1力學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

二、實(shí)驗(yàn)題部分1力學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)1.(2023·河北保定一模)用如圖a所示的裝置研究平拋運(yùn)動(dòng),請(qǐng)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(1)將斜軌固定在桌面上,反復(fù)調(diào)節(jié)斜軌末端成水平。(2)在末端出口處安裝光電門并調(diào)節(jié)其到適當(dāng)位置。將貼有坐標(biāo)紙的木板緊靠在斜軌出口處豎直放置,并在坐標(biāo)紙上將出口處標(biāo)為O點(diǎn),過(guò)O點(diǎn)作水平線為x軸、豎直線為y軸。(3)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球的直徑d,讀數(shù)如圖b所示,則d=mm。

(4)從斜軌上釋放小球,用每隔130(5)從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀得小球通過(guò)光電門的遮光時(shí)間為6.2×103s,則小球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為v1=m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(6)根據(jù)頻閃照片中記錄的信息,在圖a的坐標(biāo)紙上標(biāo)出小球離開斜軌后的5個(gè)連續(xù)位置A、B、C、D、E,讀得A、E兩位置的水平距離為12.00cm,由此可求得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v2=m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(7)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)總是有v1>v2,導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的可能原因有。(填選項(xiàng)前的字母,多選)

A.小球在軌道斜面上受摩擦阻力B.小球平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程受空氣阻力C.小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡平面與坐標(biāo)紙不平行D.小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí),球心與光線不在同一高度解析:(3)小球的直徑d=6mm+20.0×0.01mm=6.200mm。(5)小球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為v1=dt=6(6)相鄰兩點(diǎn)間的距離和時(shí)間間隔分別為3.00cm、130s,所以小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v2=xt=(7)軌道斜面的作用是使小球獲得一個(gè)水平初速度,小球在軌道斜面上受摩擦阻力并不影響v2的大小,故A不符合題意;小球平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程受空氣阻力,使得小球水平方向做減速運(yùn)動(dòng),水平位移偏小,v2值偏小,故B符合題意;小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡平面與坐標(biāo)紙不平行,會(huì)造成小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在坐標(biāo)紙上的水平投影位移偏大,v2偏大,故C不符合題意;小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí),球心與光線不在同一高度,會(huì)造成遮光時(shí)間變短,則造成v1偏大,故D符合題意。答案:(3)6.200(5)1.0(6)0.90(7)BD2.(2023·湖南湘潭模擬)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的裝置來(lái)探究彈簧彈力F和彈簧長(zhǎng)度L的關(guān)系,把彈簧上端固定在鐵架臺(tái)的橫桿上,記錄彈簧自由下垂時(shí)下端所到達(dá)的刻度位置,然后在彈簧下端懸掛不同質(zhì)量的鉤碼,記錄每一次懸掛鉤碼的質(zhì)量和彈簧下端的刻度位置,實(shí)驗(yàn)中彈簧始終未超過(guò)彈簧的彈性限度,通過(guò)分析數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為可以用鉤碼所受重力的大小來(lái)代替彈簧彈力的大小,這樣做依據(jù)的物理規(guī)律是。

(2)以彈簧受到的彈力F為縱軸、彈簧長(zhǎng)度L為橫軸建立平面直角坐標(biāo)系,依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出FL圖像,如圖乙所示。由圖像可知,彈簧自由下垂時(shí)的長(zhǎng)度L0=cm,彈簧的勁度系數(shù)k=N/m。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(3)該小組的同學(xué)將該彈簧制成一把彈簧測(cè)力計(jì),某次測(cè)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的指針如圖丙所示,彈簧測(cè)力計(jì)所測(cè)力的大小F=N。

解析:(1)鉤碼靜止時(shí)其所受重力大小等于彈力的大小,這樣做依據(jù)的物理規(guī)律是共點(diǎn)力的平衡條件。(2)根據(jù)胡克定律F=k(LL0),可得題圖乙的FL圖像的橫截距即為彈簧的自然長(zhǎng)度L0,斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k,所以可得L0=4.0cm,k=16-0(20-4(3)題圖丙中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F=8.00N。答案:(1)共點(diǎn)力的平衡條件(2)4.01.0×102(3)8.003.(2023·湖北卷,11)某同學(xué)利用測(cè)質(zhì)量的小型家用電子秤,設(shè)計(jì)了測(cè)量木塊和木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ的實(shí)驗(yàn)。如圖甲所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過(guò)跨過(guò)定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個(gè)砝碼(電子秤稱得每個(gè)砝碼的質(zhì)量m0為20.0g),向左拉動(dòng)木板的同時(shí),記錄電子秤的對(duì)應(yīng)示數(shù)m。(1)實(shí)驗(yàn)中,拉動(dòng)木板時(shí)(選填“必須”或“不必”)保持勻速。

(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關(guān)系式為m=。

(3)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制出mn圖像,如圖乙所示,可得木塊A和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

解析:(1)無(wú)論木板是否勻速,木塊始終保持靜止?fàn)顟B(tài),所受合力為零,且木塊與木板間的滑動(dòng)摩擦力與兩者之間的相對(duì)速度無(wú)關(guān),則實(shí)驗(yàn)拉動(dòng)木板時(shí)不必保持勻速。(2)對(duì)木塊、砝碼以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg,解得m=mBμ(mA+nm0)。(3)根據(jù)m=mBμmAμm0·n,結(jié)合圖像可知μm0=56-答案:(1)不必(2)mBμ(mA+nm0)(3)0.404.用如圖所示的裝置來(lái)探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。兩個(gè)變速塔輪通過(guò)皮帶連接,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橫臂的擋板對(duì)鋼球的壓力提供向心力,鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降,從而露出標(biāo)尺,標(biāo)尺上的等分格顯示出兩個(gè)鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過(guò)程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置的狀態(tài)。(1)在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí),要保持相同。

A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F(2)如果兩個(gè)鋼球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相等,則是在研究向心力的大小F與的關(guān)系。

A.質(zhì)量m B.半徑r C.角速度ω(3)若圖中標(biāo)尺上紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力之比為1∶9,則根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知,與皮帶連接的兩個(gè)變速塔輪的半徑之比為(填選項(xiàng)前的字母)。

A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1(4)實(shí)驗(yàn)得到的向心力大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系表達(dá)式為。

解析:在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時(shí),需先控制其中兩個(gè)物理量不變,研究另外兩個(gè)物理量的關(guān)系,該方法為控制變量法。(1)根據(jù)控制變量法的原理可知,在研究向心力的大小F與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí),要保持其他的物理量不變。即保持角速度與半徑相同,故A正確。(2)兩球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同,則研究的是向心力與角速度的關(guān)系,故C正確。(3)兩球的向心力之比為1∶9,半徑和質(zhì)量相等,根據(jù)F=mω2r,則轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度之比為1∶