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1、专题 10 力学实验综合应用专题 10 力学实验综合应用 1某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图 所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡 光时间为t1，通过B的挡光时间为t2，重力加速度为g.为了证 明小物体通过A、B时的机械能相等，还需 要进行一些实验测量和列式证明 (1)下列必要的实验测量步骤是_ A用天平测出运动小物体的质量m B测出A、B两传感器之间的竖直距离h C测出小物体释放时离桌面的高度H D用秒表测出运动小物体由传感器A到传感器B所用时间 t (2)若该同学用d和t1、t2的
2、比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足_ 关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的 机械能是守恒的 【答案】(1)B (2)2gh ( d t2) 2 ( d t1) 2 故需测出A、B两传感器之间的竖直距离h. 2如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点， 加速度大小用a表示 (1)OD间的距离为_cm. (2)图乙是根据实验数据绘出的x-t2图线(x为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示_， 加速度大小为_m/s2(保留三位有效数字) 【答案】(1)1.20 (2)加速度的一半(或 ) 0.933 a 2 3某同学
3、设计了以下的实验来验证机械能守恒定律:在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块 m，滑块可沿米尺自由下落在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A，线框平面在 水平面内，滑块可穿过线框，如图所示把滑块从米尺的 0 刻度线处释放，记下线框所在的刻度h和滑块 穿过线框时的电压U.改变h，调整线框的位置，多做几次实验，记录各次的h，U. (1)如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线_(选填“Uh”或“U2h”)更容易得出结 论 (2)影响本实验精确程度的因素主要是_(列举一点即可) 【答案】(1)U2h (2)空气阻力(或电磁感应损失机械能) 【解析】(1)由mghmv2得v
4、， 根据法拉第电磁感应定律得UBLvBL， 则U22B2L2gh， 1 2 2gh2gh 每次滑落时B、L相同，故U2与h成正比，如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，线性图线会更 直观，故用U2h图象； (2)由于空气阻力等影响，使滑块下落时减少的重力势能不能完全转化为动能从而带来实验误差 4在“探究加速度与质量的关系”的实验中 (1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码;D.装有 细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_ (2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间 距s2和D、E间距s4已
5、量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_ (3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a图线， 从图线可得砂和砂桶的总质量为_kg； (g取 10 1 m m/s2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c)， 从图线可知乙同学操作过程中可能_ 【答案】(1)天平 (2)a (3)0.02(0.0180.022 均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不 s4s2 2T2 够 (3)根据牛顿第二定律可知，a ，则F即为a图象的斜率，所以砂和砂桶的总重力mgF N0.2 N， 解 F m 1 m 2.4 12 得m0.02 kg. (4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速
6、度为零，可知平衡摩擦力不足或未平衡 摩擦力 5某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时弹性 势能为Epkx2” ，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计 1 2 了以 下步骤进行实验 实验步骤： A水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时 器的纸带； B将弹簧拉伸x后用插销锁定，测出其伸长量x； C打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端； D选择纸带上某处的A点测出其速度v； E取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结
7、论 实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则： (1)长木板右端垫一小物块，其作用是_ _； (2)如图乙中纸带上A点位置应在_(填s1、s2、s3)的段中取； (3)若Epkx2成立，则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x_ 1 2 【答案】(1)平衡摩擦力 (2)s2 (3)v m k 【解析】本实验的原理是将弹簧的弹性势能转化为小车的动能，长木板右端垫一小物块，其作 用是平衡摩擦力； 根据实验原理， 点间距均匀， 为匀速直线运动阶段， 说明速度达到最大，故纸带上A点位置应在s2 段； 根据能量守恒，有Epkx2mv2，解得：xv. 1 2 1 2 m k 6.某探究学习小组
8、用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数.在实验桌上固定一斜面，在斜面 上距斜面底端挡板一定距离处放置一小滑块，系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球，整 个系统处于静止状态.剪断细线后，小滑块沿斜面向下运动与挡板相碰，小球自由下落与地面相碰，先后听 到两次碰撞的声音.反复调节挡板的位置， 直到只听到一次碰撞的声音.测得此情况下小滑块距挡板的距离x 0.5 m，距桌面距离h0.3 m，小球下落的高度H1.25 m，取g10 m/s2.不考虑空气的阻力，则： （1）小滑块与挡板碰前的速度大小为 m/s. （2）滑块与木板间动摩擦因数的表达式为 （用所给物理量的符号表示） ，代入数据得
9、 . 【答案】 （1）2 （2） 0.25 Hhx2 Hx2h2 【解析】 （1）同时听到声音说明小球与小滑块运动时间相同，设都为t，由小球做自由落体运动有H gt2，解得t0.5 s， 1 2 2H g 则小滑块与挡板碰撞时的速度为v2 m/s. 2x t 7. “动能定理”和“机械能守恒定律”是物理学中很重要的两个力学方面的物理规律.某同学设计了如 图所示的实验装置.一个电磁铁吸住一个小钢球,当将电磁铁断电后,小钢球将由静止开始向下加速运动.小 钢球经过光电门时， 计时装置将记录小钢球通过光电门所用的时间t， 用直尺测量出小钢球由静止开始下 降至光电门时的高度h. （1）该同学为了验证“动
10、能定理”,用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如下图所示，他记录的 小钢球的直径d cm. （2）该同学在验证“动能定理”的过程中,忽略了空气阻力的影响，除了上述的数据之外是否需要 测量小钢球的质量 （填“需要”或“不需要” ）. （3）如果用这套装置验证机械能守恒定律,下面的做法能提高实验精度的是 . A.在保证其他条件不变的情况下，减小小球的直径 B.在保证其他条件不变的情况下，增大小球的直径 C.在保证其他条件不变的情况下，增大小球的质量 D.在保证其他条件不变的情况下，减小小球的质量 【答案】 （1）1.320 （2）不需要 （3）AC 8.某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定
11、律. （1）某同学用 20 分度的游标卡尺测量一小球的直径，示数如图甲所示，则小球的直径d cm. （2）如图乙所示，弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B 的时间分别为 tA、tB.用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，用游标卡尺测得小球直径为d，当地的重 力加速度为g，在误差范围内，若公式 成立，就可以验证机械能守恒（用题中 给出的物 理量符号表示）. 【答案】 （1）1.020 （2） （）2（）22gh d tA d tB 【解析】 （1）游标卡尺示数为 10 mm0.054 mm10.20 mm1.020 cm. 9.如图甲所示是某同学探究加速度与
12、力的关系的实验装置.他在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块 上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码，每次滑块 都从A处由静止释放. （1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示，则d mm. （2）实验时，将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得 到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_ _； （3）下列不必要的一项实验要求是 .（请填写选项前对应的字母） A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B.应使A位置与光电门间的距离适当大些 C.应将气垫导轨调节水平 D.应使细线与气垫导轨平行 （4）改变钩
13、码质量,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性 图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出 图象.（选填“t2F” 、“F”或“F” ）. 1 t 1 t2 【答案】 （1）2.25 （2）遮光条到光电门的距离L （3）A （4）F 1 t2 【解析】 （1）遮光条的宽度d2 mm50.05 mm2.25 mm. （2）该实验是由物块做匀变速直线运动规律v22ax得加速度a，而v ，所以要得到加速度还 v2 2x d t 需要测量物块释放时遮光条到光电门的距离x. 10在“探究加速度与质量的关系”的实验中 (1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、
14、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码;D.装有细 砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_ (2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距s2和D、E间距s4已 量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_ (3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a图线， 从图线可得砂和砂桶的总质量为_kg； (g取10 1 m m/s2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能_ 【答案】(1)天平 (2)a (3)0.02(0.0180.022 均正确) s4s2 2T2 (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 (3)根据
15、牛顿第二定律可知，a ，则F即为a图象的斜率，所以砂和砂桶的总重力mgF N0.2 F m 1 m 2.4 12 N，解得m0.02 kg. (4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，可知平衡摩擦力不足或未平衡 摩擦力 11某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时弹 性势能为Epkx2” ，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设 1 2 计了以下步骤进行实验 实验步骤： A水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时 器的纸带； B将弹簧拉伸x后
16、用插销锁定，测出其伸长量x； C打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端； D选择纸带上某处的A点测出其速度v； E取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论 实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则： (1)长木板右端垫一小物块，其作用是_； (2)如图乙中纸带上A点位置应在_(填s1、s2、s3)的段中取； (3)若Epkx2成立，则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x_ 1 2 【答案】(1)平衡摩擦力 (2)s2 (3)v m k 12图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下： 用天平测量物块和
17、遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量 两光电门之间的距离s； 调整轻滑轮，使细线水平； 让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用 的时间 tA和 tB，求出加速度a； 多次重复步骤，求a的平均值；a 根据上述实验数据求出动摩擦因数. 回答下列问题： (1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为_cm. (2)物块的加速度a可用d、s、tA和 tB表示为a_. (3)动摩擦因数可用M、m、和重力加速度g表示为_.a (4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于_(填“
18、偶然误差”或“系统误差”) 【答案】(1)0.960 (2) 1 2s( d tB) 2( d tA) 2 (3) (4)系统误差 mgMma Mg (4)细线没有调整到水平，造成张力T不水平，若此时以T水平来分析计算，会造成测量值总是偏大或 偏小，这种由于实验操作造成的误差，属于系统误差 13利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨； 导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光 时间t，用d表示A点到光电门
19、B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑 块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动 (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b_mm. (2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为_ (3)某次实验测得倾角30，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能 增加量可表示为 Ek_，系统的重力势能减少量可表示为 Ep_，在误差允许的范围内， 若 EkEp则可认为系统的机械能守恒 (4)在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2d图像如图丙所示，并测得Mm，则重力 加速度g_ m/s2. 【答案】(1)3.85 mm (2
20、)b t (3)、(m )gd (4)9.6 mMb2 2t2 M 2 (3)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为 Ek (Mm)( )2 1 2 b t mMb2 2t2 系统的重力势能减少量可表示为：EpmgdMgdsin30(m )gd M 2 比较 Ep和 Ek，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的 14某探究学习小组的同学欲验证“动能定理” ，他们在实验室组装了一套如图 1 所示的装置：水平轨 道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂 上砝码盘 实验时， 保持轨道和细线水平， 通过调整砝码盘里砝码的质量让
21、小车做匀速运动实现平衡摩擦力 (1)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？(回答“是”或“否”) (2)实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l，如图 2 所示，则l_mm； (3)实验获得以下测量数据：小车(含传感器和挡光板)的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质 量m0，挡光板的宽度l，光电门 1 和光电门 2 的中心距离x，某次实验过程：力传感器的读数F，小车通过 光电门 1 和光电门 2 的挡光时间分别为t1、t2.小车通过光电门 2 后砝码盘才落地，重力加速度为g.该实验 对小车需验证的表达式是_ (用实验中测出的物理量表示) 【答案】(1)否 (2)5.50 (3
22、)Fxm0gxM()2()2 1 2 l t2 l t1 【解析】(1)因为小车的拉力可以通过传感器测量，不需要用砝码盘和砝码的总重力表示， 所以不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 (2)游标卡尺的主尺读数为 5 mm，游标读数为 0.0510 mm0.50 mm，则最终读数为 5.50 mm. 15.某研究小组设计了一种“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案.如图 18 所示，A是可固定于水 平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端与桌面相切)，B是质量为m的滑块(可视为质点). 图 18 第一次实验，如图(a)所示，将滑槽末端与桌面右端M对齐并固定，让滑块从滑槽最高点由静止滑下， 最终
23、落在水平地面上的P点，测出滑槽最高点距离桌面的高度h、M距离地面的高度H、M与P间的水平距 离x1； 第二次实验，如图(b)所示，将滑槽沿桌面向左移动一段距离并固定，让滑块B再次从滑槽最高点由静 止滑下，最终落在水平地面上的P点，测出滑槽末端与桌面右端M的距离L、M与P间的水平距离x2. (1)在第二次实验中，滑块到M点的速度大小为_.(用实验中所测物理量的符号表示，已知重力 加速度为g). (2)通过上述测量和进一步的计算，可求出滑块与桌面间的动摩擦因数，下列能引起实验误差的是 _.(选填序号) A.h的测量B.H的测量 C.L的测量D.x2的测量 (3)若实验中测得h15cm、H25cm、
24、x130cm、L10cm、x220cm， 则滑块与桌面间的动摩擦因数 _.(结果保留 1 位有效数字) 【答案】(1)x2 (2)BCD (3)0.5 g 2H 【解析】(1)滑块在桌面右端M点的速度大小为：v1，v2 x1 t x2 t 由竖直方向有：Hgt2 1 2 由式求得：v2x2 g 2H (3)0.5 x2 1x2 2 4HL 0.320.22 4 0.25 0.1 16.用如图 9 所示装置做“验证动能定理”的实验.实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面. 图 9 (1)为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是_(选填选项前的字母). A.在未挂钩码时，将木
25、板的右端垫高以平衡摩擦力 B.在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 C.调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行 D.所加钩码的质量尽量大一些 (2)如图 10 是某次实验中打出纸带的一部分.O、A、B、C为 4 个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间 还有 4 个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为 50Hz.通过测量，可知打点计时器打B点时小车的速度 大小为_m/s. 图 10 (3)甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带.他把小车开始运动时打下的点记为O，再 依次在纸带上取等时间间隔的 1、2、3、4、5、6 等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各
26、计 数点时小车的瞬时速度v.如图 11 是根据这些实验数据绘出的v2s图象.已知此次实验中钩码的总质量为 0.015kg，小车中砝码的总质量为 0.100kg，取重力加速度g9.8m/s2，则由图象可知小车的质量为 _kg(结果保留两位有效数字). 图 11 (4)在钩码总质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小.但 经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是_(选 填选项前的字母). A.滑轮的轴处有摩擦 B.小车释放时离打点计时器太近 C.长木板的右端垫起的高度过高 D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 【答案】
27、(1)AC (2)0.36 (3)0.18 (4)C 【解析】(1)为保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡时应不挂钩码，同时需 保证细绳与木板平行，故选 A、C. (2)vBm/s0.36 m/s. AC 2T 10.062.86 102 2 0.1 (4)若拉力做功小于小车动能增量，说明有其他力做功，可能是平衡摩擦力过度，故 C 正确. 17.在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时，小张同学用如图甲所示的实验装置进行实验将该弹簧竖直 悬挂，在自由端挂上钩码，通过改变钩码的个数，记录钩码的质量m和弹簧上指针在刻度尺上的读数x. (1)小张同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出xm
28、图象如图乙所示，由图象可求得该弹簧的劲 度系数k_ N/m(当地的重力加速度g9.8 m/s2，结果保留三位有效数字) (2)在本次实验中，考虑到弹簧自身有重量，测得弹簧劲度系数k的值与真实值相比较_(填 “偏大” 、“偏小”或“没有影响”) 【答案】(1)73.5(73.074.0 均可) (2)没有影响 【解析】 (1)由胡克定律mgk(xx0)， 变化为xmx0.图乙所示的xm图象的斜率等于 ， 由xm g k g k 图象可得k73.5 N/m. (2)弹簧自身重力不影响xm图象的斜率，对弹簧劲度系数的测量没有影响 18如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的
29、实验有一直径为d、 质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间 的距离为H(H远大于d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则： (1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_ mm. (2)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力 1 t2 加速度g及小球的直径d满足表达式_时，可判断小球下落过程中机械能守恒 (3)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep，增加下落高度后，则EpEk将 _(选填“增加” 、“减小”或“不变”) 【答案】(1)7.25
30、(2)H0(或 2gH0td2) 1 t2 0 2g d2 2 0 (3)增加 【解析】(1)该小球的直径d7 mm50.05 mm7.25 mm. 19某物理兴趣小组利用 DIS(由加速度传感器、数据采集器、计算机组成)验证牛顿第二定律实验装置 如图甲所示 (1)在该实验中应该采用的研究方法是_，用钩码所受的重力作为小车所受外力F，用 DIS 测小 车的加速度a. (2)保持钩码质量一定，改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可作 出a与F的关系图线，如图乙所示； 分析图乙中图线的OA段(直线)可得出的实验结论是 _ 此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因
31、是_(选正确答案标号) A小车与轨道之间存在摩擦 B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大 D所用小车的质量太大 若绳子拉力不断增大，AB曲线不断延伸，那么小车的加速度趋向_；若所挂钩码不断增加， 那么绳子的拉力趋向_ (3)图丙为研究在外力一定，小车的加速度与其质量的关系时所得的图象，横坐标m为小车上砝码的质 量， 设图丙中直线的斜率为k， 在纵轴上的截距为b， 已知牛顿第二定律成立， 则小车受到的拉力为_， 小车(含加速度传感器)的质量为_ 【答案】(1)控制变量法 (2)当质量一定时，加速度与外力成正比 C 重力加速度 小车和加速度传感器的总重力 (3) 1 k b k 20用如图所
32、示装置来验证动量守恒定律，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B 放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线伸直并与竖直方向夹角为，释放 后A球摆到最低点时恰与B球对心碰撞，碰撞后，A球把原来静止于竖直方向的轻质指示针OC推到与竖直 方向夹角为处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，保持角度不变，多次重复上述 实验，白纸上记录到多个B球的落点，进而测得B球的水平位移x，当地的重力加速度为g. (1)A、B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，则A球质量_(填“大于”“小于”或“等于”)B 球质量为了对白纸上打下的多个B球的落地点进行数据处理，进而确定
33、落点的平均位置，需要用到的器 材是_ (2)用题中所给的字母表示，碰撞前A球的动量pA_，碰撞后A球的动量pA_，碰 撞后B球的动量pB_. 【答案】(1)大于 圆规 (2)mA mA mBs2gL1cos2gL1cos g 2H 21.在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时，小张同学用如图甲所示的实验装置进行实验将该弹簧竖直 悬挂，在自由端挂上钩码，通过改变钩码的个数，记录钩码的质量m和弹簧上指针在刻度尺上的读数x. (1)小张同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出xm图象如图乙所示，由图象可求得该弹簧的劲 度系数k_ N/m(当地的重力加速度g9.8 m/s2，结果保留三位有效数字) (2)在本
34、次实验中，考虑到弹簧自身有重量，测得弹簧劲度系数k的值与真实值相比较_(填 “偏大” 、“偏小”或“没有影响”) 【答案】(1)73.5(73.074.0 均可) (2)没有影响 22如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验有一直径为d、 质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间 的距离为H(H远大于d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则： (1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_ mm. (2)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0
35、、H0和重力 1 t2 加速度g及小球的直径d满足表达式_时，可判断小球下落过程中机械能守恒 (3)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep，增加下落高度后，则EpEk将 _(选填“增加” 、“减小”或“不变”) 【答案】(1)7.25 (2)H0(或 2gH0td2) 1 t2 0 2g d2 2 0 (3)增加 【解析】(1)该小球的直径d7 mm50.05 mm7.25 mm. (2)小球通过光电门的时间为t0 ，设金属小球由A处静止释放通过B处光电门时的速度为v，由机械 d v 能守恒定律有mgH0， 故当图中已知量t0、H0、 重力加速度g和小球的直径d满足表达式H0或
36、2gH0t mv2 2 1 t2 0 2g d2 d2时，可判断小球下落过程中机械能守恒(3)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量 2 0 Ep，原因在于有阻力做负功，增加下落高度后，阻力做负功将增加，则EpEk将增加 23某物理兴趣小组利用 DIS(由加速度传感器、数据采集器、计算机组成)验证牛顿第二定律实验装置 如图甲所示 (1)在该实验中应该采用的研究方法是_，用钩码所受的重力作为小车所受外力F，用 DIS 测小 车的加速度a. (2)保持钩码质量一定，改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可作 出a与F的关系图线，如图乙所示； 分析图乙中图线的OA
37、段(直线)可得出的实验结论是_ 此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_(选正确答案标号) A小车与轨道之间存在摩擦 B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大 D所用小车的质量太大 若绳子拉力不断增大，AB曲线不断延伸，那么小车的加速度趋向_；若所挂钩码不断增加， 那么绳子的拉力趋向_ (3)图丙为研究在外力一定，小车的加速度与其质量的关系时所得的图象，横坐标m为小车上砝码的质 量， 设图丙中直线的斜率为k， 在纵轴上的截距为b， 已知牛顿第二定律成立， 则小车受到的拉力为_， 小车(含加速度传感器)的质量为_ 【答案】(1)控制变量法 (2)当质量一定时，加速度与外力成正比
38、C 重力加速度 小车和加速度传感器的总重力 (3) 1 k b k 24用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B 放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线伸直并与竖直方向夹角为，释放 后A球摆到最低点时恰与B球对心碰撞，碰撞后，A球把原来静止于竖直方向的轻质指示针OC推到与竖直 方向夹角为处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，保持角度不变，多次重复上述 实验，白纸上记录到多个B球的落点，进而测得B球的水平位移x，当地的重力加速度为g. (1)A、B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，则A球质量_(填“大于”“小于
39、”或“等于”)B 球质量为了对白纸上打下的多个B球的落地点进行数据处理，进而确定落点的平均位置，需要用到的器 材是_ (2)用题中所给的字母表示，碰撞前A球的动量pA_，碰撞后A球的动量pA_，碰 撞后B球的动量pB_. 【答案】(1)大于 圆规 (2)mA mA mBs2gL1cos2gL1cos g 2H 【解析】(1)A、B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，故应满足A球质量大于B球质量，用圆规画出尽 可能小的圆，把尽可能多的落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置，故需要用到的器材是圆规(2) 碰后B球做平抛运动，故水平位移xvBt，竖直位移Hgt2解得pBmBx ，小球A下摆过程中，只
40、1 2 g 2H 有 重 力 做 功 ， 由 机 械 能 守 恒 有mAgL(1 cos)mAv，mAgL(1 cos)mAv ， 则 有pAmA 1 2 2A 1 2 2A ，pAmA. 2gL1cos2gL1cos 25某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小 车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动他设计的装 置如图甲所示在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片以平衡 摩擦力 (1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上)A为运动的起点，则应选
41、 _段来计算A碰撞前的速度，应选_段来计算A和B碰撞后的共同速度(以上两空选填 “AB”“BC”“CD”或“DE”) (2)已测得小车A的质量m10.4 kg，小车B的质量m20.2 kg，则碰撞前两小车的总动量为 _kgm/s，碰撞后两小车的总动量为_kgm/s. (3)实验得到的结论是_ 【答案】(1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)在实验误差允许的范围内，系统的动量守恒 【解析】(1)从分析纸带上打点情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC 段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算A碰撞前的速度从CD段打点情况看， 小车的运动情
42、况还没稳定，而在DE段小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰撞后的共同速度 26某同学利用如图 1 所示的装置来验证力的平行四边形定则在竖直木板上铺有白纸，如果钩码的 个数N13，N24，N35 一定，光滑的滑轮A固定，光滑的滑轮B与A等高且可沿水平方向移动，移动到 某一位置平衡后，将绳子打一个结点O，每个钩码的质量相等，回答下列问题： (1)实验中OA、OB与水平方向的夹角、的值是_ A30，60 B60，60 C37，53 D45，45 (2)在作图时，你认为图 2 中_是正确的(填“A”或“B”) (3)如图 3 甲中O为轻绳的结点， 图乙中光滑的轻质小滑轮跨在轻绳上悬挂钩码， 两装置
43、处于静止状态， 现将图甲中右侧滑轮的端点B沿虚线稍稍上移一些，图乙中的端点B沿虚线稍稍上移一些，图乙中的绳长 不变，则关于角和OB绳的张力F的变化情况，下列说法正确的是_ A甲、乙图中的角均增大，F均不变 B甲、乙图中的角均不变，F均不变 C甲图中角增大，乙图中角不变，张力F均不变 D甲图中角减小、F不变，乙图中角增大，F减小 【答案】(1)C (2)A (3)B 【解析】 (1)因钩码的个数N13，N24，N35， 平衡后O点所受三个力必构成一个封闭的直角三角形，OA 与水平方向的夹角为 37，OB与水平方向的夹角为 53，选项 C 正确 (2)因为在实际实验中F3的方向是竖直向下的，所以 A 正确