1、1课时作业 12 力学实验与创新1为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动，某同学设计了如图甲所示的实验，由静止释放小车，小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动打点计时器打下的纸带如图乙所示，计时点 0 为打下的第一个点，该同学在测出计时点 2、3、4 到计时点 0 的距离 x1、 x2、 x3后，将纸带由图示位置剪断，将每段纸带的下端对齐，依次并排粘贴在直角坐标系中，连接各段纸带上端的中点画出平滑曲线如图丙所示对该实验结果的研究可知：(1)在有橡皮条弹力作用时，小车做加速度_的直线运动A不断减小B不断增大C先增大后减小D先减小后增大(2)设打点周期为 T，则由纸带测量数据可估算小车的最大
2、速度 vm_，该估算值_(选填“等于” 、 “大于”或“小于”)小车最大速度的实际值解析：(1)由于相邻两个计时点之间的时间间隔相同，纸带的宽度相同，粘贴在如图丙的坐标系中的纸带形成的平滑曲线相当于速度时间图象，根据速度时间图象的斜率表示加速度，可知小车做加速度先减小后增大的直线运动(2)题图丙中最长的纸带对应的速度最大，小车的最大速度 vm .由于采用平均速度代替瞬时速度，在该段纸带中某x2 x1T位置小车的速度应该最大，最大速度应该大于按照平均速度计算得出的数值，所以该估算值小于小车最大速度的实际值2答案：(1)D (2) 小于x2 x1T22018天津卷，9(2)某研究小组做“验证力的平
3、行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为 5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B重复实验再次进行验证时，结点 O 的位置可以与前一次不同C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置 O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示其中对于提高实验精度最有利的是
4、_解析：A 错：两绳套拉力的合力不一定沿角平分线B 对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉像皮条结点 O 的位置相同，不同次实验结点 O 的位置可以不同C 对：为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度D 错：合力可以比分力大，也可以比分力小为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些故选 B.答案：BC B3某同学现要测定当地的重力加速度，实验装置如图甲所示，质量为 M 的滑块放在气垫导轨上，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有 6 个钩码，每个钩码的质量为m，且 M4 m，已知挡光片的宽度为 d，挡光
5、片距光电门的距离为 L.实验步骤如下：3将气垫导轨调至水平，打开气源，将滑块由静止释放，测出滑块上的挡光片通过光电门的时间；取一个钩码置于滑块上，然后重复实验步骤；重复实验步骤，直到 6 个钩码全部置于滑块上为止在该同学的实验中，每次移动钩码后都从同一位置释放滑块，设悬挂钩码的个数为 n时挡光片通过光电门的时间为 t，根据所测数据绘出 n 的图象如图乙所示，若图线斜率1t2为 k，则当地重力加速度 g_(用题中字母表示)解析：当悬挂钩码的个数为 n 时，滑块通过光电门的速度 v ，根据 v22 aL，得dt2 aL，此时系统的加速度 a ，代入解得 n ，图线的斜率 k ，解得d2t2 nmg
6、10m ng10 5d2gLt2 5d2gLg .5d2kL答案：5d2kL4某同学设计利用如图所示的实验装置来进行“探究功与速度的变化关系”的实验，斜槽倾斜部分可自由调节，将一木板竖直放置并固定，木板到斜槽末端 O 的距离为 s，使小物块从斜槽上某点由静止释放，小物块从 O 点做平抛运动击中木板时下落的高度为 y.(1)小物块离开 O 点的速度为_(2)为了测出小物块与轨道之间的摩擦力所做的功，可将斜槽慢慢调节至小物块能在斜槽上做匀速直线运动，记下此时斜槽倾角为 ，则小物块与斜槽间的摩擦因数4 _.取斜槽上某点为标记点，标记点到 O 点的水平距离为 x，则小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做
7、的功 Wf_(小物块与各接触面间摩擦因数相同)(3)抬高斜槽，保持标记点与 O 点的水平距离 x 不变，将小物块在标记点处由静止滑下，多次重复实验可以得出，小物块从标记点到 O 点的过程中重力做的功 W 与 y 的关系式应为_解析：(1)根据平抛运动规律得 s v0t， y gt2，联立解得 v0 .12 gs22y(2)小物块能在斜槽上做匀速直线运动，根据平衡条件得 mgsin mg cos ，解得 tan .取斜槽上某点为标记点，标记点到 O 点的水平距离为 x，设轨道水平部分长度为 x1，小物块在斜槽轨道上做匀速直线运动，克服摩擦力做功为 Wf1，由动能定理可得，mg(x x1)tan
8、Wf10，小物块在水平轨道上运动，克服摩擦力做功Wf2 mgx 1 mgx1tan ，则小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功Wf Wf1 Wf2 mgxtan .(3)由小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功 Wf Wf1 Wf2 mgxtan 可知，克服摩擦力做功只与水平位移 x 有关，对小物块从标记点运动到 O 点的过程，由动能定理得W Wf mv ，而 v0 ，解得 W mgxtan mgs2 .12 20 gs22y 14 1y答案：(1) (2)tan mgxtan (3) W mgxtan mgs2gs22y 14 1y5甲、乙两同学均设计了测量动摩擦因数的实验已知重力加速度
9、为 g.(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中 A 为置于水平面上的质量为 M 的长直木板，B 为木板上放置的质量为 m 的物块， C 为物块右端连接的一轻质弹簧测力计，连接弹簧的细绳水平实验时用力拉动 A，当 C 的示数稳定后( B 仍在 A 上)，读出其示数 F，则该设计能测出_(填“ A 与 B”或“ A 与地面”)之间的动摩擦因数，且 _.(2)乙同学的设计如图乙所示他在一端带有定滑轮的长木板上固定 A、 B 两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面上，物块与滑轮间的细
10、绳水平实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门 A 处由静5止开始运动，读出多组测力计示数 F 及对应的物块在两光电门之间的运动时间 t；在坐标系中作出的 F 图线如图丙所示，图线的斜率为 k，与纵轴的截距为 b.因乙同学不能测1t2出物块质量，故该同学还应该测出的物理量为_(填所测物理量及其符号)根据所测物理量及图线信息，可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为 _.解析：(2) F mg ma， x at2，得 F mg m ，结合图象可得12 2xt2b mg ， k2 mx，解得 .2xbkg答案：(1) A 与 B Fmg(2)光电门 A、 B 之间的距离 x 2xbk
11、g6某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来验证动量守恒定律，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块 b 的右端有强粘性的胶水图中滑块 a 和挡光片的总质量为m10.620 kg，滑块 b 的质量为 m20.410 kg，实验步骤如下：按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块 a 置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的时间_；将滑块 b 置于两光电门之间，将滑块 a 置于光电门 1 的右端，然后将滑块 a 水平压缩弹簧，滑块 a 在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门 1 后继续向左滑动并与滑块 b发生碰撞；两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门 2
12、；实验后，分别记录下滑块 a 通过光电门 1 的时间 t1，两滑块一起通过光电门 2 的时间 t2.(1)完成实验步骤中所缺少的内容(2)实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度 d 如图乙所示，则 d_cm.(3)设挡光片通过光电门的时间为 t，则滑块通过光电门的速度可表示为v_(用 d， t 表示)(4)实验中测得滑块 a 经过光电门 1 的速度为 v12.00 m/s，两滑块经过光电门 2 的速度为 v21.20 m/s，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后6的总动量分别为 p1_ kgm/s， p2_ kgm/s(结果均保留三位小数)解析：(1)在步骤中气垫导轨安装时应
13、保持水平状态，滑块在轨道上应做匀速直线运动，故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等(2)游标卡尺的主尺读数为 15 mm，游标尺读数为 0.0510 mm0.50 mm，所以挡光片的宽度为 d15 mm0.50 mm15.50 mm1.550 cm.(3)由于挡光片的宽度比较小，故滑块通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度，故滑块通过光电门的速度可表示为v .d t(4)两滑块相互作用前系统的总动量为 p1 m1v10.6202.00 kgm/s1.240 kgm/s.两滑块相互作用后系统的总动量为 p2( m1 m2)v2(0.6200.410)1.20 kgm/s1.236 kgm/s.答案：(1)相等 (2)1.550 (3) (4)1.240 1.236d t
