2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第14講　力學(xué)實(shí)驗含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第14講力學(xué)實(shí)驗含答案第14講力學(xué)實(shí)驗【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗,熟悉新課標(biāo)新增實(shí)驗.通過填空、畫圖、問答等方式加以考查,在備考中要立足教材基本實(shí)驗,弄透各種實(shí)驗儀器的使用方法、實(shí)驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等基本實(shí)驗理論和實(shí)驗技能.在掌握基礎(chǔ)實(shí)驗上突出創(chuàng)新和變通,新高考下實(shí)驗的考查更靈活,從研究對象、測量工具、實(shí)驗原理、實(shí)驗器材、處理實(shí)驗數(shù)據(jù)方法等方面改變常規(guī)實(shí)驗,創(chuàng)設(shè)新實(shí)驗情景.題型1以“測速度”為核心的實(shí)驗測量物體速度常用的4種方法方法主要器材操作相關(guān)實(shí)驗紙帶法交流電源、打點(diǎn)計時器、刻度尺測出計數(shù)點(diǎn)間距,由打出某點(diǎn)前后兩點(diǎn)時間內(nèi)的平均速度替代打出該點(diǎn)時的速度測量做直線運(yùn)動物體的瞬時速度,探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系,驗證機(jī)械能守恒定律,驗證動量守恒定律等光電門法光電門、螺旋測微器或游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度及遮光時間,由遮光時間內(nèi)的平均速度代替物體經(jīng)過光電門時的速度平拋法豎直平面內(nèi)末端水平的傾斜或弧形軌道、刻度尺測出物體離開軌道末端后平拋運(yùn)動的高度與射程,由平拋運(yùn)動規(guī)律計算初速度驗證動量守恒定律等彈簧、刻度尺、天平探究彈性勢能等圓周法豎直平面內(nèi)的圓弧軌道、力傳感器、天平等力傳感器測出物體經(jīng)過軌道最低點(diǎn)時對軌道的壓力,由牛頓運(yùn)動定律計算物體經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度驗證機(jī)械能守恒定律等反過來由機(jī)械能守恒定律或動能定理計算最低點(diǎn)的速度探究向心力等【題組演練】1.[2024·甘肅卷]用如圖甲所示實(shí)驗裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系.(1)以下操作正確的是(填選項前的字母).

A.使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量B.調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力C.補(bǔ)償阻力時移去打點(diǎn)計時器和紙帶D.釋放小車后立即打開打點(diǎn)計時器(2)保持槽碼質(zhì)量不變,改變小車上砝碼的質(zhì)量,得到一系列打點(diǎn)紙帶.其中一條紙帶的計數(shù)點(diǎn)如圖乙所示,相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為S1,S2,…,S8,時間間隔均為T.下列加速度算式中,最優(yōu)的是(填選項前的字母).

A.a=17S8-S7T2+S7-S6TB.a=16S8-S62T2+S7-C.a=15S8-S53T2+SD.a=14S8-S44T2(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo),加速度的倒數(shù)1a為縱坐標(biāo),甲、乙兩組同學(xué)分別得到的1a-M由圖可知,在所受外力一定的條件下,a與M成(選填“正比”或“反比”);甲組所用的(選填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大.

2.[2024·江西卷]某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系.實(shí)驗裝置如圖甲所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細(xì)線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼.(1)實(shí)驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度,使細(xì)線與軌道平行,再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力.(2)小車的質(zhì)量為M1=320g.利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a.鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖乙中圖線①所示.(3)由圖線①可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比.為了進(jìn)一步探究,將小車的質(zhì)量增加至M2=470g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,作出a-F像,如圖乙中圖線②所示.(4)與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間,非線性區(qū)間.再將小車的質(zhì)量增加至M3=720g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如下表所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出).

序號12345鉤碼所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36(續(xù)表)序號6789~1415鉤碼所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160…0.300小車加速度a/(m·s-2)1.671.952.20…3.92(5)請在圖乙中補(bǔ)充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點(diǎn),并補(bǔ)充完成圖線③.(6)根據(jù)以上實(shí)驗結(jié)果猜想和推斷:小車的質(zhì)量時,a與F成正比.結(jié)合所學(xué)知識對上述推斷進(jìn)行解釋:

.

3.[2024·河北石家莊模擬]phyphoxapp是一款用途廣泛的傳感器手機(jī)軟件.某同學(xué)使用手機(jī)下載phyphoxapp后設(shè)計了一套如圖甲所示的實(shí)驗裝置用來驗證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗過程如下:(1)一鋼尺伸出水平桌面少許,將質(zhì)量為m=60g的小鋼球放在鋼尺末端;(2)用刻度尺測量鋼尺上表面與水平地板間的高度h=100.00cm;(3)打開手機(jī)中的聲音“振幅”(聲音傳感器)app;(4)迅速敲擊鋼尺側(cè)面,讓小鋼球自由下落.手機(jī)中的傳感器記錄下聲音振幅隨時間變化的曲線,如圖乙所示,第一、第二個尖峰的橫坐標(biāo)分別對應(yīng)小鋼球離開鋼尺時刻和落地時刻.測得這兩個尖峰的時間間隔為t=0.46s.(5)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2,則下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=J,動能增加量ΔEk=J.據(jù)此可以得到實(shí)驗結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),小鋼球自由下落過程中機(jī)械能守恒.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

題型2其他力學(xué)實(shí)驗實(shí)驗裝置圖實(shí)驗操作數(shù)據(jù)處理探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1.應(yīng)在彈簧自然下垂時,測量彈簧原長l02.水平放置時測原長,圖線不過原點(diǎn)的原因是彈簧自身有重力1.作出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線,斜率表示彈簧的勁度系數(shù)2.超過彈簧的彈性限度,圖線會發(fā)生彎曲探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.正確使用彈簧測力計2.同一次實(shí)驗中,橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同3.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,互成角度地拉橡皮條時,夾角應(yīng)合適1.按力的圖示作平行四邊形2.求合力大小探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)1.保證斜槽末端水平,斜槽粗糙對實(shí)驗沒有影響2.每次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放3.坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點(diǎn)1.用代入法或圖像法判斷運(yùn)動軌跡是不是拋物線2.由公式x=v0t和y=12gt2,求初速度v0=x探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系1.彈力大小可以通過標(biāo)尺上刻度讀出,該讀數(shù)顯示了向心力大小2.采用了控制變量法,探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系用單擺測量重力加速度的大小1.單擺必須在同一平面內(nèi)振動,且擺角小于5°2.擺長l為懸點(diǎn)到重心的距離3.從最低點(diǎn)開始計時4.用nT=t計算單擺的周期1.利用公式g=4π2.作l-T2的圖像,可利用斜率求重力加速度【題組演練】1.[2024·海南卷]為驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律,某組同學(xué)用兩個彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、木板、刻度尺、白紙、鉛筆、細(xì)線和圖釘?shù)绕鞑?按照如下實(shí)驗步驟完成實(shí)驗:a.用圖釘將白紙固定在水平木板上;b.如圖甲、乙所示,橡皮條的一端固定在木板上的G點(diǎn),另一端連接輕質(zhì)小圓環(huán),將兩細(xì)線系在小圓環(huán)上,細(xì)線另一端系在彈簧測力計上,用兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)到某位置,并標(biāo)記圓環(huán)的圓心位置為O點(diǎn),拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn),大小分別為F1=3.60N、F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一個彈簧測力計拉動小圓環(huán),使其圓心到O點(diǎn),在拉力F的方向上標(biāo)記P3點(diǎn),拉力的大小為F=5.60N.請完成下列問題:(1)在圖乙中按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F'.(2)比較F和F',寫出可能產(chǎn)生誤差的兩點(diǎn)原因

.

2.[2024·北京卷]如圖甲所示,讓兩個小球在斜槽末端碰撞來驗證動量守恒定律.(1)關(guān)于本實(shí)驗,下列做法正確的是(填選項前的字母).

A.實(shí)驗前,調(diào)節(jié)裝置,使斜槽末端水平B.選用兩個半徑不同的小球進(jìn)行實(shí)驗C.用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球(2)圖甲中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影,首先,將質(zhì)量為m1的小球從斜槽上的S位置由靜止釋放,小球落到復(fù)寫紙上,重復(fù)多次.然后,把質(zhì)量為m2的被碰小球置于斜槽末端,再將質(zhì)量為m1的小球從S位置由靜止釋放兩球相碰,重復(fù)多次.分別確定平均落點(diǎn),記為M、N和P(P為m1單獨(dú)滑落時的平均落點(diǎn)).①圖乙為實(shí)驗的落點(diǎn)記錄,簡要說明如何確定平均落點(diǎn):

.

②分別測出O點(diǎn)到平均落點(diǎn)的距離,記為OP、OM和ON.在誤差允許范圍內(nèi),若關(guān)系式成立,即可驗證碰撞前后動量守恒.

(3)受上述實(shí)驗的啟發(fā),某同學(xué)設(shè)計了另一種驗證動量守恒定律的實(shí)驗方案.如圖丙所示,用兩根不可伸長的等長輕繩將兩個半徑相同、質(zhì)量不等的勻質(zhì)小球懸掛于等高的O點(diǎn)和O'點(diǎn),兩點(diǎn)間距等于小球的直徑.將質(zhì)量較小的小球1向左拉起至A點(diǎn)由靜止釋放,在最低點(diǎn)B與靜止于C點(diǎn)的小球2發(fā)生正碰.碰后小球1向左反彈至最高點(diǎn)A',小球2向右擺動至最高點(diǎn)D.測得小球1和2的質(zhì)量分別為m和M,弦長AB=l1、A'B=l2、CD=l3.推導(dǎo)說明,m、M、l1、l2、l3滿足什么關(guān)系即可驗證碰撞前后動量守恒.3.[2024·廣西卷]單擺可作為研究簡諧運(yùn)動的理想模型.(1)制作單擺時,在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中,選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中不變.

(2)用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑,測得讀數(shù)如圖丙所示,則擺球直徑為cm.

(3)若將一個周期為T的單擺,從平衡位置拉開5°的角度釋放,忽略空氣阻力,擺球的振動可看為簡諧運(yùn)動.當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以釋放時刻作為計時起點(diǎn),則擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為.

4.[2024·湖北武漢模擬]如圖所示為研學(xué)小組的同學(xué)們用圓錐擺驗證向心力表達(dá)式的實(shí)驗情景.將一輕細(xì)線上端固定在鐵架臺上,下端懸掛一個質(zhì)量為m的小球,將畫有幾個同心圓周的白紙置于懸點(diǎn)下方的水平平臺上,調(diào)節(jié)細(xì)線的長度使小球自然下垂靜止時恰好位于圓心處.手帶動小球運(yùn)動使它在放手后恰能在紙面上方沿某個畫好的圓周做勻速圓周運(yùn)動.調(diào)節(jié)平臺的高度,使紙面貼近小球但不接觸.(1)若忽略小球運(yùn)動中受到的阻力,在具體的計算中可將小球視為質(zhì)點(diǎn),重力加速度為g;①從受力情況看,小球做勻速圓周運(yùn)動所受的向心力是(填選項前的字母).

A.小球所受細(xì)線的拉力B.小球所受的重力C.小球所受細(xì)線拉力和重力的合力②在某次實(shí)驗中,小球沿半徑為r的圓做勻速圓周運(yùn)動,用秒表記錄了小球運(yùn)動n圈的總時間t,則小球做此圓周運(yùn)動的向心力大小Fn=(用m、n、t、r及相關(guān)的常量表示).用刻度尺測得細(xì)線上端懸掛點(diǎn)到畫有圓周紙面的豎直高度為h,那么對小球進(jìn)行受力分析可知,小球做此圓周運(yùn)動所受的合力大小F=(用m、h、r及相關(guān)的常量表示).

③保持n的取值不變,改變h和r進(jìn)行多次實(shí)驗,可獲取不同時間t.研學(xué)小組的同學(xué)們想用圖像來處理多組實(shí)驗數(shù)據(jù),進(jìn)而驗證小球在做勻速圓周運(yùn)動過程中,小球所受的合力F與向心力Fn大小相等.為了直觀,應(yīng)合理選擇坐標(biāo)軸的相關(guān)變量,使待驗證關(guān)系是線性關(guān)系.為此不同的組員嘗試選擇了不同變量并預(yù)測猜想了如圖所示的圖像,若小球所受的合力F與向心力Fn大小相等,則這些圖像中合理的是(填選項字母).

ABCD(2)考慮到實(shí)驗的環(huán)境、測量條件等實(shí)際因素,對于這個實(shí)驗的操作,下列說法中正確的是(填選項前的字母).

A.相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實(shí)驗的影響B(tài).相同質(zhì)量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓周運(yùn)動的半徑C.測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差D.在這個實(shí)驗中必須測量出小球的質(zhì)量(3)上述實(shí)驗中小球運(yùn)動起來后撤掉平臺,由于實(shí)際實(shí)驗過程中存在空氣阻力的影響,所以持續(xù)觀察會發(fā)現(xiàn)小球做圓周運(yùn)動的半徑越來越小,經(jīng)過足夠長時間后,小球會停止在懸點(diǎn)正下方.若小球在運(yùn)動中每轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)半徑變化均可忽略,即每一周都可視為勻速圓周運(yùn)動.請分析說明在小球做上述圓周運(yùn)動的過程中,隨著細(xì)線與豎直方向的夾角不斷減小,小球做圓周運(yùn)動的周期將(選填“變大”“變小”或“不變”).

(4)小明同學(xué)認(rèn)為:在擺角較小的條件下,單擺的周期和圓周擺的周期可以認(rèn)為相等,請推導(dǎo)證明小明的觀點(diǎn)是否成立.

題型3創(chuàng)新性實(shí)驗1.力學(xué)創(chuàng)新型實(shí)驗的特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體,依托運(yùn)動學(xué)規(guī)律和牛頓運(yùn)動定律設(shè)計實(shí)驗.(2)將實(shí)驗的基本方法——控制變量法、處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法融入實(shí)驗的綜合分析之中.2.創(chuàng)新實(shí)驗題的解法(1)根據(jù)題目情境,提取相應(yīng)的力學(xué)模型,明確實(shí)驗的理論依據(jù)和實(shí)驗?zāi)康?設(shè)計實(shí)驗方案.(2)進(jìn)行實(shí)驗,記錄數(shù)據(jù),應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗數(shù)據(jù),結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行誤差分析.實(shí)驗器材的等效與替換1.用氣墊導(dǎo)軌代替長木板,應(yīng)調(diào)整導(dǎo)軌水平,不必平衡摩擦力.2.用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計時器.3.用力傳感器或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測力計.例1[2024·廣東佛山模擬]小明發(fā)現(xiàn),在夜景照片中,車燈常常會劃出一道道美麗的弧線,受此啟發(fā),他決定利用發(fā)光小球自由下落時在照片上留下的光弧,來測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣?設(shè)計實(shí)驗步驟如下:①在黑暗的房間里,如圖甲所示,將相機(jī)正對豎直的刻度尺放置,調(diào)節(jié)相機(jī)快門為100(即曝光時間Δt為1100②將發(fā)光小球從刻度尺零刻度處由靜止釋放,待小球下落至與相機(jī)近似等高位置時按下相機(jī)快門,得到如圖乙所示的照片,讀出亮線上邊沿到釋放點(diǎn)的距離H,亮線的長度d(曝光時間Δt內(nèi)小球的位移);③用Δt內(nèi)的平均速度近似等于小球下落高度H+d2時的瞬時速度,進(jìn)而計算出重力加速度g④重復(fù)步驟②③,讀出數(shù)據(jù)如下表所示,計算g的平均值,測得當(dāng)?shù)刂亓铀俣?第一張圖第二張圖第三張圖d/cm2.502.803.20H/cm31.339.5051.70(1)根據(jù)上表數(shù)據(jù),小球在第三張圖中曝光時間Δt內(nèi)的平均速度大小v=m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

(2)根據(jù)步驟③計算當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋磉_(dá)式為g=(用Δt,H,d表示).

(3)本實(shí)驗測得的重力加速度(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值.

(4)為減小實(shí)驗誤差,下列措施中可以采取的是(填選項前的字母).

A.選用密度大,體積小的發(fā)光小球B.選用密度小,體積大的發(fā)光小球C.將相機(jī)快門調(diào)整為125D.將相機(jī)快門調(diào)整為60

實(shí)驗結(jié)論的拓展與延伸1.由測定加速度延伸為測定動摩擦因數(shù).通過研究紙帶、頻閃照片或光電裝置得出物體的加速度,再利用牛頓第二定律求出物體所受的阻力或小車與木板間的動摩擦因數(shù).2.由動量守恒拓展到能量守恒.對碰撞等現(xiàn)象進(jìn)行研究,通過對碰撞前后的速度進(jìn)行測量,分別可計算碰撞前后的動量,拓展到計算動能,驗證動量守恒拓展到能量守恒.例2[2024·湖南長沙模擬]兩實(shí)驗小組想驗證動量守恒定律,第一組采用傳統(tǒng)的如圖甲所示的“碰撞實(shí)驗裝置”驗證兩小球碰撞前后的動量是否守恒;第二組設(shè)計了如圖乙所示利用固定了兩個光電門的氣墊導(dǎo)軌驗證兩滑塊碰撞前后的動量是否守恒.第一組主要操作步驟如下:①安裝好實(shí)驗裝置,使A球多次從斜軌上同一位置P由靜止釋放,找到其平均落地點(diǎn)的位置E;②將與A球半徑相同的B球靜置于水平軌道的末端,再將A球從斜軌上位置P由靜止釋放,多次重復(fù)上述過程,分別找到碰后A球和B球的平均落點(diǎn)的位置D和F;③O為軌道末端在地面的投影點(diǎn),用刻度尺測量出水平射程OD、OE、OF,分別記為x1、x2、x3.已知A球和B球的質(zhì)量分別為mA、mB.第二組主要操作步驟如下:①在氣墊導(dǎo)軌上固定光電門1和光電門2,滑塊M和N質(zhì)量之比為1∶2,兩滑塊上固定寬度均為d的遮光片;②調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平;③推動兩滑塊M和N分別由氣墊導(dǎo)軌的左右兩側(cè)開始滑動,經(jīng)測量,滑塊M和N通過光電門1、2的遮光時間分別為Δt1和Δt2,兩滑塊發(fā)生碰撞后又先后通過兩光電門1、2的遮光時間分別為Δt3和Δt4.請回答下列問題:(1)第一組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(用mA、mB、x1、x2、x3表示)

(2)第一組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式成立時,即說明A球和B球發(fā)生的是彈性碰撞.

(3)第二組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式成立時,即說明滑塊M和N在碰撞過程中動量守恒.(用題中所給字母符號表示)

(4)第二組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式滿足第(3)問的同時,若還滿足成立時,即說明滑塊M和N在碰撞過程中發(fā)生的是彈性碰撞.

[反思感悟]

試題情景的設(shè)計與創(chuàng)新對于創(chuàng)新型實(shí)驗的處理,最根本的方法是要把其從新情景中分離出來,找出與常規(guī)實(shí)驗的相通之處,然后運(yùn)用熟悉的實(shí)驗原理和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行解答.例3[2024·重慶沙坪壩區(qū)模擬]某興趣小組的同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的裝置,用來測量滑塊質(zhì)量(滑塊可視為質(zhì)點(diǎn))和滑塊與水平臺面間的動摩擦因數(shù).水平轉(zhuǎn)臺能繞豎直的軸勻速轉(zhuǎn)動,裝有遮光條的小滑塊放置在轉(zhuǎn)臺上,不可伸長的細(xì)線一端連接小滑塊,另一端連到固定在轉(zhuǎn)軸上的力傳感器上,連接到計算機(jī)上的傳感器能顯示細(xì)線的拉力F,安裝在鐵架臺上的光電門可以讀出遮光條通過光電門的擋光時間t,興趣小組采取了下列步驟:①用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d;②將滑塊放置在轉(zhuǎn)臺上,使細(xì)線剛好繃直,量出滑塊到轉(zhuǎn)軸的距離L;③控制轉(zhuǎn)臺以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動,記錄力傳感器和光電門的示數(shù),分別為F1和t1;依次增大轉(zhuǎn)臺的角速度,并保證其每次都做勻速轉(zhuǎn)動,記錄對應(yīng)的力傳感器示數(shù)F2、F3…和光電門的示數(shù)t2、t3….回答下面的問題:(1)滑塊勻速轉(zhuǎn)動的線速度可表示為v=(用d、t中的字母表示).

(2)處理數(shù)據(jù)時,興趣小組的同學(xué)以力傳感器的示數(shù)F為縱軸,1t2為橫軸,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)后擬合為一條直線,如圖乙所示(圖中a、b已知),設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g,則滑塊的質(zhì)量m=,動摩擦因數(shù)μ=.(均用a、b、L、d、t、g第14講力學(xué)實(shí)驗題型1【題組演練】1.(1)B(2)D(3)反比槽碼[解析](1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量,故A錯誤;為了保證小車所受細(xì)線拉力等于小車所受合力,則需要調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力,也要保持細(xì)線和長木板平行,故B正確;補(bǔ)償阻力時不能移去打點(diǎn)計時器和紙帶,需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運(yùn)動,故C錯誤;根據(jù)操作要求,應(yīng)先打開打點(diǎn)計時器再釋放小車,故D錯誤.(2)根據(jù)逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達(dá)式為a=14S8-S44T2+S(3)根據(jù)圖像可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設(shè)槽碼的質(zhì)量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,化簡可得1a=1mg·M+1g2.(4)較大較小(5)如圖所示(6)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車根據(jù)牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當(dāng)m?M時,可認(rèn)為m+M≈M,則a=1MF,即[解析](4)根據(jù)題圖乙分析可知,與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小.(5)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn),結(jié)合其他點(diǎn)用平滑的直線連接各點(diǎn),使盡可能多的點(diǎn)在線上,不在線上的點(diǎn)均勻地分布在線的兩側(cè).3.(5)0.5880.567[解析](5)下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=mgh=0.588J,小鋼球落地的平均速度v=?t=5023m/s,根據(jù)v=0+v2,ΔEk=12mv2,解得ΔE題型2【題組演練】1.(1)如圖所示(2)①沒有做到彈簧測力計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計[解析](1)按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F',如圖所示.(2)F和F'不完全重合的誤差可能是:①沒有做到彈簧測力量計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計.2.(1)AC(2)①用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn)②m1OP=m1OM+m2ON(3)見解析[解析](1)實(shí)驗中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前、后速度成正比,需要確保小球做平拋運(yùn)動,即實(shí)驗前,調(diào)節(jié)裝置,使斜槽末端水平,故A正確;為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰,兩小球半徑需相同,故B錯誤;為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出,需要用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球,故C正確.(2)用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn);碰撞前、后小球均做平拋運(yùn)動,由h=12gt2可知,小球的運(yùn)動時間相同,所以水平位移與平拋初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可驗證碰撞前后動量守恒(3)設(shè)輕繩長為L,小球從偏角θ處靜止擺下,擺到最低點(diǎn)時的速度為v,小球經(jīng)過圓弧對應(yīng)的弦長為l,則由動能定理有mgL(1-cosθ)=12mv2,由數(shù)學(xué)知識可知sinθ2=l2L,聯(lián)立兩式解得v=lgL,若兩小球碰撞過程中動量守恒,則有mv1=-mv2+Mv3,又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l3gL,整理可得ml3.(1)擺長(2)1.06(3)x=gT2[解析](1)選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中擺長不變.(2)擺球直徑為d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根據(jù)單擺的周期公式T=2πLg可得單擺的擺長為L=gT24π2,從平衡位置拉開5°的角度處釋放,可得振幅為A=Lsin5°,以該位置為計時起點(diǎn),根據(jù)簡諧運(yùn)動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為x=Acos4.(1)①C②m4π2n2t2rmgr?[解析](1)①小球受重力和細(xì)線的拉力作用,則小球做圓周運(yùn)動的向心力由重力和細(xì)線拉力的合力提供,故C正確.②小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T=tn,則向心力Fn=m2πT2r=4π2n2mrt2③設(shè)小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T=tn,此時小球距細(xì)線上端固定點(diǎn)的豎直高度為h,根據(jù)合外力等于向心力有mgr?=4π2n2mrt(2)相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實(shí)驗的影響,選項A正確;相同質(zhì)量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓心的位置,從而容易確定其圓周運(yùn)動的半徑,選項B正確;測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差,選項C正確;由③的分析可知,當(dāng)合外力等于向心力時,小球的質(zhì)量可以消掉,則在這個實(shí)驗中不需測量出小球的質(zhì)量,選項D錯誤.(3)設(shè)小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T,此時小球距細(xì)線上端固定點(diǎn)的豎直高度為h,根據(jù)合外力等于向心力有mgr?=m4π2T2r,可解得T=2π(4)成立;圓錐擺的周期根據(jù)mgtanθ=m4π2T2Lsinθ,得T=2πLcosθg,夾角較小,cos題型3例1(1)3.2(2)d22H+[解析](1)小球在第三張圖中曝光時間Δt內(nèi)的平均速度大小v=d3Δt=3.2×10(2)由自由落體運(yùn)動規(guī)律v2=2gH+d2、v=dΔt(3)忽略空氣阻力的情況下,設(shè)小球下落H的速度為v1,下落H+d2的速度為v2,下落H+d的速度為v3,由自由落體運(yùn)動規(guī)律有v12=2gH、v22=2gH+d2、v32=2gH+d,易得v2=v12+v322,而小球在曝光時間內(nèi)的平均速度v=dΔt=v1+v32,因為v(4)選用密度大,體積小的發(fā)光小球則空氣阻力的影響相對小很多,有利于減小誤差,故A正確,B錯誤;將快門調(diào)大,即減小Δt,則v1和v3的差值減小,由v2-v22=-v3-v12例2(1)mA·x2=mA·x1+mB·x3(2)mAx22=mAx12+(3)1Δt1-2Δt(4)1Δt12+2[解析](1)采用圖甲所示裝置,小球碰后做平拋運(yùn)動,由于落地的高度都相同,則落地的時間相同,則小球落地的水平位移與速度成正比,則實(shí)驗中通過僅測量小球做平拋運(yùn)動的水平位移,可間接得到小球碰撞前后的速度關(guān)系.碰前入射球A水平距離為OE,兩球相碰后,入射球A水平距離為OD,B球水平距離為OF,則根據(jù)動量守恒定律有mAv0=mAv1+mBv2,因下落時間相同則兩端同時乘以t后有mA·OE=mA·OD+mB·OF,即mA·x2=mA·x1+mB·x3,第一組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式mA·x2=mA·x1+mB·x3成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(2)若碰撞中機(jī)械能守恒,則12mAv02=12mAv12+12mBv22,即mAx(3)第二組實(shí)驗,設(shè)滑塊M和N質(zhì)量分別為m和2m;碰撞前M、N的速度大小分別為vM=dΔt1、vN=dΔt2.碰撞后M、N的速度大小分別為vM'=dΔt3、vN'=dΔt4,設(shè)碰前M的速度為正方向,則mvM-2mvN=-mvN'+2mvM',代入整理得1Δt1-2Δt2(4)第二組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式12mvM2+12·2mvN2=12mvM'2+12·2mvN'2,即1Δt12例3(1)dt(2)aLb[解析](1)滑塊勻速轉(zhuǎn)動的線速度可表示為v=dt(2)由題意可知F=mv2L-μmg=md2L·1t2-μmg,由圖像可知μmg=a,md2L=第三部分物理實(shí)驗第14講力學(xué)實(shí)驗題型1【題組演練】1.(1)B(2)D(3)反比槽碼[解析](1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量,故A錯誤;為了保證小車所受細(xì)線拉力等于小車所受合力,則需要調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力,也要保持細(xì)線和長木板平行,故B正確;補(bǔ)償阻力時不能移去打點(diǎn)計時器和紙帶,需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運(yùn)動,故C錯誤;根據(jù)操作要求,應(yīng)先打開打點(diǎn)計時器再釋放小車,故D錯誤.(2)根據(jù)逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達(dá)式為a=14S8-S44T2+S(3)根據(jù)圖像可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設(shè)槽碼的質(zhì)量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,化簡可得1a=1mg·M+1g2.(4)較大較小(5)如圖所示(6)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車根據(jù)牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當(dāng)m?M時,可認(rèn)為m+M≈M,則a=1MF,即[解析](4)根據(jù)題圖乙分析可知,與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小.(5)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn),結(jié)合其他點(diǎn)用平滑的直線連接各點(diǎn),使盡可能多的點(diǎn)在線上,不在線上的點(diǎn)均勻地分布在線的兩側(cè).3.(5)0.5880.567[解析](5)下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=mgh=0.588J,小鋼球落地的平均速度v=?t=5023m/s,根據(jù)v=0+v2,ΔEk=12mv2,解得ΔE題型2【題組演練】1.(1)如圖所示(2)①沒有做到彈簧測力計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計[解析](1)按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F',如圖所示.(2)F和F'不完全重合的誤差可能是:①沒有做到彈簧測力量計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計.2.(1)AC(2)①用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn)②m1OP=m1OM+m2ON(3)見解析[解析](1)實(shí)驗中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前、后速度成正比,需要確保小球做平拋運(yùn)動,即實(shí)驗前,調(diào)節(jié)裝置,使斜槽末端水平,故A正確;為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰,兩小球半徑需相同,故B錯誤;為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出,需要用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球,故C正確.(2)用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn);碰撞前、后小球均做平拋運(yùn)動,由h=12gt2可知,小球的運(yùn)動時間相同,所以水平位移與平拋初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可驗證碰撞前后動量守恒(3)設(shè)輕繩長為L,小球從偏角θ處靜止擺下,擺到最低點(diǎn)時的速度為v,小球經(jīng)過圓弧對應(yīng)的弦長為l,則由動能定理有mgL(1-cosθ)=12mv2,由數(shù)學(xué)知識可知sinθ2=l2L,聯(lián)立兩式解得v=lgL,若兩小球碰撞過程中動量守恒,則有mv1=-mv2+Mv3,又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l3gL,整理可得ml3.(1)擺長(2)1.06(3)x=gT2[解析](1)選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中擺長不變.(2)擺球直徑為d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根據(jù)單擺的周期公式T=2πLg可得單擺的擺長為L=gT24π2,從平衡位置拉開5°的角度處釋放,可得振幅為A=Lsin5°,以該位置為計時起點(diǎn),根據(jù)簡諧運(yùn)動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為x=Acos4.(1)①C②m4π2n2t2rmgr?[解析](1)①小球受重力和細(xì)線的拉力作用,則小球做圓周運(yùn)動的向心力由重力和細(xì)線拉力的合力提供,故C正確.②小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T=tn,則向心力Fn=m2πT2r=4π2n2mrt2③設(shè)小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T=tn,此時小球距細(xì)線上端固定點(diǎn)的豎直高度為h,根據(jù)合外力等于向心力有mgr?=4π2n2mrt(2)相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實(shí)驗的影響,選項A正確;相同質(zhì)量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓心的位置,從而容易確定其圓周運(yùn)動的半徑,選項B正確;測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差,選項C正確;由③的分析可知,當(dāng)合外力等于向心力時,小球的質(zhì)量可以消掉,則在這個實(shí)驗中不需測量出小球的質(zhì)量,選項D錯誤.(3)設(shè)小球做半徑為r的圓周運(yùn)動的周期為T,此時小球距細(xì)線上端固定點(diǎn)的豎直高度為h,根據(jù)合外力等于向心力有mgr?=m4π2T2r,可解得T=2π(4)成立;圓錐擺的周期根據(jù)mgtanθ=m4π2T2Lsinθ,得T=2πLcosθg,夾角較小,cos題型3例1(1)3.2(2)d22H+[解析](1)小球在第三張圖中曝光時間Δt內(nèi)的平均速度大小v=d3Δt=3.2×10(2)由自由落體運(yùn)動規(guī)律v2=2gH+d2、v=dΔt(3)忽略空氣阻力的情況下,設(shè)小球下落H的速度為v1,下落H+d2的速度為v2,下落H+d的速度為v3,由自由落體運(yùn)動規(guī)律有v12=2gH、v22=2gH+d2、v32=2gH+d,易得v2=v12+v322,而小球在曝光時間內(nèi)的平均速度v=dΔt=v1+v32,因為v(4)選用密度大,體積小的發(fā)光小球則空氣阻力的影響相對小很多,有利于減小誤差,故A正確,B錯誤;將快門調(diào)大,即減小Δt,則v1和v3的差值減小,由v2-v22=-v3-v12例2(1)mA·x2=mA·x1+mB·x3(2)mAx22=mAx12+(3)1Δt1-2Δt(4)1Δt12+2[解析](1)采用圖甲所示裝置,小球碰后做平拋運(yùn)動,由于落地的高度都相同,則落地的時間相同,則小球落地的水平位移與速度成正比,則實(shí)驗中通過僅測量小球做平拋運(yùn)動的水平位移,可間接得到小球碰撞前后的速度關(guān)系.碰前入射球A水平距離為OE,兩球相碰后,入射球A水平距離為OD,B球水平距離為OF,則根據(jù)動量守恒定律有mAv0=mAv1+mBv2,因下落時間相同則兩端同時乘以t后有mA·OE=mA·OD+mB·OF,即mA·x2=mA·x1+mB·x3,第一組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式mA·x2=mA·x1+mB·x3成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(2)若碰撞中機(jī)械能守恒,則12mAv02=12mAv12+12mBv22,即mAx(3)第二組實(shí)驗,設(shè)滑塊M和N質(zhì)量分別為m和2m;碰撞前M、N的速度大小分別為vM=dΔt1、vN=dΔt2.碰撞后M、N的速度大小分別為vM'=dΔt3、vN'=dΔt4,設(shè)碰前M的速度為正方向,則mvM-2mvN=-mvN'+2mvM',代入整理得1Δt1-2Δt2(4)第二組實(shí)驗,當(dāng)表達(dá)式12mvM2+12·2mvN2=12mvM'2+12·2mvN'2,即1Δt12例3(1)dt(2)aLb[解析](1)滑塊勻速轉(zhuǎn)動的線速度可表示為v=dt(2)由題意可知F=mv2L-μmg=md2L·1t2-μmg,由圖像可知μmg=a,md2L=第14講力學(xué)實(shí)驗時間|60min1.[2024·湖北武漢模擬]某同學(xué)制作了一個“豎直加速度測量儀”,可以用來測量電梯豎直上下運(yùn)行時的加速度,其構(gòu)造如圖甲所示.將彈簧豎直自由懸掛時,指示針指示的刻度尺刻度為6.50cm(記為原長位置);在彈簧下端懸掛一質(zhì)量為0.2kg的鉤碼,當(dāng)鉤碼靜止時指示針指示的刻度尺刻度如圖甲所示.已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內(nèi)能較好的滿足胡克定律,重力加速度g取9.8m/s2.(1)該彈簧的勁度系數(shù)k=N/m.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(2)該“豎直加速度測量儀”可較準(zhǔn)確測量的豎直向上的加速度的最大值為m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)在實(shí)際測量過程中,指示針會隨鉤碼上下振動,為了能讓指示針盡快穩(wěn)定下來,該同學(xué)將鉤碼換成與鉤碼質(zhì)量相同的強(qiáng)磁鐵,并在強(qiáng)磁鐵正下方放置一鋁塊,如圖乙所示.與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質(zhì)量越大,該測量儀可較準(zhǔn)確測量的豎直向上的加速度的最大值(選填“越大”“越小”或“不變”).

2.[2024·遼寧葫蘆島模擬]用如圖所示的實(shí)驗裝置可以測量物體運(yùn)動的加速度和測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?在水平氣墊導(dǎo)軌上放置一滑塊,一不可伸長的輕繩跨過光滑輕質(zhì)定滑輪,一端與滑塊連接,另一端與質(zhì)量為m的懸掛物連接,滑塊和滑輪間的輕繩與導(dǎo)軌平行.現(xiàn)讓滑塊從靜止釋放,測得滑塊上的遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2,已知遮光條的寬度為d,光電門1、2之間的距離為L,滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M.(1)滑塊的加速度大小a=.(用t1、t2、d、L表示)

(2)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋磉_(dá)式為g=.(用t1、t2、d、L、m、M表示)

(3)當(dāng)m(選填“?”“=”或“?”)M時,可認(rèn)為輕繩的拉力等于懸掛物受到的重力.

(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮=m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

3.[2023·北京卷]用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn).(1)關(guān)于實(shí)驗,下列做法正確的是(填選項前的字母).

A.選擇體積小、質(zhì)量大的小球B.借助重垂線確定豎直方向C.先拋出小球,再打開頻閃儀D.水平拋出小球(2)如圖甲所示的實(shí)驗中,A球沿水平方向拋出,同時B球自由落下,借助頻閃儀拍攝上述運(yùn)動過程.圖乙為某次實(shí)驗的頻閃照片,在誤差允許范圍內(nèi),根據(jù)任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可判斷A球豎直方向做運(yùn)動;根據(jù),可判斷A球水平方向做勻速直線運(yùn)動.

(3)某同學(xué)使小球從高度為0.8m的桌面水平飛出,用頻閃照相拍攝小球的平拋運(yùn)動(每秒頻閃25次),最多可以得到小球在空中運(yùn)動的個位置.(g取10m/s2)

(4)某同學(xué)實(shí)驗時忘了標(biāo)記重垂線方向,為解決此問題,他在頻閃照片中,以某位置為坐標(biāo)原點(diǎn),沿任意兩個相互垂直的方向作為x軸和y軸正方向,建立直角坐標(biāo)系xOy,并測量出另外兩個位置的坐標(biāo)值(x1,y1)、(x2,y2),如圖丙所示.根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律,利用運(yùn)動的合成與分解的方法,可得重垂線方向與y軸間夾角的正切值為.

4.[2024·重慶北碚區(qū)模擬]某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗裝置探究物體做直線運(yùn)動時平均速度與時間的關(guān)系.讓小車左端和紙帶相連.右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連.鉤碼下落,帶動小車運(yùn)動,打點(diǎn)計時器打出紙帶.某次實(shí)驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙所示.(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)的時間間隔均為0.1s.以打出A點(diǎn)時小車位置為初始位置,將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時小車的位移Δx填到表中,得到對應(yīng)時間段的小車的平均速度v,表中vAD=cm/s位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度v隨時間t的變化關(guān)系,如圖丙所示.從實(shí)驗結(jié)果可知,小車運(yùn)動的v-Δt圖線可視為一條傾斜直線,此直線用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(3)根據(jù)(2)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動,得到打出A點(diǎn)時小車速度大小vA=,小車的加速度大小a=.(結(jié)果用字母k、b表示)

5.[2024·湖北卷]某同學(xué)設(shè)計了一個測量重力加速度大小g的實(shí)驗方案,所用器材有:2g砝碼若干、托盤1個、輕質(zhì)彈簧1根、米尺1把、光電門1個、數(shù)字計時器1臺等.具體步驟如下:①將彈簧豎直懸掛在固定支架上,彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤,在托盤內(nèi)放入一個砝碼,如圖甲所示.②用米尺測量平衡時彈簧的長度l,并安裝光電門.③將彈簧在彈性限度內(nèi)拉伸一定長度后釋放,使其在豎直方向振動.④用數(shù)字計時器記錄30次全振動所用時間t.⑤逐次增加托盤內(nèi)砝碼的數(shù)量,重復(fù)②③④的操作.該同學(xué)將振動系統(tǒng)理想化為彈簧振子.已知彈簧振子的振動周期T=2πMk,其中k為彈簧的勁度系數(shù),M為振子的質(zhì)量(1)由步驟④,可知振動周期T=.

(2)設(shè)彈簧的原長為l0,則l與g、l0、T的關(guān)系式為l=.

(3)由實(shí)驗數(shù)據(jù)作出的l-T2圖線如圖乙所示,可得g=m/s2(保留三位有效數(shù)字,π2取9.87).

(4)本實(shí)驗的誤差來源包括(填選項前的字母).

A.空氣阻力B.彈簧質(zhì)量不為零C.光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置6.[2022·廣東卷]某實(shí)驗小組為測量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失,設(shè)計了如圖甲所示的裝置,實(shí)驗過程如下:(1)讓小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈,調(diào)節(jié)光電門位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過程中均可通過光電門.(2)用螺旋測微器測量小球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,小球直徑d=mm.

(3)測量時,應(yīng)(選填“A”或“B”,其中A為“先釋放小球,后接通數(shù)字計時器”,B為“先接通數(shù)字計時器,后釋放小球”).記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2.

(4)計算小球通過光電門的速度,已知小球的質(zhì)量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE=(用字母m、d、t1和t2表示).

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差.

7.[2024·河北保定模擬]某校物理小組嘗試?yán)弥悄苁謾C(jī)對豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動進(jìn)行拓展探究.實(shí)驗裝置如圖甲所示,輕繩一端連接拉力傳感器,另一端連接智能手機(jī),把手機(jī)拉開一定角度,由靜止釋放,手機(jī)在豎直面內(nèi)擺動過程中,手機(jī)中的陀螺儀傳感器可以采集角速度實(shí)時變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像,同時,拉力傳感器可以采集輕繩拉力實(shí)時變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像.經(jīng)查閱資料可知,面向手機(jī)屏幕,手機(jī)逆時針擺動時陀螺儀傳感器記錄的角速度為正值,反之為負(fù)值.(1)某次實(shí)驗,手機(jī)輸出的角速度隨時間變化的圖像如圖乙所示,由此可知在0~t0時間段內(nèi)(填選項前的字母).

A.手機(jī)20次通過最低點(diǎn)B.手機(jī)10次通過最低點(diǎn)C.手機(jī)做阻尼振動D.手機(jī)振動的周期越來越小(2)為進(jìn)一步拓展研究,分別從拉力傳感器輸出圖和手機(jī)角速度—時間圖中讀取幾對手機(jī)運(yùn)動到最低點(diǎn)時的拉力和角速度的數(shù)據(jù),并在坐標(biāo)圖中以F(單位:N)為縱坐標(biāo)、ω2(單位:s-2)為橫坐標(biāo)進(jìn)行描點(diǎn),請在圖丙中作出F-ω2的圖像.(3)根據(jù)圖像求得實(shí)驗所用手機(jī)的質(zhì)量為kg,手機(jī)重心做圓周運(yùn)動的半徑為m.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8m/s2)

8.[2024·江蘇揚(yáng)州模擬]一同學(xué)利用如圖所示的斜槽軌道和兩個由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑塊A、B做“驗證動量守恒定律”的實(shí)驗.斜槽軌道由傾斜軌道和平直軌道組成,兩部分間由一段圓弧平滑連接,在平直軌道上一側(cè)固定有刻度尺.其操作步驟如下:①將斜槽軌道放置在水平桌面上;②用天平測得A、B兩個滑塊的質(zhì)量分別為m1、m2;③不放滑塊B,使滑塊A從傾斜軌道頂端P點(diǎn)由靜止釋放,滑塊A最終靜止在平直軌道上,記下滑塊A靜止時其右側(cè)面對應(yīng)的刻度x1;④把滑塊B放在平直軌道上,記下其左側(cè)面對應(yīng)的刻度x0;⑤讓滑塊A仍從傾斜軌道頂端P點(diǎn)由靜止釋放,滑塊A與滑塊B發(fā)生碰撞后最終均靜止在平直軌道上,記下最終滑塊B靜止時其左側(cè)面對應(yīng)的刻度x2、滑塊A靜止時其右側(cè)面對應(yīng)的刻度x3.(1)實(shí)驗中必須滿足的條件是(填選項前的字母).

A.傾斜軌道必須光滑B.平直軌道必須水平C.滑塊A的質(zhì)量應(yīng)大于滑塊B的質(zhì)量D.同一組實(shí)驗中,滑塊A靜止釋放的位置可以不同(2)實(shí)驗中滑塊A碰撞前的速度大小v0與成正比(填選項前的字母).

A.x1 B.x1-x0C.(x1-x0)2 D.x(3)若關(guān)系式m1x1-x0=中成立,則可得出結(jié)論:滑塊A、B碰撞過程中動量守恒.若要進(jìn)一步驗證滑塊A、B的碰撞是否為彈性碰撞,則應(yīng)驗證關(guān)系式m1(x1-x0)=是否成立9.[2024·山東青島模擬]某實(shí)驗小組同時測量A、B兩個箱子質(zhì)量的裝置圖如圖甲所示,其中D為鐵架臺,E為固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略不計),F為光電門,C為固定在A上、寬度為d的細(xì)遮光條(質(zhì)量不計),另外,該實(shí)驗小組還準(zhǔn)備了一套總質(zhì)量m0=0.5kg的砝碼和刻度尺.(1)在鐵架臺上標(biāo)記一位置O,并測得該位置與光電門F之間的距離為h.取出質(zhì)量為m的砝碼放在A箱子中,剩余砝碼全部放在B箱子中,讓A從位置O由靜止開始下降,則A下落到F處的過程中,A箱與A箱中砝碼的整體機(jī)械能是(選填“增加”“減少”或“守恒”)的.

(2)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d的讀數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為mm,測得遮光條通過光電門的時間為Δt,下落過程中的加速度大小a=(用d、Δt、h表示).

(3)改變m,測得相應(yīng)遮光條通過光電門的時間,算出加速度a,得到多組m與a的數(shù)據(jù),作出a-m圖像如圖丙所示,可得A的質(zhì)量mA=kg.(重力加速度大小g取10m/s2,計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

10.[2024·湖南卷]在太空,物體完全失重,用天平無法測量質(zhì)量.如圖甲所示,某同學(xué)設(shè)計了一個動力學(xué)方法測量物體質(zhì)量的實(shí)驗方案,主要實(shí)驗儀器包括:氣墊導(dǎo)軌、滑塊、輕彈簧、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、光電計時器和待測物體,主要步驟如下:(1)調(diào)平氣墊導(dǎo)軌,將彈簧左端連接氣墊導(dǎo)軌左端,右端連接滑塊;(2)將滑塊拉至離平衡位置20cm處由靜止釋放,滑塊第1次經(jīng)過平衡位置處開始計時,第21次經(jīng)過平衡位置時停止計時,由此測得彈簧振子的振動周期T;(3)將質(zhì)量為m的砝碼固定在滑塊上,重復(fù)步驟(2);(4)依次增加砝碼質(zhì)量m,測出對應(yīng)的周期T,實(shí)驗周期如下表所示,在圖乙中繪制T2-m關(guān)系圖線;m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.7970.1501.0011.0020.2001.1051.2210.2501.1751.381(5)由T2-m圖像可知,彈簧振子振動周期的平方與砝碼質(zhì)量的關(guān)系是(選填“線性的”或“非線性的”);

(6)取下砝碼后,將待測物體固定在滑塊上,測量周期并得到T2=0.880s2,則待測物體質(zhì)量是kg(保留3位有效數(shù)字);

(7)若換一個質(zhì)量較小的滑塊重做上述實(shí)驗,所得T2-m圖線與原圖線相比將沿縱軸(選填“正方向”“負(fù)方向”或“不”)移動.

第14講力學(xué)實(shí)驗1.(1)98(2)14.7(3)不變(4)越小[解析](1)由圖甲可知指示針指示的刻度尺刻度為4.50cm,以鉤碼為對象,根據(jù)受力平衡可得kx1=mg,解得該彈簧的勁度系數(shù)為k=mgx1=0.2×9.(2)已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內(nèi)能較好的滿足胡克定律,則最大彈力為Fm=kxm=98×5×10-2N=4.9N;該“豎直加速度測量儀”可較準(zhǔn)確測量的豎直向上的加速度的最大值為am=Fm-mgm=4.9-0.2×9(3)當(dāng)測加速度時磁鐵處于穩(wěn)定狀態(tài),磁鐵和鋁塊之間沒有作用力,則磁鐵只受到重力和彈簧彈力作用,與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值不變.(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質(zhì)量越大,彈簧的最大彈力不變,根據(jù)am=Fm-mgm=Fm2.(1)d2(2)M+md2(4)9.8[解析](1)滑塊經(jīng)光電門1時的速度v1=dt1,滑塊經(jīng)光電門2時的速度v2=dt2,由速度位移關(guān)系公式,可得滑塊的加速度a=(2)設(shè)輕繩上的拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律,對懸掛物有mg-F=ma,對滑塊則有F=Ma,聯(lián)立解得g=M+ma(3)由以上分析可得輕繩上的拉力為F=mg1-mM,由上式可知,當(dāng)懸掛物的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量M時,即m?(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則g=M+md22mL1t3.(1)ABD(2)自由落體運(yùn)動A球相鄰兩位置水平距離相等(3)10(4)|[解析](1)用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,選擇體積小質(zhì)量大的小球可以減小空氣阻力的影響,A正確;本實(shí)驗需要借助重垂線確定豎直方向,B正確;實(shí)驗過程中應(yīng)先打開頻閃儀,再水平拋出小球,C錯誤,D正確.(2)根據(jù)任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可以判斷出A球豎直方向做自由落體運(yùn)動;根據(jù)A球相鄰兩位置水平距離相等,可以判斷A球水平方向做勻速直線運(yùn)動.(3)小球從高度為0.8m的桌面水平拋出,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式h=12gt2,解得t=0.4s,頻閃儀每秒頻閃25次,頻閃周期T=125s=0.04s,故最多可以得到小球在空中運(yùn)動位置的個數(shù)為tT(4)如圖x0、y0分別表示水平和豎直方向,設(shè)該同學(xué)作出的y軸與y0軸間的夾角為θ,建立坐標(biāo)系存在兩種情況,如圖所示.當(dāng)建立的坐標(biāo)系為x1、y1時,則沿x1軸方向做勻減速運(yùn)動,根據(jù)逐差法計算加速度有x2-2x1=-gsinθ(2T)2,沿y1軸方向有y2-2y1=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=2x1-x2y2-2y1,當(dāng)建立的坐標(biāo)系為x1'、y1'時,則沿x1'軸方向做勻加速運(yùn)動,根據(jù)逐差法計算加速度有x2'-2x1'=gsinθ(2T)2,沿y1'軸方向有y2'-2y1'=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=x24.(1)80.0(2)70.0(69.0~72.0均可)59.0(3)b2k[解析](1)由題圖乙中紙帶的相關(guān)數(shù)據(jù)可知ΔxAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm,由平均速度的定義可知vAD=ΔxAD3t=24.00(2)斜率k=101.0-59.00.6cm/s2=70.0cm/s2(3)小車做勻變速直線運(yùn)動,有x=v0t+12at2,變形可得xt=v=v0+12at,故小車在t=0時,即打出A點(diǎn)時小車的速度大小vA=b,小車的加速度大小a滿足12a=k,5.(1)t30(2)l0+g(3)9.59(9.56~9.62均可)(4)AC[解析](1)30次全振動所用時間為t,則振動周期T=t30(2)彈簧振子的振動周期T=2πMk,可得振子的質(zhì)量M=kT24π2,振子平衡時,根據(jù)平衡條件有Mg=kΔl,可得Δl=gT24π2,則l與g、l0、T的關(guān)系式為l(3)根據(jù)l=l0+gT24π2,整理可得l=l0+g4π2·T2,則l-T2圖像的斜率k'=g4π2,由圖像可知k=0.542-(4)實(shí)驗時光電門應(yīng)對齊彈簧振子振動過程中的平衡位置,這樣托盤通過平衡位置時遮光條擋光時間才最短,計時才最準(zhǔn)確,若光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置,則計時準(zhǔn)確度變低,造成測量彈簧振子振動周期出現(xiàn)偶然誤差,C正確;光電門是固定的,它對齊的是彈簧振子未振動時振子所在的平衡位置,若存在空氣阻力,則會導(dǎo)致彈簧振子向上振動和向下振動過程中平衡位置發(fā)生變化,所以光電門記錄的不再是平衡位置,造成測量彈簧振子振動周期出現(xiàn)系統(tǒng)誤差,A正確;根據(jù)第(2)問解析中的公式可知,質(zhì)量M是聯(lián)系彈簧振子的振動周期T和系統(tǒng)靜止時彈簧伸長量Δl的中間量,建立起T和Δl的關(guān)系后就與M無關(guān)了,所以彈簧質(zhì)量不為零導(dǎo)致M變化時,T和Δl兩者都會相應(yīng)變化,但兩種之間滿足的關(guān)系式不變,不會對實(shí)驗造成誤差,B錯誤.6.(2)7.884(7.882~7.885均可)(3)B(4)12md(5)增大[解析](2)d=7.5mm+0.384mm=7.884mm.(3)小球下落時間極短,所以應(yīng)先接通數(shù)字計時器,后釋放小球.(4)落下時經(jīng)過光電門的速度v1=dt1,反彈后經(jīng)過光電門的速度v2=dt2,同一位置重力勢能相同,故機(jī)械能損失ΔE=(5)調(diào)高光電門會增大空氣阻力的做功距離,故會增大因空氣阻力引起的測量誤差.7.(1)AC(2)如圖所示(3)0.210.28[解析](1)分析可知,當(dāng)手機(jī)通過最低點(diǎn)時角速度達(dá)到最大值,而由圖乙可知,在0~t0時間內(nèi)手機(jī)20次通過最低點(diǎn),故A正確,B錯誤;根據(jù)圖乙可知,手機(jī)的角速度隨著時間在衰減,可知手機(jī)在做阻尼振動,故C正確;阻尼振動的周期不變,其周期由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定,故D錯誤.(2)由于手機(jī)在做圓周運(yùn)動,短時間內(nèi)在不考慮其振動衰減的情況下,在最低點(diǎn)對手機(jī)由牛頓第二定律有F-mg=mω2L,可得F=mLω2+mg,式中L為懸點(diǎn)到手機(jī)重心的距離,根據(jù)上式可知,手機(jī)運(yùn)動到最低點(diǎn)時的拉力和角速度的平方成線性變化,作圖時應(yīng)用平滑的直線將各點(diǎn)跡連接起來,不能落在圖像上的點(diǎn)跡應(yīng)使其均勻的分布在圖線的兩側(cè),有明顯偏差的點(diǎn)跡直接舍去.(3)根據(jù)圖像結(jié)合其函數(shù)關(guān)系可得mg=2.01N,mL=2.30-2.015kg·m=0.058kg·m,解得m≈0.21kg,L8.(1)C(2)D(3)m1x3-x0+m1(x3-x0)+m2(x2-x0)[解析](1)傾斜軌道不一定必須光滑,只要滑塊A到達(dá)底端的速度相同即可,A錯誤;因為兩滑塊的材料相同,表面的粗糙程度相同,則由牛頓第二定律mgsinθ-μmgcosθ=ma,得a=gsinθ-μgcosθ,可知無論軌道是否水平,則兩滑塊在軌道上運(yùn)動的加速度都相同,所以平直軌道不一定必須水平,B錯誤;為防止滑塊A與滑塊B碰后反彈,則滑塊A的質(zhì)量必須大于滑塊B的質(zhì)量,C正確;為保證滑塊A每次到達(dá)底端的初速度相同,則同一組實(shí)驗中,滑塊A靜止釋放的位置要相同,D錯誤.(2)對滑塊A,由動能定理-μm1g(x1-x0)=0-12m1v02可得,滑塊A碰撞前的速度大小為v0=2μg(x1-x0)(3)若滑塊A、B碰撞過程中動量守恒,則有m1v0=m1v1+m2v2,又因為v0=2μg(x1-x0)、v1=2μg(x3-x0)、v2=2μg(x2-x0),聯(lián)立可得m1x1-x0=m1x3-x0+m2x2-x0;若滑塊A、B發(fā)生彈性碰撞,則由機(jī)械能守恒定律知12m1v02=9.(1)減少(2)11.3d22h([解析](1)A與B是由繩子相連的連接體,當(dāng)A下降時B上升,它們具有相同的速率,可知當(dāng)A下落至F處的過程中,B的重力勢能增加,動能增加,而機(jī)械能為動能與勢能之和,則可知B的機(jī)械能增加,整個系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,故A的機(jī)械能減少.(2)游標(biāo)卡尺的分度值為0.1mm,則遮光條的寬度d的讀數(shù)為d=1.1cm+3×0.1mm=11.3mm,遮光條通過光電門的速度為v=dΔt,由運(yùn)動學(xué)公式有v2=2ah,則下落過程中的加速度大小為a=(3)對A、B及砝碼組成的系統(tǒng)由牛頓第二定律有[(mA+m)-(mB+m0-m)]g=(mA+mB+m0)a,整理可得a=2gmA+mB+m0m+(mA-mB-m0)gmA+mB+m0,斜率為k=210.(4)如圖所示(5)線性的(6)0.120(7)負(fù)方向[解析](4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),各點(diǎn)幾乎在一條直線上,作出T2-m關(guān)系圖線如圖所示.(5)圖線是一條傾斜的直線,說明彈簧振子振動周期的平方與砝碼質(zhì)量為線性關(guān)系.(6)在圖線上尋找T2=0.880s2的點(diǎn),對應(yīng)橫坐標(biāo)為m=0.120kg.(7)換一個質(zhì)量較小的滑塊重做上述實(shí)驗,則滑塊和砝碼的總質(zhì)量比原來的小,要得到相同的周期,應(yīng)放質(zhì)量更大的砝碼,即同一縱坐標(biāo)對應(yīng)的橫坐標(biāo)偏右,相當(dāng)于同一橫坐標(biāo)對應(yīng)的縱坐標(biāo)偏下,則所得圖線與原圖線相比下移,即沿縱軸負(fù)方向移動.第14講力學(xué)實(shí)驗1.(1)98(2)14.7(3)不變(4)越小[解析](1)由圖甲可知指示針指示的刻度尺刻度為4.50cm,以鉤碼為對象,根據(jù)受力平衡可得kx1=mg,解得該彈簧的勁度系數(shù)為k=mgx1=0.2×9.(2)已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內(nèi)能較好的滿足胡克定律,則最大彈力為Fm=kxm=98×5×10-2N=4.9N;該“豎直加速度測量儀”可較準(zhǔn)確測量的豎直向上的加速度的最大值為am=Fm-mgm=4.9-0.2×9(3)當(dāng)測加速度時磁鐵處于穩(wěn)定狀態(tài),磁鐵和鋁塊之間沒有作用力,則磁鐵只受到重力和彈簧彈力作用,與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值不變.(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質(zhì)量越大,彈簧的最大彈力不變,根據(jù)am=Fm-mgm=Fm2.(1)d2(2)M+md2(4)9.8[解析](1)滑塊經(jīng)光電門1時的速度v1=dt1,滑塊經(jīng)光電門2時的速度v2=dt2,由速度位移關(guān)系公式,可得滑塊的加速度a=(2)設(shè)輕繩上的拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律,對懸掛物有mg-F=ma,對滑塊則有F=Ma,聯(lián)立解得g=M+ma(3)由以上分析可得輕繩上的拉力為F=mg1-mM,由上式可知,當(dāng)懸掛物的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量M時,即m?(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則g=M+md22mL1t3.(1)ABD(2)自由落體運(yùn)動A球相鄰兩位置水平距離相等(3)10(4)|[解析](1)用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,選擇體積小質(zhì)量大的小球可以減小空氣阻力的影響,A正確;本實(shí)驗需要借助重垂線確定豎直方向,B正確;實(shí)驗過程中應(yīng)先打開頻閃儀,再水平拋出小球,C錯誤,D正確.(2)根據(jù)任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可以判斷出A球豎直方向做自由落體運(yùn)動;根據(jù)A球相鄰兩位置水平距離相等,可以判斷A球水平方向做勻速直線運(yùn)動.(3)小球從高度為0.8m的桌面水平拋出,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式h=12gt2,解得t=0.4s,頻閃儀每秒頻閃25次,頻閃周期T=125s=0.04s,故最多可以得到小球在空中運(yùn)動位置的個數(shù)為tT(4)如圖x0、y0分別表示水平和豎直方向,設(shè)該同學(xué)作出的y軸與y0軸間的夾角為θ,建立坐標(biāo)系存在兩種情況,如圖所示.當(dāng)建立的坐標(biāo)系為x1、y1時,則沿x1軸方向做勻減速運(yùn)動,根據(jù)逐差法計算加速度有x2-2x1=-gsinθ(2T)2,沿y1軸方向有y2-2y1=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=2x1-x2y2-2y1,當(dāng)建立的坐標(biāo)系為x1'