1、1第一部分 专题六 第 1 讲 力学实验一、计算题1(2018全国卷)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为 L 的木尺上端，让木尺自然下垂乙把手放在尺的下端(位置恰好处于 L 刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺。(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为 L1，重力加速度大小为 g，则乙的反应时间为_(用 L、 L1和 g 表示)。(3)已知当地的重力加速度大小为 g9.8 m/s2， L30.0 cm， L110.4 cm.乙的反应时间为_s。(结果保留 2 位有效
2、数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_。解析 根据题述，在乙的反应时间 t 内，尺子下落高度 h L L1，由自由落体运动规律可知， h gt2，解得 t 。代入数据得 t0.20 s。12 2(L L1)g答案 (2) (3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近2(L L1)g尺子(答出一条即可)2(2017全国卷)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。图 6121实验步骤如下：如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面
3、的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t；用 s 表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示)， 表示滑块在挡光片遮住光线v的 t 时间内的平均速度大小，求出 ；v2将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤、；多次重复步骤利用实验中得到的数据作出 t 图，如图(c)所示v(c)完成下列填空：(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则 与 vA、 a 和 t 的关系式为 _。v v(2)由图(c)可求得 vA_cm/s，
4、a_cm/s 2。(结果保留三位有效数字)解析 (1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得 t vA t a( t)2，则 vA a t。v12 v 12(2)由 vA a t 结合题图(c)可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为 vA，将图线延v12长与纵轴相交，得 vA52.1 cm/s，图线的斜率等于 a，即 a cm/s2，求12 12 53.60 52.120.18得 a16.4 cm/s 2。答案 (1) vA t (2)52.1 16.4a23(2016全国卷)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图6122 所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹
5、簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图 61223(1)实验中涉及下列操作步骤；把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_。(填入代表步骤的序号)(2)图 6123 中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz。由 M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s。比较两纸带可知，_(填“ M”或“ L”)纸带对
6、应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图 6123解析 (1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，再接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑动，因此步骤为。(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此 M 纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 v 1.29 m/s。由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推开物块2.5810 2 m0.02 s后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此 M 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。答案 (1) (2)1.29 M4(2017全国卷)某探究小组做“验证
7、力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴为 y 轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图 6124(a)所示。将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点(位于图示部分之外)，另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O，此时拉力 F 的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示， F 的大小为_N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将 P 端拉至 O 点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的
8、示数读出两个拉力的大小分别为 F14.2 N 和 F25.6 N。用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 为作用点，在图(a)中画出力 F1、 F2的图示，4然后按平行四边形定则画出它们的合力 F 合 ；图 6124 F 合 的大小为_N， F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为_。若 F 合 与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。解析 (1)由测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N。(2)利用平行四边形定则作图；由图可知 F 合 4.0 N，从 F 合 的顶点向 x 轴和 y 轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为 1 mm，
9、顶点的纵坐标长度为 20 mm，则可得出 F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为0.05。答案 (1)4.0 (2) F1、 F2和 F 合 如图所示 4.0 0.055(2018银川一模)物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小 F和弹簧长度 l 的关系如图 6125 所示，则由图线可知：5图 6125(1)弹簧的劲度系数为_N/m。(2)为了用弹簧测定两木块 A 和 B 间的动摩擦因数 ，两位同学分别设计了如图6125 所示的甲、乙两种方案。为了用某一弹簧测力计的示数表示 A 和 B 之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案_更合理。若 A 和 B 的重力分别为 10.0 N 和 2
10、0.0 N。当 A 被拉动时，弹簧测力计 a 的示数为6.0 N， b 的示数为 11.0 N， c 的示数为 4.0 N，则 A 和 B 的动摩擦因数为_。解析 (1)由图读出，弹簧的弹力 F0 时，弹簧的长度为 L020 cm，即弹簧的原长为 20 cm，由图读出弹力为 F060 N，弹簧的长度为 L040 cm，弹簧伸长的长度x0 L L0402020 cm0.2 m；由胡克定律得弹簧的劲度系数为 k 300 Fx0 600.2N/m；(2)甲乙两种方案，在拉着物体 A 运动的过程中，拉 A 的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不是很准，弹簧测力计 a 是不动的，指针稳定，
11、便于读数，故甲方案更合理；由于弹簧测力计 a 示数为 6.0 N，所以 A、 B 间的动摩擦因数 0.30。fmBg 620答案 (1)300 (2)甲 (3)0.306(2018郑州一模)如图 6126 甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。6图 6126(1)为完成实验，还需要的器材有_。A米尺 B06 V 直流电源C秒表 D06 V 交流电源(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下 D 点时重物的速度大小为 _m/s。(结果保留三位有效数字)(3)采用
12、重物下落的方法，根据公式 mv2 mgh 验证机械能守恒定律，对实验条件的要12求是_，为验证和满足此要求，所选择的纸带第 1、2 点间的距离点接近_。(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出 v2 h 图像如图丙所示，则图线斜线的物理意义是_。解析 (1)通过打点计时器计算时间，故不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故选 AD。(2)由图可知 CE 间的距离为： x19.4112.407.01 cm0.0701 m；则由平均速度公式可得， D 点的速度 vD m/s1.75 m/s；x2T 0.070 10.04(3)用公式 mv2 mgh 时，对
13、纸带上起点的要求是重锤是从初速度为零开始，打点计时12器的打点频率为 50 Hz，打点周期为 0.02 s，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物7下落的高度 h gT2 9.80.022 m2 mm，所以所选的纸带最初两点间的距离接近 2 12 12mm。(4)由机械能守恒 mgh mv2得 v22 gh，由此可知：图像的斜率 k2 g。12答案 (1)AD (2)1.75 (3)重物的初速度为零 2 mm (4)当地重力加速度的 2 倍7(2018长沙一模)某同学用探究动能定理的装置测滑块的质量 M。如图 6127甲所示，在水平气垫导轨上靠近定滑轮固定一个光电门。让一带有遮光片的滑块自某一
14、位置由静止释放，计时器可以显示出遮光片通过光电门的时间 t(t 非常小)，同时用米尺测出释放点到光电门的距离 s。图 6127(1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度 d 如图乙所示，则 d_mm。(2)实验中多次改变释放点，测出多组数据，描点连线，做出的图像为一条倾斜直线，如图丙所示。图像的纵坐标 s 表示释放点到光电门的距离，则横坐标表示的是_。A t B t2 C. D.1t 1t2(3)已知钩码的质量为 m，图丙中图线的斜率为 k，重力加速度为 g，根据实验测得的数据，写出滑块质量的表达式 M_。(用字母表示)解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数为 1.5 mm，根据图读数为 37.9
15、0.01 mm，则最终读数为 1.879 mm。(2)滑块通过光电门的瞬时速度 v ，根据动能定理得： mgs (m M)v2 (m M) ，dt 12 12 d2t2解得： s ，因为图线为线性关系图线，可知横坐标表示 ，故选 D。(m M)d22mgt2 1t2(3)根据 s 知，图线的斜率为： k d2，解得滑块质量 M m。(m M)d22mgt2 m M2mg 2kmgd28答案 (1)1.879 (2)D (3) m2kmgd28(2018广东二模)某实验小组设计了如图 6128 甲所示实验装置，探究滑块运动的加速度 a 和所受拉力 F 的关系。在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了
16、多组实验，将位移传感器和力传感器得到的多组数据输入计算机进行处理，得到了两条 aF 图线，如图乙所示。图 6128(1)实验时，一定要进行的操作是_。A改变托盘中砝码的个数B滑块在轨道水平和倾斜的两种情况下必须在同一位置由静止释放C用天平测出托盘的质量D为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的质量远小于滑块的质量(2)在轨道倾斜的情况下得到的 aF 图线是_(选填“”或“”)。(3)滑块和位移传感器反射部分的总质量 m_kg；滑块和轨道间的动摩擦因数 _。(重力加速度 g 取 10 m/s2)解析 (1)由于探究加速度与合外力的关系，所以应改变物块的合外力，即改变托盘中砝码的个数，故 A 正确
17、；滑块的释放位置对该实验没有影响，不要求每次在同一位置，故B 错误；本题拉力可以由力的传感器测出，不需要用天平测出托盘和砝码的质量，也就不需要使托盘和砝码的质量远小于车的总质量，故 C 错误，D 错误。(2)由图像可知，当 F0 时， a0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高，所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(3)滑块运动的加速度 a 和所受拉力 F 的关系图像斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数，由图形乙得加速度 a 和所受拉力 F 的关系图像斜率 k2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量 m0.5 kg。由图形乙得，在水平轨道上 F1 N 时，加速度9a0，根据牛顿第二定律得 F mg 0，解得 0.2。答案 (1)A (2) (3)0.5 0.2
