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課時跟蹤訓(xùn)練(十五) 力學(xué)實驗 1．某同學(xué)用兩個彈簧測力計和重物m驗證力的平行四邊形定則．如圖所示，彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細(xì)線掛一重物m，彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置，分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向． (1)實驗中彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N. (2)若實驗中發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，為正常測量，需要進(jìn)行適量調(diào)整，調(diào)整過程中保持PO方向不變，以下操作可行的是________． A．保持其他條件不變，手拉彈簧測力計B繞O點順時針轉(zhuǎn)動 B．保持其他條件不變，手拉彈簧測力計B繞O點逆時針轉(zhuǎn)動 C．保持其他條件不變，適當(dāng)減小重物m的質(zhì)量 D．保持其他條件不變，適當(dāng)增大重物m的質(zhì)量 (3)分析實驗時該同學(xué)懷疑彈簧測力計A因拉伸超出量程后讀數(shù)不準(zhǔn)而影響實驗結(jié)果，他改變彈簧測力計B拉力的過程中，結(jié)點O的軌跡被描在白紙上，若兩次記錄O點軌跡如圖中的兩條虛線所示．保證重物質(zhì)量不變，沿兩條不同的軌跡運動到細(xì)線OB水平時，彈簧測力計A的彈力大小為F1、F2，它們的大小關(guān)系為F1________F2，由圖說明彈簧測力計A拉伸________(選填“超出”或“未超出”)彈性限度． 解析　(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1 N，則A的讀數(shù)為3.60 N. (2)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測力計A的力大了，可行的方法是減小重物m的質(zhì)量或減小B的拉力，而此時結(jié)點O在三力作用下平衡，在重物m質(zhì)量不變的情況下，只有讓B繞O點順時針旋轉(zhuǎn)，故選A、C. (3)由于兩次OB水平時，重物m沒有變化，合力是一定的，故B的拉力不變，因此測力計A兩次的示數(shù)是相同的，即F1＝F2，但圖中兩次O點的軌跡不重合，表明測力計A拉伸超出了彈性限度． 答案　(1)3.60　(2)AC　(3)＝　超出 2．(2018湖北省黃石市高三調(diào)研)在某次動手實踐活動中，指導(dǎo)老師要求同學(xué)們利用手中的器材測量小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)，某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置． (1)實驗時，該同學(xué)用兩塊完全相同的木板AB、CD組裝成了如圖所示的軌道，其中AB傾斜，CD水平，兩木板連接處平滑相接．將小物塊從木塊AB的某位置由靜止釋放，小物塊停止運動后，用毫米刻度尺測量小物塊釋放時距水平面的高度h以及在木板CD上滑行的距離x，為測得動摩擦因數(shù)，該同學(xué)還需要測量________； (2)改變釋放高度h進(jìn)行多次實驗，記錄對應(yīng)的h1、x1，h2、x2，h3、x3，……之后以x為縱坐標(biāo)，h為橫坐標(biāo)描點作圖，得到一條傾斜直線，斜率為k，則小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________(用測量量和k表示)． 解析　(1)對小物塊的整個運動過程由動能定理得mgh－μmgcos θ－μmgx＝0，整理得x＝h，故實驗過程中需要測量木板AB的傾角θ或由tan θ＝可知，還可以測量小物塊釋放時的位置在水平面的投影到B點的距離l. (2)x－h(huán)圖線的斜率k＝－，解得μ＝或由tan θ＝，得μ＝. 答案　(1)木板AB的傾角θ或小物塊釋放時的位置在水平面的投影到B點的距離l　(2)或 3．(2018河北保定實驗中學(xué)模擬)如圖所示為測量物塊與水平固定桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖，細(xì)線平行于桌面． ①用游標(biāo)卡尺測出遮光片的寬度d；用刻度尺測出兩光電門之間的距離s；用天平測出物塊和遮光片的總質(zhì)量為M，重物質(zhì)量為m. ②讓物塊從光電門A的左方某位置由靜止釋放，測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間tA和tB； ③根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)μ. 回答下列問題： (1)測量d時，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為1 mm)的示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為________mm. (2)摩擦因數(shù)μ可用上述已知量、測量量和重力加速度g表示為μ＝________.(均用字母表示) (3)遮光片通過光電門時的平均速度________遮光片豎直中線通過光電門的瞬時速度．(選填“大于”、“小于”或“等于”) 解析　(1)從圖中可知游標(biāo)上第12個刻度與21mm對齊，所以游標(biāo)的零刻度對應(yīng)的整數(shù)部分應(yīng)為9mm處，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為9mm＋12mm＝9.60mm； (2)由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度，故vA＝，vB＝，由運動學(xué)的導(dǎo)出公式：2as＝v－v，解得a＝＝； 對m：mg－F拉＝ma，對M：F拉－μMg＝Ma，解得； μ＝ (3)遮光片通過光電門的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，而物塊做加速運動前一半的時間內(nèi)位移小于后一半時間內(nèi)的位移，所以時間到一半時，遮光片的中線尚未到達(dá)光電門，所以遮光通過光電門的平均速度小于遮光片豎直中線通過光電門的瞬時速度． 答案　(1)9.60　(2) (3)小于 4．(2018河南省鄭州市高三調(diào)研)某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置運用牛頓第二定律測量滑塊的質(zhì)量M.其主要步驟為： (1)調(diào)整長木板傾角，當(dāng)鉤碼的質(zhì)量為m0時滑塊沿木板恰好向下做勻速運動． (2)保持木板傾角不變，撤去鉤碼m0，將滑塊移近打點計時器，然后釋放滑塊，滑塊沿木板向下做勻加速直線運動，并打出點跡清晰的紙帶如圖乙所示(已知打點計時器每隔0.02s打下一個點)． 請回答下列問題：(①、②兩問均保留3位有效數(shù)字) ①打點計時器在打下B點時滑塊的速度vB＝________m/s； ②滑塊做勻加速直線運動的加速度a＝________m/s2； ③滑塊質(zhì)量M＝________(用字母a、m0、當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭表示)． 解析?、俑鶕?jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上B點時小車的瞬時速度大小vB＝＝m/s＝1.38m/s； ②根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝at2可以知，加速度的大?。? a＝＝10－2m/s2＝3.88m/s2； ③滑塊做勻速運動時受力平衡，由平衡條件得：m0g＝Mgsin θ－f，撤去m0時的滑塊的勻加速直線運動時，受到的合外力：F合＝Mgsin θ－f，由牛頓第二定律得：F合＝Ma，解得：M＝. 答案?、?.38?、?.88　③ 5．(2018山東省臨沂市高三三模)某探究小組利用傳感器研究小球在擺動過程中的機械能守恒規(guī)律，實驗裝置如圖甲所示，用長為L不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線懸掛一質(zhì)量為m的實心金屬小球，在懸點處裝有拉力傳感器，可記錄小球在擺動過程中各時刻的拉力值，小球半徑可忽略不計，已知重力加速度為g，實驗過程如下： ①將小球拉離平衡位置某一高度h處無初速度釋放，在傳感器采集的數(shù)據(jù)中提取最大值為F； ②改變高度h，重復(fù)上述過程，獲取多組擺動高度h與對應(yīng)過程的拉力最大值F的數(shù)據(jù)； ③在F－h(huán)坐標(biāo)系中描點連線．作出F與h關(guān)系圖象如圖乙實線所示． (1)F與h的關(guān)系滿足F＝________(用題目所給的字母表示)，說明小球擺動過程中機械能守恒； (2)根據(jù)乙圖中的實線，可知擺線長L＝________m．(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，g取10m/s2) (3)乙圖中的虛線是另一探究小組作出的F－h(huán)圖象，則兩小組實驗所使用的器材________不同．(填“m”或“L”) 解析　(1)根據(jù)牛頓第二定律，則有：F－mg＝ 動能表達(dá)式為：Ek＝mv2＝(F－mg)L 根據(jù)機械能守恒定律，則有：mgh＝(F－mg)L 解得：F＝＋mg， (2)F－h(huán)圖象中，截距為2，即mg＝2，則m＝0.20 kg 而圖象的斜率k＝5；因此L＝0.80m. (3)乙圖中的虛線和實線斜率不同，由F＝mg＋h可知，兩小組實驗所使用的器材L不同． 答案　(1)＋mg　(2)0.80　(3)L 6．某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗來驗證碰撞過程中的動量守恒．軌道AOB在O處平滑相接、B右側(cè)為粗糙水平面，有兩個材料及表面粗糙程度均相同的小物塊甲、乙，其質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)，令小物塊甲從斜面上M點由靜止下滑，運動至粗糙水平面上的C點速度恰好減為0，測量B、C間距為x、把小物塊乙置于B點，小物塊甲仍從斜面上M點由靜止下滑小物塊甲與小物塊乙碰撞后，在粗糙水平面上的位移分別為x1、x2. (1)為驗證碰撞過程中動量守恒，是否需要測量小物塊與粗糙水平面間的動摩擦因數(shù)？________(選填“是”或“否”)；小物塊甲與軌道AOB間的摩擦力是否影響實驗結(jié)果？________(選填“是”或“否”)． (2)若滿足關(guān)系式________________，則二者碰撞過程動量守恒． 解析　無論小物塊甲與軌道AOB間是否存在摩擦力、摩擦力大小如何，只要每次釋放點相同，則其每次運動至B點的速度相同，故小物塊甲與軌道AOB間的摩擦力不影響實驗結(jié)果，在粗糙水平面上的運動過程由運動學(xué)公式得v＝2μgx、v0＝，小物塊材料及表面粗糙程度均相同，故與水平面間的動摩擦因數(shù)相同，若滿足動量守恒，則滿足m1＝m1＋m2，即m1＝m1＋m2，因此動摩擦因數(shù)不需要測量． 答案　(1)否　否　(2)m1＝m1＋m2 7．(2018四川省攀枝花市高考物理三診試卷)在做“研究平拋運動”的實驗中，為了測量小球平拋運動的初速度，實驗用如圖所示的裝置．實驗操作的主要步驟如下： (ⅰ)在一塊平木板上釘上復(fù)寫紙和白紙，將其豎直立于斜槽軌道末端槽口前，木板與槽口之間有一段初始距離d，并保持板面與軌道末端的水平段垂直． (ⅱ)使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡A (ⅲ)將木板沿水平方向向右平移一段動距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡B (ⅳ)將木板再水平向右平移相同距離x，使小球仍從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，再在白紙上得到痕跡C (ⅴ)測得A、B、C三點距地面的高度為y1、y2、y3，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間. 請回答下列問題 (1)關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是________ A．斜槽軌道必須盡可能光滑 B．每次小球均須由靜止釋放 C．每次釋放小球的位置可以不同 D．步驟(ⅰ)初始距離d必須與步驟(ⅲ)中距離x相等 (2)根據(jù)上述直接測量的量和已知的物理量可以得到小球平拋的初速度大小的表達(dá)式為v0＝________.(用題中所給字母表示) (3)某同學(xué)做進(jìn)一步的研究，改變小球釋放的初始位置的高度h，每改變一次高度，重復(fù)上述步驟(ⅰ)－(ⅴ)(其它條件不變)，并記錄每次的h、y1、y2、y3.在同一坐標(biāo)系中畫出y1－、y2－、y3－圖象．根據(jù)你的分析，下列哪個圖最接近該同學(xué)的實驗結(jié)果________(圖中直線a表示y1－圖象，直線b表示y2－圖象，直線c表示y3－圖象)． 解析　根據(jù)實驗的原理以及操作中的注意事項確定正確的操作步驟．根據(jù)豎直方向上連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出相等的時間間隔，結(jié)合水平位移和時間間隔求出初速度． (1)為了保證小球的初速度相等，每次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放，斜槽軌道不需要光滑，故A錯誤，C錯誤，B正確，步驟(ⅰ)初始距離d必須與步驟(ⅲ)中距離x無關(guān)，只要保證，連續(xù)水平移動的位移x相等即可，故D錯誤． (2)在豎直方向上，(y2－y3)－(y1－y2)＝gT2；水平方向上x＝v0T，可得小球平拋的初速度v0＝x. (3)設(shè)小球離地高度為H0，小球平拋運動階段水平位移為x′＝v0t，距離地面高度為y＝H0－gt2，小球從斜槽的由h處靜止釋放，忽略摩擦力的影響，mgh＝mv，由以上分析可得y＝－＋H0，當(dāng)由木板水平向右平移時，對x′逐漸變大，y－圖象斜率變小，故C正確． 答案　(1)B　(2)x　(3)C 8．(9分)某小組的同學(xué)通過設(shè)計如下實驗來驗證：“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧從形變量為x到恢復(fù)原長的過程中，彈力做的功為W＝kx2的結(jié)論”． (1)部分實驗步驟如下： A．將一輕彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌的左端，彈簧左端固定，讓彈簧處于自然狀態(tài)．在彈簧下面的氣墊導(dǎo)軌上水平的固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度線與彈簧的左端剛好對齊，此時彈簧右端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x1，如圖甲所示． B．用彈簧測力計拉著彈簧右端水平向右緩慢移動，當(dāng)彈簧測力計的示數(shù)為F時，彈簧右端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x2，如圖乙所示(彈簧的形變在彈性限度內(nèi))．則此彈簧的勁度系數(shù)為________． C．在水平氣墊導(dǎo)軌的右端合適位置安裝一個光電門(光電門距離彈簧最左端的距離大于x1)，如圖丙所示． D．用天平測得小車(帶有遮光條)的質(zhì)量為m，用螺旋測微器測遮光條寬度d的結(jié)果如圖丁所示，則d＝________mm. E．把小車置于氣墊導(dǎo)軌上，向左推小車使彈簧壓縮一段距離(彈簧與小車未拴接)，此時彈簧右端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x3，如圖丙所示(彈簧的形變在彈性限度內(nèi))．由靜止釋放小車，測得小車通過光電門時的遮光時間Δt.小車經(jīng)過光電門時的速度大小為________(用實驗中所測物理量的符號表示)． (2)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若________＝________(用實驗中所測物理量的符號表示)，就可驗證彈力做的功W＝kx2的結(jié)論． (3)同學(xué)們在實驗過程中有如下討論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________ A．遮光條的寬度越小越好 B．把氣墊導(dǎo)軌左端墊起適當(dāng)高度來平衡摩擦力 C．計算彈簧勁度系數(shù)時，多次測量取平均值 D．向左推小車壓縮彈簧時，彈簧形變量越大越好 解析　(1)根據(jù)胡克定律可得F＝k(x2－x1)，解得k＝； 螺旋測微器的讀數(shù)為d＝2.5 mm＋17.00.01 mm＝2.670 mm； 遮光條非常窄，所以通過光電門的平均速度可近似認(rèn)為是通過光電門的平均速度，故v＝； (2)彈力做功W＝kx2＝(x1－x3)2，動能增加量為Ek＝mv2＝m2，故只要(x1－x3)2＝m2，則結(jié)論得正； (3)如果滑塊經(jīng)過光電門時的速度很小，即使遮光條的寬度很小，遮光時間也較長，A錯誤；氣墊導(dǎo)軌傾斜，彈簧可能由于自身的重力導(dǎo)致自然長度有誤差，B錯誤；墊高后計算彈簧勁度系數(shù)時，多次測量取平均值，有益于減小誤差，C正確；壓縮彈簧時，適量即可，防止超過彈性限度，D錯誤． 答案　(1)　2.670　　(2)(x1－x3)2　m2　C