1、1专题限时训练 13 力学实验与创新时间：45 分钟1(2018武汉华师一附中模拟)为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实验装置，小车总质量用 M 表示(乙图中 M 包括小车与传感器，丙图中 M 包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用 m 表示(1)为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是( BC )A三组实验中只有甲需要平衡摩擦力B三组实验都需要平衡摩擦力C三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量 m 远小于小车的总质量 M 的条件D三组实验都需要满足所挂钩码的总质量 m 远小于小车的总质量
2、M 的条件(2)若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为 a， a g， g 为当地重力加速度，则乙、丙两人实验时所用小车总质量之比为1312 ，乙、丙两人实验用的钩码总质量之比为 12.解析：(1)为了便于测量合外力的大小，甲图通过钩码的总质量对应的重力即为合外力，而乙图是力传感器的示数，丙图则是测力计的 2 倍，因此它们都必须平衡摩擦力，故 A 错2误，B 正确；由于甲图通过钩码的总质量对应的重力即为合外力，因此三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量 m 远小于小车的总质量 M 的条件，故 C 正确，D 错误(2)根据牛顿第二定律，则有： F M
3、 乙 a,2F M 丙 a；因此乙、丙两人实验时所用小车总质量之比为 12；由牛顿第二定律，对砝码进行研究，则有 m 乙 g F m 乙 a，而 m 丙g F m 丙 2a，因 a g，解得 m 乙 m 丙 12 ；即乙、丙两人实验用的钩码总质量之比为1312.2小白用如图所示的装置验证“力的平行四边形定则” ，其部分实验操作如下(1)请完成下列相关内容：a在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O.b卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套 AO、 BO 的方向及两弹簧测力计相应的读数图中 B 弹簧测力计的读数为11.40 N.c小白在坐标纸上
4、画出两弹簧拉力 FA、 FB的大小和方向如图所示，请你用作图工具在图中坐标纸上作出 FA、 FB的合力 F.d已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力 F 如图所示e最后观察比较 F 和 F，得出结论答案：图见解析(2)本实验采用的科学方法是 C.A理想实验法 B控制变量法C等效替代法 D建立物理模型法解析：b.图中 B 弹簧测力计的读数为 11.40 N；c.图线如图：33如图甲所示，某组同学借用“探究 a 与 F、 m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据
5、打出的纸带判断小车是否做匀速直线(或匀速)运动(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带纸带上 O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为 0.1 s 的相邻计数点 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G.实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为 0.2 kg.请计算小车所受合外力做的功 W 和小车动能的变化 Ek.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).OB OC OD OE OFW/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 0.111_5 Ek/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7 0.110_5分析上述数
6、据可知：在实验误差允许的范围内 W Ek，与理论推导结果一致(3)实验前已测得托盘质量为 7.7103 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 0.015 kg(g 取 9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)解析：(1)若已平衡摩擦力，则小车在木板上做匀速直线运动4(2)从纸带上的 O 点到 F 点， W F 0.20.557 5 J0.111 5 J，打 F 点时速度OFvF m/s1.051 m/s， Ek Mv 0.21.0512 J0.110 5 J.BG2T 0.667 7 0.457 50.2 12 2F 12(3)打 B 点时小车的速度为 vB m/s0.655 5
7、m/s，所以小车AC2T 0.286 1 0.155 00.2的加速度 a m/s20.99 m/s 2.vF vB4T 1.051 0.655 540.1小车所受的拉力 F( m0 m)(g a)，所以盘中砝码的质量 m m0Fg akg0.015 kg.(0.29.8 0.99 7.710 3)4如图甲为某一同学探究功与速度变化关系的实验图，在水平台面上放一长木板，板的右端有一个定滑轮，细绳一端连接小车，另一端跨过定滑轮，连接装有砝码的托盘，将小车同纸带移近打点计时器，由静止释放托盘，每次托盘下落高度一定，木板足够长，小车没有碰到右侧滑轮(小车在碰到右侧滑轮之前，托盘已经着地)，将小车中的
8、砝码依次移至托盘中，释放托盘，多次实验打下纸带，实验中小车质量为 M，托盘质量为 m0，每个砝码的质量也为 m0，所有砝码与托盘的总质量为 m，托盘下落的高度为 h，当地重力加速度为 g.(1)减小实验误差，实验操作中先将长木板放置在水平桌面上，接下来再进行一项调节是 B.(填正确答案标号)A将长木板一端垫高，释放空托盘让其拖动小车拉着纸带运动并打点，判断小车是否做匀速运动B将长木板一端垫高，撤除细绳，用手拨动小车后让其拉着纸带运动并打点，判断小车是否做匀速运动C将长木板一端垫高，撤除细绳，让小车自行下滑拉着纸带并打点，然后判断小车是否做匀加速运动D每移动一次砝码，小车对木板的压力都不同，导致
9、摩擦力不同，所以都应平衡一次摩擦力(2)实验中，用不同数目的砝码拉动小车拖动纸带图乙是一条实验纸带， O 为初始点，5纸带上的点为打点计时器打下的原始点，则对纸带上的数据处理正确的是 C(填正确答案标号)A选取 OA 间距，求 OA 间的平均速度B选取 DE 间距，求 DE 间的平均速度C选取 DG 间距，求 DG 间的平均速度D选取 AG 间距，求 AG 间的平均速度(3)实验对多次做功的定量记录和对纸带的分析，探究功与速度的变化的关系，在数据处理时采用了图象法处理，纵轴为小车最大速度的平方 v2，横轴为 n(托盘中的砝码个数 n码 n1)，得到图丙，图线为过原点的倾斜直线，说明做功与速度变
10、化的关系是合外力做的功与速度的平方成正比，图线斜率的表达式 k .2m0ghM m解析：(1)为了使细绳对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细绳与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤除细绳，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，即平衡摩擦力，故 A、C 错误，B 正确；平衡摩擦力只需要平衡一次，每移动一次砝码，不需要重新平衡摩擦力，故 D 错误(2)我们要求出最后匀速运动时的速度，所以选取后面点迹比较均匀的 DG 段，求 DG 间的平均速度，故 C 正确，A、B、D 错误
11、(3)对小车、砝码以及托盘整体，根据动能定理得：(n1) m0 m0gh (m M)v2126整理得： v2 n，2m0ghM m若 v2n 图线为过原点的倾斜直线，则说明合外力做的功与速度的平方成正比， v2n 图线斜率的表达式为：k .v2n 2m0ghM m5(2018全国卷)某同学用图甲所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小某次实验所得数据在表中给出，其中 f4的值可从图乙中弹
12、簧秤的示数读出砝码的质量 m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25滑动摩擦力 f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93回答下列问题：(1)f42.75 N；(2)在图丙的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出 fm 图线；7答案：如图所示(3)f 与 m、木块质量 M、木板与木块之间的动摩擦因数 及重力加速度大小 g 之间的关系式为 f (M m)g， fm 图线(直线)的斜率的表达式为 k g ；(4)取 g9.80 m/s 2，由绘出的 fm 图线求得 0.40.(保留 2 位有效数字)解析：(1)对弹簧秤进行读数得 2.75 N(2)在图象上添加(0.05 kg, 2.15 N)、(0.20 kg, 2.75 N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答图所示(3)由实验原理可得 f (M m)g, fm 图线的斜率为 k g .(4)根据图象求出 k3.9 N/kg，代入数据得 0.40.
