专题突破练14 力学实验(时间:45分钟 满分:100分)1.(15分)(2022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0.2s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。图乙为实验得到的一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是:s01=1.40cm、s12=2.15cm、s23=2.91cm、s34=3.65cm、s45=4.41cm、s56=5.15cm,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.(15分)(2022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。①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( )6\n②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.(15分)(2022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C.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。①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°②弹簧测力计的指针如图乙所示,由图可知拉力的大小为 N; ③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.(18分)(2022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mB.轻绳的长度l6\nC.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.(18分)(2022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C.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.(19分)(2022北京卷)用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。6\n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50Hz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)(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ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对Δt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Δx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6\n专题突破练14 力学实验1.答案(1)打点计时器 (2)0.20 (x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2 0.19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=s34+s45t35=(3.65+4.41)×10-22×0.2m/s=0.2015m/s≈0.20m/s计算小车的加速度a的表达式为:a=(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2代入数据可得:a≈0.19m/s22.答案(1)5.50 d22xt2 (2)①D ②CD解析(1)游标卡尺的主尺读数为5mm,游标读数为0.05×10mm=0.50mm,所以最终读数d=5mm+0.50mm=5.50mm。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=dt,联立可得:a=d22xt2。(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=dt,根据动能定理可得:W=12mv2=12md2t2,由此可知W∝1t2,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-1t2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.答案(1)B (2)①AC ②4.00 ③C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)①要保证两个弹簧测力计的拉力与一个弹簧测力计的拉力效果相同,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。②由图乙弹簧测力计的指针指示可知,拉力F的大小为4.00N。③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,所以采用的科学方法是等效替代法。所以C正确。4.答案(1)5.695 (2)A (3)F2-F16m解析(1)螺旋测微器的固定刻度读数5.5mm,可动刻度读数为0.01×19.5mm=0.195mm,所以最终读数为固定刻度读数+可动刻度读数=5.5mm+0.195mm=5.695mm。(2)(3)由牛顿第二定律,在最高点,则有F1+mg=mv12r,而在最低点,则有F2-mg=mv22r;再依据机械能守恒定律,则有12mv22=12mv12+2mgr,联立上式,解得g=F2-F16m,因此已知最高点和最低点的拉力F1、F2,小军同学还需要测量的物理量有小球的质量m,故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=F2-F16m。5.答案(1)BC (2)A 1k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P6\n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F≠0时,a=0;也就是说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=Fm-fm,对比图象可得:1m=k,则小车质量m=1k。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v∝t,那么它通过的位移x∝t2。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ΔxΔt求瞬时速度,Δt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x1t12=x2t22=x3t32=…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的。6
