1、1专题跟踪训练(十四) 力学实验1(2018安徽省示范高中联考)利用图示装置可以做多个力学实验(1)用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，_(选填“需要”或“不需要”)平衡小车和木板间的摩擦力(2)用此装置做“探究加速度与质量的关系”实验时，改变小车质量后，_(选填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力(3)用此装置做“探究功与动能变化的关系”实验，为了尽可能准确，不挂钩码平衡摩擦力时，小车后面_(选填“需要”或“不需要”)固定纸带解析 (1)用此装置研究匀变速直线运动时，摩擦力并不影响小车做匀变速直线运动，故不需要平衡摩擦力(2)用此装置探究加速度与质量的关系时，改变小车质量，重力沿木板向下
2、的分力仍等于滑动摩擦力，则不需要重新平衡摩擦力(3)利用此装置探究功与速度变化的关系时，为了尽可能准确，平衡摩擦力时不挂钩码，但小车后面需要固定纸带，因为纸带与打点计时器间也有摩擦力答案 (1)不需要 (2)不需要 (3)需要2(2018全国卷)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针2现要测量图(a)中弹簧的劲度系数当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为 1.950 cm；当托盘内放有质量为 0.100 kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻
3、度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_cm.当地的重力加速度大小为 9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留 3 位有效数字)解析 实验所用的游标卡尺最小分度为 0.05 mm，游标卡尺上游标第 15 条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为 3.7 cm150.05 mm3.7 cm 0.075 cm3.775 cm.托盘中放有质量为 m0.100 kg 的砝码时，弹簧受到的拉力 F mg0.1009.8 N0.980 N，弹簧伸长量为 x3.775 cm1.950 cm1.825 cm，根据胡克定律 F kx，解得此弹簧的劲度系
4、数 k 53.7 N/m.Fx答案 3.7750.005 53.70.13(2018全国卷)某同学用图(a)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(b)中弹簧秤的示数读出.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 2.933回答下列问题：(1)f4_N；(
5、2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出 f m 图线；(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_， f m 图线(直线)的斜率的表达式为 k_；(4)取 g9.80 m/s 2，由绘出的 f m 图线求得 _.(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， f m 图线的斜率为 k
6、 g .(4)根据图象求出 k3.9 N/kg，代入数据得 0.40.答案 (1)2.75 (2)如图所示 (3) (M m)g g (4)0.4044(2018石家庄质检(一)小明同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间小明同学进行了如下操作：(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为_mm.(2)该小球质量为 m、直径为 D 现使小球从红外线的正上方 h 处自由下落，记录小球挡光时间 t，已知重力加速度为 g，则小球下落过程中动能增加量的表达式为_；重力势能减少量的表达式为_(用所给字母表示)(3)改变小球下落高度 h，多次
7、重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能的减少量，你认为可能的原因是_(至少写出一条)解析 (1)根据螺旋测微器的读数规则，小球的直径为 15 mm0.220 mm15.220 mm.(2)由于小球直径较小，可以用小球挡光时间内的平均速度代替瞬时速度，根据速度的定义，小球下落 h 高度时速度大小为 v .小球下落过程中动能增加量的表达式为dtE k mv2 m 2.重力势能减少量的表达式为 E p mgh.(3)小球下落过程中动能增加量12 12(dt)总是小于重力势能减少量的可能原因是空气阻力对小球做负功答案 (1)15.220(15.21915.221 均可)5(2)E k m 2
8、E p mgh (3)空气阻力对小球做负功12(dt)5(2018昆明市高三摸底)某小组的同学通过设计如下实验来验证：“在弹性限度内，劲度系数为 k 的轻弹簧从形变量为 x 到恢复原长的过程中，弹力做的功为 W kx2”的结12论(1)部分实验步骤如下：A将一轻弹簧放置在水平气垫导轨的左端，弹簧左端固定，让弹簧处于自然状态在弹簧下面的气垫导轨上水平固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度线与弹簧的左端刚好对齐，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x1，如图甲所示B用弹簧测力计拉着弹簧右端水平向右缓慢移动，当弹簧测力计的示数为 F 时，弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x2，如图乙所示(弹簧的形变在弹性限度
9、内)则此弹簧的劲度系数为_C在水平气垫导轨的右端合适位置安装一个光电门(光电门与弹簧最左端的距离大于x1)，如图丙所示D用天平测得小车(带有遮光条)的质量为 m，用螺旋测微器测得遮光条宽度 d 的结果如图丁所示，则 d_mm.6E把小车置于气垫导轨上，向左推小车使弹簧压缩一段距离(弹簧与小车未拴接)，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x3，如图丙所示(弹簧的形变在弹性限度内)由静止释放小车，测得小车通过光电门时的遮光时间为 t .小车经过光电门时的速度大小为_(用实验中所测物理量的符号表示)(2)在实验误差允许的范围内，若_(用实验中所测物理量的符号表示)，就可验证弹力做的功 W kx2的结
10、论12(3)同学们在实验过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是_A遮光条的宽度越小越好B把气垫导轨左端垫起适当高度来平衡摩擦力C计算弹簧劲度系数时，多次测量取平均值D向左推小车压缩弹簧时，弹簧形变量越大越好解析 (1)由题意知，弹簧的原长为 x1，用弹簧测力计拉着弹簧缓慢向右移动至 x2位置时，弹簧伸长了 x x2 x1，根据胡克定律有 F kx k(x2 x1)，因此弹簧的劲度系数为 k ；螺旋测微器的读数由两部分构成，即固定读数可动读数，所以Fx2 x1d2.5 mm17.00.01 mm2.670 mm；由于遮光条较窄，因此可以用小车通过遮光条的平均速度来代替通过光电门的瞬时速
11、度，所以有 v .(2)小车的动能是由弹性势能转化d t而来，由能量守恒知，在实验误差允许的范围内，若 (x1 x3)2 m 2，则说12 Fx2 x1 12(d t)明弹力做的功为 W kx2.(3)遮光条的宽度适当的小有利于减小实验误差，但并不是越小12越好，因为宽度太小会导致测量误差增大，选项 A 错误；应用气垫导轨时不需要再平衡摩擦力，选项 B 错误；计算弹簧的劲度系数时，多次测量有利于减小实验误差，选项 C 正确；在实际操作时，向左推小车压缩弹簧时，弹簧形变量太大，弹簧可能无法完全恢复原状，选项 D 错误答案 (1)B D2.670 E. Fx2 x1 d t(2) (x1 x3)2
12、 m 2 (3)C12 Fx2 x1 12(d t)76现利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律在图甲中，气垫导轨上有 A、 B 两个滑块，滑块 A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块 B 左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg，滑块 B 的质量 m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm，打点计时器所用交流电的频率 f50.0 Hz.将光电门固定在滑块 B 的右侧，启动打点计时器，给滑块 A 一向右的初速度，使它与B 相碰碰后光电计时器显示的时间为 t B3
13、.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图乙所示若实验允许的相对误差绝对值(| |100%)最大为 5%，本实验是否碰 撞 前 后 总 动 量 之 差碰 前 总 动 量在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程解析 按定义，滑块运动的瞬时速度大小 v s t式中 s 为物块在很短时间 t 内走过的路程设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 t A，则t A 0.02 s1ft A可视为很短设滑块 A 在碰撞前后瞬时速度大小分别为 v0、 v1.将式和题图乙所给实验数据代入式得 v02.00 m/s，v10.970 m/s设滑块 B 在碰撞后的速度大小为 v2，由式有 v2 d tB8代入所给实验数据得v22.86 m/s设两滑块在碰撞前后的总动量分别为 p 和 p，则 p m1v0，p m1v1 m2v2两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 p 100%|p pp |联立式并代入有关数据，得 p1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律答案 见解析
