2力學創(chuàng)新性實驗

2力學創(chuàng)新性實驗1.(2023·湖南岳陽模擬)某學校物理興趣小組用如圖甲所示的阿特伍德機驗證牛頓第二定律,并測量當地的重力加速度。繞過定滑輪的輕繩兩端分別懸掛質量相等的重物A(由多個相同的小物塊疊放組成)和重物B。主要實驗步驟如下:①用天平分別測量一個小物塊的質量和B的質量m;②將A中的小物塊取下一個放在B上,接通打點計時器的電源后,由靜止釋放B,取下紙帶,算出加速度大小,并記下放在B上的小物塊的質量;③重復步驟②,獲得B上面的小物塊的總質量Δm和對應加速度大小a的多組數據。(1)某次實驗打出的紙帶如圖乙所示,相鄰兩計數點間還有四個計時點未畫出,已知打點計時器所用交流電源的頻率為50Hz,則本次實驗中A的加速度大小為m/s2(結果保留3位有效數字)。

(2)利用本裝置驗證牛頓第二定律。若在誤差允許的范圍內,滿足重物A的加速度大小a=(用m、Δm和當地的重力加速度大小g表示),則牛頓第二定律得到驗證。

(3)利用本裝置測量當地的重力加速度。根據放在B上面的小物塊的總質量Δm和對應加速度大小a的多組數據,以Δm為橫坐標,a為縱坐標作出aΔm圖像。若圖線的斜率為k,則當地的重力加速度大小可表示為g=(用k、m表示)。

解析:(1)根據題意可知,交流電源的頻率為50Hz,相鄰兩計數點間還有四個計時點未畫出,則相鄰計數點間的時間間隔為T=0.1s,由逐差法有(164.946.046.0)×103=a(3T)2,解得a=0.810m/s2。(2)根據牛頓第二定律,對A、B組成的系統(tǒng)有(m+Δm)g(mΔm)g=2ma,解得a=gΔ(3)由(2)的結果變形可得a=gm·Δm,則有k=g答案:(1)0.810(2)gΔ2.(2023·湖南株洲二模)某同學發(fā)現用傳統(tǒng)的儀器驗證機械能守恒定律存在較大誤差,他設計了一個實驗裝置驗證機械能守恒定律,如圖a所示,用一個電磁鐵吸住重物,在重物上固定一擋光片,擋光片正下方有一光電門,可以測出擋光片經過光電門的時間,重物下落過程中擋光片始終保持水平,該同學按照以下步驟進行實驗:(1)給電磁鐵通電,將質量為m(含擋光片)的重物放在電磁鐵下端,并保持靜止。(2)測出擋光片中心到光電門中心(光源處)的豎直距離h。(3)測量時,應(選填“A”或“B”,其中A為“先電磁鐵斷電,讓重物由靜止開始下落,后接通數字計時器”;B為“先接通數字計時器,后電磁鐵斷電,讓重物由靜止開始下落”)。光電門記錄擋光片擋光的時間Δt。

(4)測出擋光片的尺寸如圖b所示,則擋光片經過光電門時的速度大小可表示為(用上述測量的物理量符號表示),根據這個表達式算出的擋光片經過光電門時的速度比擋光片中心通過光電門中心的實際速度偏(選填“大”或“小”)。

(5)利用實驗數據驗證機械能守恒定律,已測得當地重力加速度大小為g,如果重物的機械能守恒,應滿足的關系式為(用實驗中測得的物理量符號表示)。

解析:(3)重物下落比較快,先電磁鐵斷電,讓重物由靜止開始下落,后接通數字計時器,可能重物通過光電門時,數字計時器沒有正常工作,故應先接通數字計時器,后電磁鐵斷電,讓重物由靜止開始下落,故B正確。(4)重物通過光電門的時間比較短,可以用擋光片經過光電門時的平均速度替代擋光片中點經過光電門的速度,則v=dΔ根據圖像可知擋光片經過光電門時的速度v比擋光片中心通過光電門中心的實際速度v′偏小。(5)以光電門處為零勢能參考平面,下落時的機械能為mgh,則如果重物的機械能守恒,應滿足的關系式為mgh=12m(dΔt)2,即2gh=(d答案:(3)B(4)dΔt小(5)2gh=(d3.(2023·河北石家莊二模)某探究性實驗小組用如圖1所示的實驗裝置來測量重力加速度。他們將兩個完全相同的圓柱形小磁鐵疊放在一起并用細線懸掛起來構成一個能在豎直平面內擺動的單擺。在細線的懸掛點正下方放有一根與小磁鐵擺動平面垂直的粗直導體棒,導體棒通過導線與電流傳感器一起構成一個閉合回路。當小磁鐵擺動時,在回路中就會產生感應電流,電流傳感器可以通過計算機記錄相應的電流隨時間變化的圖像,如圖2所示。(1)某同學用20分度的游標卡尺測量一個圓柱形小磁鐵的厚度,讀數如圖3所示,則其厚度d=cm,另一同學用卷尺測得細線懸掛點到與小磁鐵的連接點之間的長度為l=99.67cm。

(2)圖2中圖線上(下)方標出的數據分別表示的是感應電流取極值時對應的時刻,由圖可知,小磁鐵擺動的周期為T=s(結果保留2位小數),進一步計算重力加速度g的表達式為(用題目所給的符號表示)。

解析:(1)小磁鐵的厚度d=3mm+6×0.05mm=0.330cm。(2)感應電流連續(xù)兩個最大值(或最小值)對應的時間差等于小磁鐵擺動的周期T=14×[(2.290.29)+(4.302.29)+(3.301.29)+(5.303.30)]s≈2.01s,根據T=2πl(wèi)+d答案:(1)0.330(2)2.01g=44.(2023·山東威海一模)用如圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律。實驗步驟如下:①用繩子將質量為mA和mB的小球A和B懸掛在天花板上,兩繩長相等;②在A、B兩球之間放入少量炸藥,引爆炸藥,兩球反方向擺起,用量角器記錄兩球偏離豎直方向的最大夾角分別為α、β;③多次改變炸藥的量,使得小球擺起的最大角度發(fā)生變化,記錄多組α、β值,以1cosα為縱軸,1cosβ為橫軸,繪制(1cosα)(1cosβ)圖像,如圖乙所示?；卮鹣铝袉栴}。(1)若兩球動量守恒,應滿足的表達式為(用mA、mB、α、β表示)。

(2)圖乙中(1cosα)(1cosβ)圖像的斜率為k,則A、B兩球的質量之比為。

(3)若本次實驗存在一定的誤差,請分析可能的原因。

解析:(1)設繩長為L,對A、B球爆炸后由動能定理得mAg(LLcosα)=012mAv12,mBg(LLcosβ)=012mBv22,由動量守恒定律得mAv1=mBv2,聯立解得m(2)整理mA1-cosα=mB1-cosβ,可得1cosα=(mBmA)2(1cosβ),所以(1cosα)(1cosβ)圖像的斜率k=((3)若