1、(三)实验题高分练二力学创新1.某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律,该装置由水平长木板及固定在长木板一端的硬币发射器组成,硬币发射器包括弹片及弹片释放装置。释放弹片可将硬币以某一初速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同。主要实验步骤如下:将一元硬币置于发射槽口,释放弹片将硬币发射出去,硬币沿着长木板中心线运动,在长木板中心线的适当位置取一点O,测出硬币停止滑动时硬币右侧到O点的距离。再从同一位置释放弹片将硬币发射出去,重复多次,取该距离的平均值记为x1,如图乙所示;将五角硬币放在长木板上,使其左侧位于O点,并使其直径与中心线重合。按步骤从同一位置释放弹片,重新弹射一元
2、硬币,使两硬币对心正碰,重复多次,分别测出两硬币碰后停止滑行时与O点距离的平均值x2和x3,如图丙所示。(1)为完成该实验,除长木板,硬币发射器,一元及五角硬币,刻度尺外,还需要的器材有。(2)实验中还需测量的物理量有,验证动量守恒定律的表达式为(用测量物理量对应的字母表示)。2.甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验。已知重力加速度为g。(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示。其中A为置于水平面上的质量为M的长直木板,B为木板上放置的质量为m的物块,C为与物块右端连接的一轻质弹簧测力计,连接弹簧测力计的细绳水平。实验时用力向左拉动A,当C的示数稳定后(B仍在A上),读出其示数F。则该设计能测出
3、(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数,其表达式为=。(2)乙同学的设计如图乙所示。他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门,与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力,长木板固定在水平面上,物块与滑轮间的细绳水平。实验时,多次改变砂桶中砂的质量,每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动,读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t;在坐标系中作出F-1t2的图线如图丙所示,图线的斜率为k,与纵轴的截距为b。因乙同学不能测出物块质量,故该同学还应该测出的物理量为(填所测物理量及符号)
4、。根据所测物理量及图线信息,可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为=。3.某同学利用如图所示的装置验证动能定理,将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置,在木板上依次固定好白纸、复写纸。将小球从不同的标记点由静止释放,记录小球到达斜槽底端时下落的高度H,并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y。改变小球在斜槽上的释放位置,进行多次测量,记录数据如下:高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h竖直位移y/cm30.015.010.07.56.05.04.33.83.3(1)在安装斜槽时,应注意。(2)已知斜槽倾角为,小球与斜槽之间的动摩擦因数为,木板与斜槽末端的水平距离为x
5、,小球在离开斜槽后的竖直位移为y,不计小球与水平槽之间的摩擦,小球从斜槽上滑下的过程中,若动能定理成立则应满足的关系式是。(3)若想利用图像直观得到实验结论,最好应以H为横坐标,以为纵坐标,描点作图。答案精解精析1.答案(1)天平(2)一元硬币与五角硬币的质量m1、m2m1x1=m1x2+m2x3解析(1)动量是质量与速度的乘积,因此本实验需要测量硬币的质量,即还需要的实验器材为天平。(2)在验证动量守恒定律时,需要测量一元硬币的质量m1以及五角硬币的质量m2;由牛顿第二定律可知两枚硬币的加速度均为a=g,由运动学公式v2=2ax可得,碰前一元硬币的速度为v1=2gx1,碰后一元硬币和五角硬币
6、的速度分别为v2=2gx2、v3=2gx3,若满足m1v1=m1v2+m2v3,即m1x1=m1x2+m2x3,即可验证动量守恒定律。2.答案(1)A与BFmg(2)光电门A、B之间的距离x2xbkg解析(1)实验时用力向左拉动A,C稳定时读数F等于A与B之间的摩擦力,A与B之间的压力等于物块B的重力mg,由F=mg可得A与B之间的动摩擦因数表达式为=Fmg。(2)根据题述情境,测力计示数F等于细绳中拉力,由牛顿第二定律有F-mg=ma,由匀变速直线运动规律有x=12at2,联立解得F=2mx1t2+mg。图丙所示的F-1t2图线斜率k=2mx,与纵轴的截距b=mg,若不能测量物块质量m,联立消去m,解得=2xbkg。因此还应该测出的物理量为光电门A、B之间的距离x。3.答案(1)使斜槽末端O点的切线水平(2)Hy=x24-41tan(3)1y解析(1)本实验是采用平抛运动来验证动能定理的,故要求斜槽末端O点的切线水平,让小球离开轨道后做平抛运动。(2)设小球到达斜槽末端的速度为v,在斜面上,由动能定理可得mgH-mg cos Hsin=12mv2,根据平抛运动规律可得x=vt,y=12gt2,联立可得Hy=x24-41tan。(3)由Hy=x24-41tan可知,H、y的乘积为常数,若想利用图像直观得到实验结论,最好应以H为横坐标,以1y为纵坐标,描点作图。