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1、暑假作業(yè)(十六)力學實驗創(chuàng)新設(shè)計 1．某物理小組的同學設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗.所用器材有:玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20 m). 完成下列填空: (1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上,如圖(a)所示,托盤秤的示數(shù)為1.00 kg. (2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時,托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為　　　　kg. (3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放,小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè).此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m;多次從同一位置釋放小車,記錄各次的m值如下表所示. 序號 1 2 3 4 5 m

2、(kg) 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90 　　(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù),可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為　　　　N;小車通過最低點時的速度大小為　　　　　m/s.(重力加速度大小取9.80 m/s2,計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 2．在水平固定的長木板上 ,小明用物體A、B分別探究了加速度與外力的關(guān)系,實驗裝置如圖甲所示(打點計時器、紙帶未畫出).實驗過程中小明用不同的重物P分別掛在光滑的輕質(zhì)動滑輪上,使平行于長木板的細線分別拉動長木板上的物體A、B由靜止開始加速運動(紙帶與打點計時器之間的阻力及空氣阻力可忽略),實驗后進行數(shù)據(jù)處理,小明得到了物體A、B的

3、加速度a與輕質(zhì)彈簧秤彈力F的關(guān)系圖像分別如圖乙中的①、②所示. (1)下列說法正確的是　　　. A.一端帶有定滑輪的長木板不水平也可以達到實驗?zāi)康? B.實驗時應(yīng)先接通打點計時器電源后釋放物體 C.實驗中重物P的質(zhì)量應(yīng)遠小于物體的質(zhì)量 D.彈簧秤的讀數(shù)始終為重物P的重力的一半 (2)小明仔細分析了圖乙中兩條線不重合的原因,得出結(jié)論:兩個物體的質(zhì)量不等,且mA　　　mB(填“大于”“等于”或“小于”);兩物體與木板之間的動摩擦因數(shù)μA　　　μB(填“大于”“等于”或“小于”). 3．氣墊導軌是中學物理實驗室中必備的實驗器材之一,我們可以使用氣墊導軌探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,研

4、究做功與物體速度的關(guān)系,驗證機械能守恒定律等.某次實驗使用的裝置如圖甲所示,水平放置的氣墊導軌上,質(zhì)量為M的滑塊A通過繞過滑輪C的細線與質(zhì)量為m的鉤碼B相連,當按下開關(guān)K解除滑塊A的鎖定后,滑塊在鉤碼的牽引下從靜止開始運動,與計時器相連的光電門D將記下滑塊上的遮光條的遮光時間.氣墊導軌和滑塊均由鋁合金制作,導軌頂角為90°且頂角平分線沿豎直方向,如圖乙.現(xiàn)查得鋁合金之間的動摩擦因數(shù)在0.15~0.19之間,為了確定動摩擦因數(shù)的具體值,可用此裝置進行較準確的測量,實驗操作步驟如下: a.安裝好氣墊導軌,將滑塊放在導軌上,啟動氣泵,調(diào)整氣墊導軌使滑塊能靜止在導軌上; b.關(guān)閉氣泵,用控制開

5、關(guān)K將滑塊鎖定,再用細線將滑塊與鉤碼相連,光電門固定在盡量靠近滑輪一端的某位置; c.啟動氣泵,按下開關(guān)K釋放滑塊,記錄下遮光條P的遮光時間t1; d.關(guān)閉氣泵,再次用K鎖定滑塊,保持光電門位置和鉤碼數(shù)量不變,仍由靜止釋放滑塊,記錄下遮光條P的遮光時間t2. (1)步驟a的目的是　. (2)根據(jù)上述實驗操作,結(jié)合下列　　　組數(shù)據(jù),即可計算鋁合金之間的動摩擦因數(shù). A.當?shù)刂亓铀俣萭、滑塊上遮光條到光電門的距離x和遮光條的寬度d B.滑塊的質(zhì)量M和遮光條的寬度d C.滑塊的質(zhì)量M和鉤碼的質(zhì)量m D.滑塊的質(zhì)量M、鉤碼的質(zhì)量m、滑塊上遮光條到光電門的距離x和遮光條的寬度d (3

6、)根據(jù)你的選擇,鋁合金之間動摩擦因數(shù)的表達式為μ=　　　. 4．在做“研究勻變速直線運動”的實驗時,某同學得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G7個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出,電火花計時器接220 V、50 Hz的交流電源. ? 　　(1)設(shè)電火花計時器的打點周期為T,計算F點的瞬時速度vF的公式為vF=　　　; (2)他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如下表.以A點對應(yīng)的時刻為t=0,試在如圖乙所示坐標系中合理地選擇標度,作出v-t圖像,并利用該圖像求出物體的加速度a=　　　m/

7、s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字); 對應(yīng)點 B C D E F 速度(m/s) 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 　　(3)如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V,而做實驗的同學并不知道,那么加速度的測量值與實際值相比　　　(填“偏大”“偏小”或“不變”). 5．如圖甲所示,某同學將一端固定有滑輪的長木板水平放置在桌面上,利用鉤碼通過細線水平拉木塊,讓木塊從靜止開始運動.利用打點計時器在紙帶上記錄下的木塊運動情況如圖乙所示,其中O點為紙帶上記錄的第一個點,A、B、C是該同學在紙帶上所取的計數(shù)點,圖乙所標明的數(shù)據(jù)為A、B、C點到O點的距離.已

8、知打點計時器所用交流電源的頻率f=50 Hz.(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (1)打點計時器打下B點時木塊的速度為vB=　　　m/s;木塊的加速度a=　　　m/s2. (2)接著該同學利用天平分別測出鉤碼的質(zhì)量m=0.10 kg、木塊的質(zhì)量M=0.40 kg,根據(jù)給出的與已經(jīng)算出的數(shù)據(jù),該同學計算出木塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ.請寫出最后的結(jié)果μ=　　　(忽略滑輪的阻力,取g=10 m/s2). 6．圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源,打點的時間間隔用Δt表示.在小車質(zhì)量未知的情況下,某同學設(shè)計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下,物

9、體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”. (1)完成下列實驗步驟中的填空. ①平衡小車所受的阻力:不掛小吊盤,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列　　　　　　　　的點. ②按住小車,掛上小吊盤,在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼. ③接通打點計時器的電源,釋放小車,獲得帶有點跡的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m0. ④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復步驟③. ⑤在每條紙帶上清晰的部分,每五個點取一個計數(shù)點.測量相鄰計數(shù)點的間距x1,x2…求出與不同m0相對應(yīng)的加速度a. ⑥以砝碼的質(zhì)量m0為橫坐標,為縱坐標,在坐標紙上作出-m0關(guān)系圖線.若加速度與

10、小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則與m0應(yīng)呈　　　(填“線性”或“非線性”)關(guān)系. (2)①本實驗中,為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是　　　　　　　　. ②設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為x1、x2、x3.a可用x1、x3和Δt表示為a=　　　.圖2為用刻度尺測量某一紙帶上的x1、x2、x3的情況,由圖可讀出x1=　　　mm,x3=　　　mm.由此求得加速度的大小a=　　　m/s2. ③圖3為所得實驗圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓第二定律成立,則小車受到的拉力為　　　,小車的質(zhì)量為　　　. 7．某

11、物理小組在探究“做功與物體動能變化的關(guān)系”時組裝了一套如圖甲所示的裝置. (1)若用砂和砂桶的總重力表示小車受到的合外力,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,必須 ①將長木板右端適當抬高,以　　　　　　　; ②滿足條件:小車質(zhì)量　　　(填“遠大于”“遠小于”或 “等于”)砂和砂桶的總質(zhì)量; ③使拉動小車的細線(小車到滑輪段)與長木板　　　. (2)如圖乙所示是打點計時器打出的小車在恒力F作用下做勻加速直線運動的紙帶.對紙帶的測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中,已知打點計時器的打點頻率為f.若要利用這些數(shù)據(jù)驗證動能定理,還需要測量哪些物理量?　. (3)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),寫出要

12、驗證的“做功與物體動能變化關(guān)系”的表達式:　. 8．用如圖甲所示的實驗裝置驗證A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒.B從高處由靜止開始下落,A上拖著的紙帶打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律.圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個點,每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出),計數(shù)點間的距離如圖乙所示.已知A的質(zhì)量m1= 50 g、B的質(zhì)量m2=150 g,則(g取9.8 m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v=　　　m/s; (2)在打點0~5過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=　　　J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=　　　J,由此得出的結(jié)論是　　　　　　　　　　　　　; (3)若某同學作出的v2-h圖像如圖丙所示,則當?shù)氐膶嶋H重力加速度g=　　　m/s2.