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1、热考题型专攻（一）板块装置在实验中的应用 （45分钟 100分） 1. （14分）（2018 ?株洲模拟）某同学用如图所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数。图中长木板固定在 水 平桌面上，光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在0点相切，一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置， 圆 弧曲面与标尺竖直面相切。 （1） 在 A 点由静止释放物块 , 物块经圆弧轨道滑上长木板，最后停在a点，改变滑块释放的位置于B点，物 块 最后停在长木板上的b点，量出 A、B 间的高度 h, a、b间的距离 L,重力加速度为 g,则物块与长木板间的动摩 擦因数为二 _ （2） 为了减小实验误差，多次改变物块释放的位置，测出
2、每次物块释放的位置离A 点的高度 h,最后停在长木 板上的位置离 0 点的距离 x,作出 x-h 图象，则作出的图象应该是_ （选填“过原点”或“不过原 点”） 的一条倾斜的直线，求出图象的斜率为k,则物块与斜而间的动摩擦因数为U 二 _ o 【解析】 （1）由能量守恒可知 , mgh二 u mgL, h 得 M 1 1 设 0A 间的高度为 H,则 mg（h+H）=u mgx,得 x/h+ “II, 因此图线是一条不过原点的倾斜直线，图线的斜率 1 1 k屮，得 h1 答案：（i）厶（2）不过原点k 2. （14分）在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验屮，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直
3、弹簧下 端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G 与弹簧总长 L 的关系图象，如图甲所 示，弹簧的劲度系数为 N/mc （2）研究小车匀加速直线运动的实验装置如图乙所示，其中斜面倾角（）可调，打点计时器的工作频率为50 Hz,纸带上计数点的问距如图丙所示，其屮每相邻两点Z 间还有 4 个点未画出。 部分实验步骤如下： A. 测量完毕，关闭电源，取出纸带 B. 接通电源 , 待打点计时器工作稳定后放开小车 C. 将小车停靠在打点计时器附近, 小车尾部与纸带相连 D. 把打点计吋器固定在长木板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是: _ （填写字母）。 图丙中标出的
4、相邻两计数点的时间间隔T 二 _ s。 计数点 6对应的瞬时速度大小计算式为_ 。 为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为沪_ 。 【解析】 （1）根据胡克定律，劲度系数为： AF 40N k=Ax=（14 - 10） x 10 2 m =l ooo N/m （2）先连接实验器材，后穿纸带，再连接小车，最后打点并选择纸带进行数据处理，故为DCBAo 打点计时器的工作频率为50 Hz,每隔 0. 02 s打一次点，每相邻两计数点之间还有4个点未画出，共5 个 0. 02 s,故 T=0. 1 So S5+S6 匀变速直线运动中，平均速度等于中I可时刻的瞬时速度，故 : v 尸
5、 2T 。 根据公式 A x 二 aT；有： （S4+S5+S6 ）-（S1+S2+S3 ）二 9aT 2; (S4 + S5 + S6) - (S1 + S2 + S3) 解得: a= S5 + S6 答案:(1) 1 000 (2) DCBA 0. 1 2T (S4 + S5+S6)-(S1+S2+S3) 9严 3. （14分）（2017 ?全国卷1【）某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关 系。 使用的器材有 : 斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。 实验步骤如下： 如图甲，将光电门固定在斜面下端附近，将一挡光片安装在滑块上，记下扌肖光片前端相对于斜
6、面的位置, 令滑块从斜面上方由静止开始下滑； 当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间At； 用 As 表示挡光片沿运动方向的长度（如图乙所示），U表示滑块在挡光片遮住光线的At 时间内的平均速 度大小，求出匸； 将另一扌当光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与屮位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤 、； 多次重复步骤； 利用实验中得到的数据作出 17 -At 图，如图丙所示。 9T 2 运动方向 前端 乙 完成下列填空 : 用 a表示滑块下滑的加速度大小，用和表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小， 则匸与VA、a 和 At 的关系式为匸二 _ 。 由图
7、丙可求得 vA- _ cm/s, a= _ cm/S ( 结果保留 3 位有效数字 ) 【解析】 ( 1)由题知挡光片沿运动方向的长度为As,贝 IJ A At, 1 1 据 A s= V A t=v A A t+?a A t2,可得 U 二 VA+2Q A t c (2)将图丙直线延长与纵轴相交，可得 VA=52. 1 cm/s, a=2k=16 ? 3 cm/s 2o 1 答案: (l)vA+2aAt (2)52. 1 16. 3 4. (14分) 某学习小组可用如图甲所示的实验装置来做系列实验。( 设钩码的质量为m,小车和车内祛码的总质 量为 M) 卜 小车石惡刁丁点计时器 叽木板址邑
8、y (1) _ 下列说法正确的是 o A. 用该装置可以测定当地的重力加速度 B. 用该装置可以探究牛顿第二定律，以小车为研究对象时，要保证拉力近似等于钩码的重力，必须满足m?M C. 对以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足m?M 52% 200 A/ms vAcm-s- 1) 53.6 53.2 52.8 52.4 50 100 150 丙 D.可以用该装置探究动能定理，以钩码和小车整体为研究对象，但不必满足m?M （2） 某同学在用该装置探究“在合外力一定的条件下, 物体的加速度与其质量间的关系”吋，由于改变小车 和祛码的总质量M 时，小车所受的阻力也会变化，本实验改变M 时是否要重新
9、平衡小车所受的阻力? _ （选填“是”或“否”）。 （3） 图乙为某次实验得到的纸带, A、B、C、D、E、F、G 是按打点顺序依次选取的计数点，计数点间的距离 如 图所示，相邻计数点间时间间隔为0.1 s,则小车的加速度大小约为_ 0 虫 2（保留两位有效数字） 0 | - SAD - +SDG 4 0 E ? ? ? ? ? | | 0 cm 1 2 3 4 5 67 乙 【解析】 （1）选 A、B、Do 通过纸带可以算出小车和钩码的加速度，进而求出当地重力加速度，故A 正确; 用 该装置验证牛顿第二定律时，要保证拉力近似等于钩码的重力，必须满足M?ni,故 B 正确；以小车和钩码为 研
10、究对彖，钩码重力做功即合力做功，可以验证机械能守恒定律和动能定理，不必满足m?M, C 错误, D 正 确。 （2） 对小车受力分析，根据力的矢量合成法则, 结合平衡条件，则有 : Mgsin（）= U Mgcos（）, 可知, 质量的 变化， 不影响平衡的条件。 （3） 由图可知 , A、D、G 三点对应的刻度分別是 0. 50 cm、2. 60 cm、6. 50 cm, 由此得出A x=6. 50 cni2. 60 cm-2. 60 cm+0. 50 cm=l. 80 cm, 根据运动学公式得 : A x=at2, 0. 018 解得 a=（?彳） m/s 2=0. 20 m/s20 答案
11、: A、B、D （2）否（3）0.20 5. （14分）物理小组在一次探究活动屮测量滑块与木板Z 间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示，一表面粗 糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮。木板上有一滑块，其一端与穿过电磁打点计时器的纸带相连, 另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hzo 开始实验时，在托盘屮 放入适量舷码 , 滑块开始做匀加速直线运动，在纸带上打出一系列点。 (1) 图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间 还有 4 个计时点 ( 图中未标出 ) ，计数点间的距离如图所示。根据图中数据
12、计算的加速度a二 _ 山/ ( 保留两位有效数字) 。 (2) 为了测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的是 _ o A.木板的长度 L B.木板的质量 mi C.滑块的质量盹D.托盘和祛码的总质量m3 E. 滑块运动的时间 t (3) 滑块与木板间的动摩擦因数M = _ ( 用被测物理量的字母表示，重力加速度为g) o 【解析】电源频率为50 Hz,每相邻两计数点 I可还有 4个计时点，则相邻计数点I可的时 I可 I可隔： “0. 02X5 % 一 x3 0. 038 8 - 0. 024 0 2 2 s二 0. 1 s,由匀变速直线运动的推论A x=aT 2 可知：加速度 a二孔 = 3x
13、0.1m/s 2 5.49 m/s 2; (2)以系统为研究对象，由牛顿第二定律得： m3g-Ff= (m2+m3) a,滑动摩擦力 : F二 um2g, m3g - (m2 + m3) a 解得：“20，要测动摩擦因数u, 需要测出：滑块的质暈盹与托盘和眩码的总质量血, 故选 C. Do m3g - (m2 + m3) a (3)由( 2)可知，动摩擦因数的表达式为：u = m3g - (m2 + m3) a 答案： ( 1)0. 49 (2) C、D 6. (14 分) (2018 ?兰州模拟) 为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图所示的实验装置。 其中 M 为带滑轮的小车
14、的质量为砂和砂桶的质量。( 滑轮质量不汁 ) mJ (1) 实验时，一定要进行的操作或保证的条件是 _ O A. 用天平测出砂和砂桶的质量 B. 将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力 C. 小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 0.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带 E. 为减小误差，实验屮一?定要保证砂和砂桶的质量m 远小于小车的质量M (2) 该同学在实验中得到如图所示的一条纸带( 相邻两计 ?数点间还有两个点没有画出) 。已知打点计时器采 用的是频率为 50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_ m/s“结果保留两位有效数字 ) o
15、单位 :cm 1,1-41.9)2.32.8 | 33 | 3.8 * 1 0 r 1 2 1 1 1 )45 ( 以弹簧测力计的示数F 为横坐标 , 加速度 a为纵坐标，画出的a-F图象是一条直线，图线与横轴的夹角为 (), 求得图线的斜率为k,则小车的质量为。 1 2 A. 2tan 0 B. tan C. k D. 【解析】 ( 1)本题拉力可由弹簧秤测出，也就不需要用天平测出砂和砂桶的质量，更不需要满足砂和砂桶的质 量 m 远小于小车的质量M 这个条件 , A.E 错误; 弹簧测力计测出拉力，从而表示小车所受的合外力, 故需要 将带 滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力, B 正确; 打
16、点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸 带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数, C 正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉 力的大小，打出几条纸带, 研究加速度随 F变化关系 , D 正确。 (2)由于两计数点间还有两个点没有画出，故两计数点时间间隔为0. 06 s, (3.84-3.3 + 2.8 - 2. 3 - 1.9 - 1. 4) X 10 _ 2 (3)对 3-F图来说，图象的斜率表示小车质量的倒数，此题，弹簧测力计的示数F 二2F合, 故小车质量为 弹簧测力计 - M纸带打点计时器 2AF 2 m=加二k故选 Do 答案:(1)B、C、D (2)1
17、.3 (3)D 7. (16分) 图甲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； 计物块从光电门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 As 和 A 切求出加速度 a; 多次重复步骤，求a的平均值; 根据上述实验数据求出动摩擦因数卩。 冋答下列问题： (1) 测量 d时, 某次游标卡尺 ( 主尺的最小分度为1 mm)的示数如图乙所示，其读数为_ cm0 1 2 3 1 U 1
18、| 1 1 J ILLA I 1 1.1 1 I I I I I I I I I I I I I I f ( I I I I I 0 5 10 15 20 乙 (2) 物块的加速度 a可用 d、s、AS 和 A tB 表示为 a二 _ 。 (3) 动摩擦因数 H 可用 M、叭 Q和重力加速度表示为 U= _ o (4) 如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于 _ ( 选填“偶然误差”或 “系统误差” ) 。 【解析】 (1)游标卡尺读数为 9 mm+12X0. 05 nun二 9. 60 mm二 0. 960 cm d d 由咗一诂必 轻滑轮 重物 (3) 设细线的张力为T,对 M 有 T- U Mg=M a 对 m 有 mg-T=m mg - (M + m) a 联立两式得 u二 M 9 (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。 Mg (4)系统误差