-m1gh5=0.6 J。在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。由上述分析可得系统机械能守恒表达式(m
13、1+m2)v2=(m2-m1)gh,得gh,可知图线的斜率k=g=4.85,解得g=9.7 m/s2。5.答案:(1)CB(2)1.84(3)C(4)=gh(5)消除了纸带与打点计时器间的摩擦影响,提高了测量的精确度,从而减小了实验误差解析:(1)要验证机械能守恒定律,需要验证mv2=mgh,则只需验证v2=gh即可,故不需要测出重锤的质量,所以没有必要进行的步骤是C。打点计时器只能使用交流电源,故操作不当的步骤是B。(2)由运动学公式可知,B点的速度为vB= m/s=1.84 m/s。(3)由关系式v2=gh可知,v2-h图象应是过原点的倾斜直线,故选C。(4)小铁球通过光电门的时间很短,故可用小铁球经过光电门的平均速度近似求出小铁球通过光电门的瞬时速度,即v=,代入v2=gh可得=gh。6.答案:(1)间距相等(2)释放小车(3)F(hD-hA)(4)外力所做的功等于物体动能的变化量解析:(1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时,小车做匀速直线运动,受力平衡。(2)在组装好实验装置的基础上,进行实验时应先接通电源,再释放小车。(3)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度,即vD=,故打下D点时的动能为EkD=;拉力对小车做的功为W=F(hD-hA)。(4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45,可得出方程式Ek=W,故可得结论:外力所做的功等于物体动能的变化量。