1、第1页专题限时训练13 力学实验与创新第2页时间：45 分钟1某学习小组利用图甲所示的装置进行“探究合力一定时，加速度与质量的关系”实验，图中大的定滑轮可绕水平轴转动，绕过定滑轮的轻绳两端分别系有钩码和弹簧测力计，弹簧测力计下端挂装有细砂的小桶实验的主要步骤如下：第3页第4页用螺旋测微器测量 A 处金属片的厚度 d，其示数如图乙所示用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数为 F0.释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为 F1，记下金属片通过光电门的遮光时间 t1.钩码下方再挂一个钩码，用手控制钩码，调整金属片的位置仍在 A 处静止不动，释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为 F2，记下金属片通过光电门的
2、遮光时间 t2.重复步骤，进行多次实验第5页请回答下列问题：(1)dmm.(2)不需要测量下列哪些物理量，也能完成本实验：.A金属片与光电门间的高度差 hB钩码的总质量 MC弹簧测力计、金属片、砂和小桶的总质量 m(3)若用 F 表示钩码释放后弹簧测力计的示数，则能正确反映“合力一定时，加速度与质量的关系”的是.2.612ABCD第6页解析：(1)d2.5 mm0.01 mm11.22.612 mm.(2)用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数 F0mg；释放钩码后，Fmgma，v22ah，vdt，解得 FF0md22h 1t2，即只要验证(FF0)与1t2成正比即可，不需要测量 h、M、m.
3、(3)(FF0)与1t2成正比，只有选项 D 正确第7页2用图 1 所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律主要实验步骤如下：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，重复几次第8页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(t0)，然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点，如图 2 中 A、B、C、D、E、F所示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第9页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 3 所示第10页结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪
4、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 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)(2)在图 3 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AC第11页答案：如图所示第12页(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xt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
5、关”或“无关”)小车的速度随时间均匀变化加速度越小越好有关第13页(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第14页答案：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第15页解析：(1)打点计时器使用的是低压交流电源，故选 A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要
6、用刻度尺测量，故选 C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)(2)先标出计数点 C 对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上(3)依据 v-t 图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；v-t 图象斜率的物理意义是加速度第16页(4)xt表示的是 t 内的平均速度，只有当 t 趋近于零时，xt才表示瞬时速度因此若用xt表示各计数点的瞬时速度，对 t的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的 x 越大，x 的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，选取的 x 大小与速度测量的误差有关(5)如果小球的初速度为 0，其速
7、度 vt，那么它通过的位移 x0v2 t，故推出 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第17页3(2019全国卷)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率 50 Hz 的交流电源、纸带等回答下列问题：第18页(1)铁块与木板间动摩擦因数(用木板与水平面的夹角、重力加速度 g 和铁块下滑的加速度 a 表示)(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使 30.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示图中的点
8、为计数点(每两个相邻的计数点间还有 4 个点未画出)重力加速度为 9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为(结果保留 2 位小数)gsinagcos0.35第19页解析：(1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有 mgsinmgcosma，解得 gsinagcos.(2)两个相邻计数点之间的时间间隔 T5 150 s0.10 s，由逐差法和 xaT2，可得 a1.97 m/s2，代入 gsinagcos，解得 0.35.第20页4图中圆盘可绕过中心垂直于盘面的水平轴转动圆盘加速转动时，角速度的增加量 与对应时间 t 的比值定义为角加速度，用 表示，t，我们用测量直线运动加速度的实验
9、装置来完成实验，实验步骤如下其中打点计时器所接交流电的频率为 50 Hz，图中 A、B、C、D为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出第21页如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；第22页接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；断开电源，经过一段时间，停止转动圆盘和打点，取下纸带，进行测量(1)用 20 分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的半径为mm.(2)由图丙可知，打下计数点 D 时，圆盘转动的角速度为rad/s(保留两位有效数字)(3)圆盘转动的角加速度为rad/s
10、2.60.00mm6.510.0(9.810 都算正确)第23页解析：(1)游标卡尺主尺部分读数为 120 mm，小数部分为零，由于精确度为 0.05 mm，故需读到 0.01 mm 处，故读数为120.00 mm，半径为 6.000 cm(60.00 mm)(2)由于每相邻两个计数点间还有 4 个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔 T0.1 s，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上 D点时小车的瞬时速度大小vDxCE2T 0.131 90.054 10.2 m/s0.389 m/s，故 vr0.3890.06 rad/s6.5 rad/s.第24
11、页(3)根据匀变速直线运动的推论公式 xaT2 可以求出加速度的大小，得 axCExAC4T213.1925.410.0140.12 m/s20.600 m/s2，由于 t，vr，故角加速度为 vt1rar 0.60.06rad/s210.0 rad/s2.第25页5为了测定滑块 M 与长木板间的动摩擦因数，某同学将长木板的一端通过转轴固定在水平面上，另一端用垫块垫起形成一个倾角，在长木板的另一端固定一个定滑轮，在垫块上安装一个光电门，在重物 m 上固定一个窄挡光条，通过一条轻质细线将重物和滑块连接起来并绕过定滑轮，如图所示现让重物从某标记位置处由静止释放，它牵引滑块运动，若测得标记处与光电门
12、间的距离为 h，宽度为 d 的挡光条通过光电门的时间为 t，且 Mm，则滑块与长木板间的动摩擦因数为 第26页.实验过程中 h 越大，实验测量结果(选填“越精确”“越不精确”或“都一样”)；在保持 h 不变的情况下，调节垫块使倾角 越大，则实验测量结果(选填“越精确”“越不精确”或“都一样”)1sincos d2ght2cos越精确越不精确第27页解析：根据题意知挡光条通过光电门的速度为 vdt，重物下降 h 的过程中 mghMghsinMghcos12(mM)v2，联立解得 1sincos d2ght2cos.实验过程中 h 越大，挡光条过光电门的时间越短，速度测量越准确，误差越小；倾角 越大，滑动运动的加速度越小，挡光条经过光电门的时间越长，速度测量越不准确，误差越大