1、1“追根溯源”智取创新实验学会迁移1将一长为 L、质量为 m 的均匀杆绕一端无摩擦地转动，当转动角速度为 时，杆具有一定的动能 Ek，关于动能 Ek的大小同学们有如下猜想。甲同学：把杆当成位于其重心处的质量为 m 的质点，可能是 Ek m 2 m 2L212( L2) 18乙同学：根据动能的平均值计算，可能是 Ek m m 2L212 2L2 02 14丙同学：可能是 Ek m 2L216为了验证猜想，设计了如图甲所示的实验。质量为 m 的均匀长直杆一端固定在光滑转轴 O 处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端 A 经过某位置时的瞬时速度 vA，并记下该位置与转轴 O 的高度 h。(1)
2、用游标卡尺测得杆的直径 d 如图乙所示，则 d_， A 端通过光电门的时间为 t，则 A 端通过光电门的瞬时速度 vA的表达式为_。(2)调节 h 的大小并记录对应的速度 vA，建立 vA2h 坐标系，并将实验数据在坐标系中描出，如图丙所示，试在图丙中绘出 vA2和 h 的关系曲线，可得 vA和 h 的关系式为_。(3)当地重力加速度 g 取 10 m/s2，结合图像分析，可得_(选填“甲” “乙”或“丙”)同学的猜想是正确的。解析：(1)游标卡尺的主尺刻度读数为 10 mm，游标尺读数为 0.054 mm0.20 mm，所以最终读数为 10 mm0.20 mm10.20 mm1.020 cm
3、；根据速度定义式可得 vA 。dt2(2)连线如图，从图中可以看出， vA2与 h 是线性关系， vA230 h m2/s2。(3)根据机械能守恒定律可得 Ek mgh，再根据图像可得 vA230 h m2/s2，联立解得12Ek mvA2 m 2L2，即丙同学的猜想是正确的。16 16答案：(1)1.020 cm vA (2)见解析图 vA230 h m2/s2 (3)丙dt2某实验小组用如图 1 所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、 B 放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连。两条纸
4、带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验。请回答以下问题：(1)如图 2 为小车 A 后面的纸带，纸带上的 0、1、2、3、4、5、6 为每隔 4 个计时点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图中标注，单位为 cm。打点计时器所接电源的频率为 50 Hz，则小车 A 的加速
5、度 a1_m/s 2(结果保留两位有效数字)。同样测出小车B 的加速度 a2，若 a1 a2近似等于_，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值。只测量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离 x1、 x2，也能完成实验探究，若 x1 x2近似等于_，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是_。3(3)下列操作中，对减小实验误差有益的是_。A换用质量大一些的钩码B换用质量大一些的小车C调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行D平衡小车运动过程中受到的摩擦力时，将细线与小车连接起来解析：(1)由题图 2 可知，小
6、车 A 的加速度 a1 ，式中x6 x5 x4 x3 x2 x19T2T0.1 s，代入数据可得： a10.48 m/s2，由题图 1 可知，小车 B 受的拉力等于小车 A 所受拉力的 2 倍，测出小车 B 的加速度 a2，如果 a1 a212，就可以说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(2)小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个点对应小车的运动时间相等，由 xat2可知， x 与 a 成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比较 x1与 x2的比值近似12等于 12，就能验证质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(3)换用质量更大一些的钩码，可减小实验的相对阻力，使得测量更
7、准确，故 A 正确；换用质量大一些的小车，会增大阻力，加大误差，故 B 错误；调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行，可减小实验的误差，故 C 正确；平衡小车运动时受到的摩擦力时，只让小车拖着纸带运动，而不应连接细线，故 D 错误。答案：(1)0.48 12 (2)12 由 x at2可知，当时间 t 相等时，位移与加速度12成正比 (3)AC3现要用图甲完成“验证力的平行四边形定则”实验：把白纸固定在竖直放置的木板上，白纸上画有一些同心圆，相邻两圆之间的距离为 r，圆心 O 距第一个圆的距离为r， A、 B 为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。 CO 为竖直方向的一基准线。(1)
8、完成下列主要实验步骤所缺的内容：用一细绳系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在 C 点，橡皮筋的另一端连接两条细绳，跨过 A、 B 滑轮后各拴一细绳套，分别挂上 3 个钩码和 4 个钩码(每个钩码重 1 N)，4如图乙所示，适当调整 A、 B 滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于 O 点处，记下_和两条细绳的方向，取下钩码；再用一弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至 O 处，如图丙所示，记下弹簧测力计的读数 F_N。(2)若相邻两圆环之间的距离表示 1 N，该同学已经在图丁中作出两条细绳的拉力 F1和 F2。请按力的图示画法在图中作出 F1和 F2的合力 F 及拉力 F的图示
9、。(3)对比 F 和 F的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是_。(填一个原因)(4)在步骤中“适当调整 A、 B 滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于 O点处”的目的是_。解析：(1)本实验中用钩码所受的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳上钩码的个数，即相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。弹簧测力计的读数F5.0 N。(2)所作的图示如图所示。(3)测量存在误差、作图不准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与细绳之间的摩擦力等。(4)由于 CO 是在竖直方向，适当调整 A、 B 滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于 O 点处，目的是为了使 F1和 F2
10、的合力沿竖直方向。答案：(1)两条细绳上钩码的个数 5.0 (2)见解析图 (3)见解析 (4)使 F1和F2的合力沿竖直方向4(2019 届高三邯郸模拟)如图甲所示，上表面光滑的楔形木块 A 固定在水平放置的压力传感器上。某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小钢球)，记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出压力传感器示数与小钢球质量的关系图像，即 Fm 图像，如图乙所示。重力加速度大小取 9.8 m/s2，完成下列填空：5(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间_(填“相同”或“不相同”)。(2)由图像可得，木块 A 的质量 M_kg(保留两位有效数
11、字)。(3)若斜面倾角为 ，由图像可得，cos 2 _(保留两位有效数字)。解析：(1)根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为： a gsin ，则不mgsin m同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同。(2)当 m0 时，传感器的示数即为木块 A 所受的重力，则有： Mg1.97 N，解得：M kg0.20 kg。1.979.8(3)对小钢球受力分析，根据平衡条件可知， A 对小钢球的支持力 FN mgcos ，根据牛顿第三定律可知，小钢球对 A 的压力为 mgcos ，对 A 受力分析可知，传感器对 A 的支持力 F Mg mgcos cos ，则传感器的示数为 F
12、 Mg mgcos2 ，则 Fm 图像的斜率k gcos2 ，则有： gcos2 3.3，解得：cos 2 0.34。2.30 1.970.1答案：(1)相同 (2)0.20 (3)0.34(0.320.36 均可)5.(2018青岛模拟)如图所示为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：用天平测出两个小球的质量分别为 m1和 m2；安装实验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面 BC 连接在斜槽末端；先不放小球 m2，让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置 P；将小球 m2放在斜槽末端 B
13、处，仍让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球 m1、 m2在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端 B 的距离，图中 M、 P、 N 点是实验过程中记下的小球在斜面的三个落点位置，从 M、 P、 N 到 B 点的距离分别为 sM、 sP、 sN。依据上述实验步骤，请回答下列问题：(1)两小球的质量 m1、 m2应满足 m1_(填“” “”或“m2，否则 m1有可能被反弹回去，此时 M、 N 不可能分别位于 P两侧。(2)由碰撞规律知，碰后 v1 (2) M N (3) m1 m1 m2 (4) m1sP m1sM m2sNsP sM sN6利用气垫
14、导轨研究滑块运动规律，求滑块运动的加速度，实验装置如图甲所示。主要的实验步骤如下：(1)滑块放置在气垫导轨 0 刻度处，在拉力作用下由静止开始加速运动，测量滑块从光电门 1 到光电门 2 经历的时间 t，测量两光电门之间的距离 s。(2)只移动光电门 1，改变 s，多次实验，数据记录如表所示。实验次数 1 2 3 4 5 6s/m 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400t/s 1.03 0.72 0.54 0.41 0.29 0.18/(ms1 )st1.67 1.85 1.95 2.07 2.22(3)根据实验数据计算、描点、作出 t 图像，如图乙所示。st7根据数据分析
15、，回答下列问题：导轨标尺的最小分度为_cm，读出第 1 次实验两光电门之间的距离 s1(如图甲所示)，可得 _m/s。假设 t 图线斜率的绝对值为 k，则滑块运动的加速度大小s1t1 st为_；根据作出的图像，求出本次测量的加速度大小为_m/s 2。解析：根据表格中记录的数据，可知导轨标尺的最小分度为 1 cm。由题图甲可知s1140.0 cm， t11.03 s， 1.36 m/s。设滑块通过光电门 2 时速度为 v0，通过光电s1t1门 1 时速度为 v，滑块做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律， s (v v0)12t， v at v0，联立解得： v0 at，对比 t 图像，斜率的
16、绝对值为 k a，则滑块运st 12 st 12动的加速度大小为a2 k；根据作出的图像可得 k m/s21.08 m/s2，本次测量的加速度大小为2.4 1.11.221.08 m/s22.16 m/s 2。答案：1 1.36 2 k 2.167(2018绵阳南山中学检测)在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验如图甲所示，将质量为 m、直径为 d 的金属小球在一定高度 h 由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间 t，改变小球下落高度 h，进行多次重复实验。(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径 d_。(2)为直观判断小
17、球下落过程中机械能是否守恒，应作_图像。8A ht B h1tC ht2 D h1t2(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，增加释放高度 h 后，两者的差值会_(填“增大” “减小”或“不变”)。解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为 17.5 mm，可动刻度读数为 30.50.01 mm0.305 mm，所以最终读数为 17.5 mm0.305 mm17.805 mm。(2)已知小球挡住红外线的时间和小球的直径，则可以由平均速度表示小球挡住红外线时的速度 v ，减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有： mghdtmv2，即 mgh m 2， h ，为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作 h12 12(dt) d22g 1t2图像，故 D 正确。1t2(3)小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，是因为小球下落过程中受到空气阻力的影响，增加释放高度 h 后，空气阻力的影响增大，故两者的差值会增大。答案：(1)17.805 mm(17.80417.806 mm 均可) (2)D (3)增大
