1、力学实验专项训练(时间:45 分钟 满分:100 分)1.(16 分)(2019山东济宁模拟)某同学用如图甲所示的实验装置测量滑块与桌面间的动摩擦因数。实验中滑块放在水平桌面上,在轻质动滑轮上悬挂不同的重物,使滑块从同一位置由静止加速运动。滑块经过光电门时,配套的数字毫秒计测出遮光条的挡光时间 t,读出弹簧测力计的示数 F,作出12-F 关系图像如图乙所示。已知滑块到光电门的距离 x=45 cm,遮光条的宽度d=3 mm(忽略绳子质量及绳子与滑轮之间的摩擦,g 取 10 m/s2)。甲 乙(1)由图甲判断下列说法正确的是 。A.实验中滑块的质量应远小于重物的质量 B.实验中滑块的质量应远大于重
2、物的质量 C.实验中与滑块相连的轻绳与桌面一定要平行 D.实验中与滑块相连的轻绳与桌面可以不平行(2)由图乙可得滑块的质量为 m=kg,滑块与桌面间的动摩擦因数为=。答案:(1)C(2)0.5 0.3 解析:(1)因弹簧测力计能测出绳子的拉力,所以只需保持与滑块相连的轻绳与桌面平行,滑块的合外力就等于弹簧测力计的示数,故正确的是 C。(2)由牛顿第二定律得 F-mg=ma,又 v2=2ax,v=,联立得12=22F-22,根据题图乙12-F图像的斜率、截距得 m=0.5kg,=0.3。2.(16 分)(2019江苏无锡模拟)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示,轻弹簧放置在
3、倾斜的长木板上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。甲(1)实验中涉及下列操作步骤:松手释放物块;接通打点计时器电源;木板一端抬高以平衡摩擦;向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量。上述步骤正确的操作顺序是 (填序号)。(2)甲同学实际打点结果如图乙所示,观察纸带,判断测量值比真实值 (选填“偏小”或“偏大”)。乙(3)乙同学实际打点结果如图丙所示。打点计时器所用电源的频率为 50 Hz,物块质量为 200 g,结合纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹
4、簧时的速度为 m/s,相应的弹簧的弹性势能为 J。(结果均保留两位有效数字)丙 答案:(1)(2)偏小(3)0.78 0.061 解析:(2)由纸带可知,物块先加速后减速,由此可知肯定是平衡摩擦力不够,弹簧的弹性势能一部分克服摩擦力做功,则弹簧弹性势能的测量值小于真实值。(3)物块脱离弹簧时的速度为 v=1.5610-20.02m/s=0.78m/s;弹性势能Ep=12mv2=120.20.782J=0.061J。3.(16 分)(2020全国卷)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为 d 的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
5、实验步骤如下:(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间 时,可认为气垫导轨水平;(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量 m1、滑块(含遮光片)的质量 m2;(3)用细线跨过轻质定滑轮,将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过 A、B 两处的光电门的遮光时间 t1、t2及遮光片从 A 运动到 B 所用的时间 t12;(5)在遮光片随滑块从 A 运动到 B 的过程中,将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小 I=,滑块动量改变量的大小 p=;(用题中给出的物理
6、量及重力加速度 g 表示)(6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m1=1.5010-2 kg,m2=0.400 kg,t1=3.90010-2 s,t2=1.27010-2 s,t12=1.50 s,g 取 9.80 m/s2。计算可得 I=Ns,p=kgm/s;(结果均保留 3 位有效数字)(7)定义=|-|100%,本次实验=%(保留 1 位有效数字)。答案:(1)大约相等(5)m1gt12 m2(2-1)(6)0.221 0.212(7)4 解析:根据题目给出的物理量,利用冲量的定义式求冲量;利用极限思想求出滑块通过 A、B 两个光电门时的速度。(1)气垫导轨水平时,滑块
7、在导轨上做匀速直线运动,所以当滑块通过两个光电门的时间大约相等时,可认为气垫导轨水平。(5)根据题干可知,拉力 F=m1g,根据冲量的定义可得,拉力的冲量 I=m1gt12;滑块通过光电门 A 的速度 vA=1,通过光电门 B 的速度 vB=2,所以滑块动量的改变量 p=m2(2-1)。(6)把题干中的数据代入 I=m1gt12,可知 I=0.221Ns;把题干中的数据代入 p=m2(2-1),可得 p=0.212kgm/s。(7)把(6)中的数据代入=|-|100%可得=4%。4.(16 分)某实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。小钢球自由下落过程中,计时装置测出小钢球先后通过
8、光电门 A、B 的时间分别为 tA、tB,用小钢球通过光电门 A、B 的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为 h,当地的重力加速度为 g,小钢球所受空气阻力可忽略不计。甲 乙(1)先用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为 d=cm。(2)要验证机械能是否守恒,只要比较 与 是否相等。(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度 (选填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,导致动能增加量Ek总是稍 (选填“大于”或“小于”)重力势能减少量 Ep,且随小钢球下落起始高度的增加,误差越来越 (选填“大”或“小”)。答案:(1)0.865(2)222
9、 222 gh(3)小于 小于 大 解析:(1)d=8mm+0.0513mm=8.65mm=0.865cm。(2)比较 mgh 与12 22 12 12。质量可以消去,且初、末速度已求出,因此比较 gh 与222 222。(3)由于小钢球做匀加速直线运动,平均速度等于中间时刻的速度,中间时刻的速度小于中间位置的速度,因此平均速度小于小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,从而导致动能增加量小于重力势能减少量;当起始高度增加,v1、v2都增加,从而平均速度与中点的速度差距越来越大。5.(18 分)某实验小组采用如图所示的装置探究动能定理,图中小车中可放置砝码。实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地
10、面,打点计时器工作频率为 50 Hz。(1)实验的部分步骤如下:在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码。将小车停在打点计时器附近,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,。改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复的操作。(2)下图是钩码质量为 0.03 kg、砝码质量为 0.02 kg 时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O 及 A、B、C、D 和 E 五个计数点,可获得各计数点到 O 的距离 x 及对应时刻小车的瞬时速度v,请将 C 点的测量结果填在表格中的相应位置。纸带的结果 测量点 x/cm v/(ms-1)O 0.00 0.35 A 1.51
11、0.40 B 3.20 0.45 C D 7.15 0.54 E 9.41 0.60(3)在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,做正功,做负功。(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中 v2=v2-02),根据图线可获得的结论是 。要验证“动能定理”,还需测量的物理量是摩擦力和 。答案:(1)接通电源 释放小车 断开开关(2)5.09(5.055.10)0.49(0.480.50)(3)钩码的重力 摩擦力(4)小车初、末速度的二次方差与位移成正比 小车质量 解析:(1)实验中应先接通电源,让打点计时器开始打点,再释放小车,在纸带上打出一系列点,最后断开开关,停止打点。(
12、2)小车做匀加速直线运动,从刻度尺中读出 xC=5.09cm(分度值为1mm,再估读一位),C 点速度等于 B、D 两点间的平均速度即 vC=4=0.49m/s。(3)在移动过程中钩码受的重力是动力,其重力做正功,小车受的摩擦力做负功。(4)v2-x 图像是过原点的倾斜直线,说明 v2与 x 成正比关系,即小车初、末速度的二次方差与位移 x 成正比关系,v2=kx,由12mv2-12 02=(m 钩码g-Ff)x,式中 m 为小车和砝码的总质量,要验证上式成立还需测出摩擦力Ff和小车质量 m 车。6.(18 分)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:甲 将弹簧测力计固定在贴有白纸
13、的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为 O1、O2,记录弹簧测力计的示数 F,测量并记录 O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度 l)。每次将弹簧测力计示数改变 0.50 N,测出所对应的 l,部分数据如下表所示:F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 找出中 F=2.50 N 时橡皮筋两端的位置,重新标记为 O、O,橡皮筋的拉力记为 FOO。在弹簧测力计挂钩上涂抹少许
14、润滑油,将橡皮筋搭在弹簧测力计挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使弹簧测力计挂钩的下端达到 O 点,将两笔尖的位置标记为 A、B,橡皮筋 OA 段的拉力记为 FOA,OB 段的拉力记为 FOB。乙 完成下列作图和填空:(1)利用表中数据画出 F-l 图线,根据图线求得 l0=cm。(2)测得 OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则 FOA的大小为 N。(3)根据给出的标度,作出 FOA和 FOB的合力 F的图示。(4)通过比较 F与 的大小和方向,即可得出实验结论。答案:(1)如图甲所示 10.0(9.810.1 均正确)甲 乙(2)1.80(1.701.90 均正确)(3)如图乙所示(4)FOO 解析:(1)作出 F-l 图线,由 F=k(l-l0)可得,直线与横轴的截距即为 l0,由图可知,l0=10.0cm。(2)由题干表格可知,F=1.50N 时,l=13.00cm,则橡皮筋的劲度系数 k=50N/m;若OA=6.00cm,OB=7.60cm,则橡皮筋拉力 FOA=kL=50(6.00+7.60-10.00)10-2N=1.80N。(3)见答案图乙。(4)由图可知 F为作图法所得到的合力,FOO等于真实合力,F与 FOO不完全重合,存在一定误差,但在误差允许范围内,可得出实验结论。
