2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第14講　力學實驗含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第14講力學實驗含答案第14講力學實驗【網絡構建】【關鍵能力】掌握力學基礎實驗,熟悉新課標新增實驗.通過填空、畫圖、問答等方式加以考查,在備考中要立足教材基本實驗,弄透各種實驗儀器的使用方法、實驗步驟、數據處理、誤差分析等基本實驗理論和實驗技能.在掌握基礎實驗上突出創(chuàng)新和變通,新高考下實驗的考查更靈活,從研究對象、測量工具、實驗原理、實驗器材、處理實驗數據方法等方面改變常規(guī)實驗,創(chuàng)設新實驗情景.題型1以“測速度”為核心的實驗測量物體速度常用的4種方法方法主要器材操作相關實驗紙帶法交流電源、打點計時器、刻度尺測出計數點間距,由打出某點前后兩點時間內的平均速度替代打出該點時的速度測量做直線運動物體的瞬時速度,探究加速度與物體受力、物體質量的關系,驗證機械能守恒定律,驗證動量守恒定律等光電門法光電門、螺旋測微器或游標卡尺測出遮光條的寬度及遮光時間,由遮光時間內的平均速度代替物體經過光電門時的速度平拋法豎直平面內末端水平的傾斜或弧形軌道、刻度尺測出物體離開軌道末端后平拋運動的高度與射程,由平拋運動規(guī)律計算初速度驗證動量守恒定律等彈簧、刻度尺、天平探究彈性勢能等圓周法豎直平面內的圓弧軌道、力傳感器、天平等力傳感器測出物體經過軌道最低點時對軌道的壓力,由牛頓運動定律計算物體經過最低點時的速度驗證機械能守恒定律等反過來由機械能守恒定律或動能定理計算最低點的速度探究向心力等【題組演練】1.[2024·甘肅卷]用如圖甲所示實驗裝置探究外力一定時加速度與質量的關系.(1)以下操作正確的是(填選項前的字母).

A.使小車質量遠小于槽碼質量B.調整墊塊位置以補償阻力C.補償阻力時移去打點計時器和紙帶D.釋放小車后立即打開打點計時器(2)保持槽碼質量不變,改變小車上砝碼的質量,得到一系列打點紙帶.其中一條紙帶的計數點如圖乙所示,相鄰兩點之間的距離分別為S1,S2,…,S8,時間間隔均為T.下列加速度算式中,最優(yōu)的是(填選項前的字母).

A.a=17S8-S7T2+S7-S6TB.a=16S8-S62T2+S7-C.a=15S8-S53T2+SD.a=14S8-S44T2(3)以小車和砝碼的總質量M為橫坐標,加速度的倒數1a為縱坐標,甲、乙兩組同學分別得到的1a-M由圖可知,在所受外力一定的條件下,a與M成(選填“正比”或“反比”);甲組所用的(選填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質量比乙組的更大.

2.[2024·江西卷]某小組探究物體加速度與其所受合外力的關系.實驗裝置如圖甲所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼.(1)實驗前調節(jié)軌道右端滑輪高度,使細線與軌道平行,再適當墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力.(2)小車的質量為M1=320g.利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質量m時小車加速度a.鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖乙中圖線①所示.(3)由圖線①可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比.為了進一步探究,將小車的質量增加至M2=470g,重復步驟(2)的測量過程,作出a-F像,如圖乙中圖線②所示.(4)與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間,非線性區(qū)間.再將小車的質量增加至M3=720g,重復步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如下表所示(表中第9~14組數據未列出).

序號12345鉤碼所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36(續(xù)表)序號6789~1415鉤碼所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160…0.300小車加速度a/(m·s-2)1.671.952.20…3.92(5)請在圖乙中補充描出第6至8三個數據點,并補充完成圖線③.(6)根據以上實驗結果猜想和推斷:小車的質量時,a與F成正比.結合所學知識對上述推斷進行解釋:

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3.[2024·河北石家莊模擬]phyphoxapp是一款用途廣泛的傳感器手機軟件.某同學使用手機下載phyphoxapp后設計了一套如圖甲所示的實驗裝置用來驗證機械能守恒定律.實驗過程如下:(1)一鋼尺伸出水平桌面少許,將質量為m=60g的小鋼球放在鋼尺末端;(2)用刻度尺測量鋼尺上表面與水平地板間的高度h=100.00cm;(3)打開手機中的聲音“振幅”(聲音傳感器)app;(4)迅速敲擊鋼尺側面,讓小鋼球自由下落.手機中的傳感器記錄下聲音振幅隨時間變化的曲線,如圖乙所示,第一、第二個尖峰的橫坐標分別對應小鋼球離開鋼尺時刻和落地時刻.測得這兩個尖峰的時間間隔為t=0.46s.(5)當地重力加速度g取9.8m/s2,則下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=J,動能增加量ΔEk=J.據此可以得到實驗結論:在誤差允許的范圍內,小鋼球自由下落過程中機械能守恒.(結果均保留3位有效數字)

題型2其他力學實驗實驗裝置圖實驗操作數據處理探究彈簧彈力與形變量的關系1.應在彈簧自然下垂時,測量彈簧原長l02.水平放置時測原長,圖線不過原點的原因是彈簧自身有重力1.作出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線,斜率表示彈簧的勁度系數2.超過彈簧的彈性限度,圖線會發(fā)生彎曲探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.正確使用彈簧測力計2.同一次實驗中,橡皮條結點的位置一定要相同3.細繩套應適當長一些,互成角度地拉橡皮條時,夾角應合適1.按力的圖示作平行四邊形2.求合力大小探究平拋運動的特點1.保證斜槽末端水平,斜槽粗糙對實驗沒有影響2.每次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放3.坐標原點應是小球出槽口時球心在木板上的投影點1.用代入法或圖像法判斷運動軌跡是不是拋物線2.由公式x=v0t和y=12gt2,求初速度v0=x探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系1.彈力大小可以通過標尺上刻度讀出,該讀數顯示了向心力大小2.采用了控制變量法,探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質量之間的關系用單擺測量重力加速度的大小1.單擺必須在同一平面內振動,且擺角小于5°2.擺長l為懸點到重心的距離3.從最低點開始計時4.用nT=t計算單擺的周期1.利用公式g=4π2.作l-T2的圖像,可利用斜率求重力加速度【題組演練】1.[2024·海南卷]為驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律,某組同學用兩個彈簧測力計、橡皮條、輕質小圓環(huán)、木板、刻度尺、白紙、鉛筆、細線和圖釘等器材,按照如下實驗步驟完成實驗:a.用圖釘將白紙固定在水平木板上;b.如圖甲、乙所示,橡皮條的一端固定在木板上的G點,另一端連接輕質小圓環(huán),將兩細線系在小圓環(huán)上,細線另一端系在彈簧測力計上,用兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)到某位置,并標記圓環(huán)的圓心位置為O點,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點,大小分別為F1=3.60N、F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一個彈簧測力計拉動小圓環(huán),使其圓心到O點,在拉力F的方向上標記P3點,拉力的大小為F=5.60N.請完成下列問題:(1)在圖乙中按照給定的標度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F'.(2)比較F和F',寫出可能產生誤差的兩點原因

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2.[2024·北京卷]如圖甲所示,讓兩個小球在斜槽末端碰撞來驗證動量守恒定律.(1)關于本實驗,下列做法正確的是(填選項前的字母).

A.實驗前,調節(jié)裝置,使斜槽末端水平B.選用兩個半徑不同的小球進行實驗C.用質量大的小球碰撞質量小的小球(2)圖甲中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影,首先,將質量為m1的小球從斜槽上的S位置由靜止釋放,小球落到復寫紙上,重復多次.然后,把質量為m2的被碰小球置于斜槽末端,再將質量為m1的小球從S位置由靜止釋放兩球相碰,重復多次.分別確定平均落點,記為M、N和P(P為m1單獨滑落時的平均落點).①圖乙為實驗的落點記錄,簡要說明如何確定平均落點:

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②分別測出O點到平均落點的距離,記為OP、OM和ON.在誤差允許范圍內,若關系式成立,即可驗證碰撞前后動量守恒.

(3)受上述實驗的啟發(fā),某同學設計了另一種驗證動量守恒定律的實驗方案.如圖丙所示,用兩根不可伸長的等長輕繩將兩個半徑相同、質量不等的勻質小球懸掛于等高的O點和O'點,兩點間距等于小球的直徑.將質量較小的小球1向左拉起至A點由靜止釋放,在最低點B與靜止于C點的小球2發(fā)生正碰.碰后小球1向左反彈至最高點A',小球2向右擺動至最高點D.測得小球1和2的質量分別為m和M,弦長AB=l1、A'B=l2、CD=l3.推導說明,m、M、l1、l2、l3滿足什么關系即可驗證碰撞前后動量守恒.3.[2024·廣西卷]單擺可作為研究簡諧運動的理想模型.(1)制作單擺時,在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中,選擇圖甲方式的目的是要保持擺動中不變.

(2)用游標卡尺測量擺球直徑,測得讀數如圖丙所示,則擺球直徑為cm.

(3)若將一個周期為T的單擺,從平衡位置拉開5°的角度釋放,忽略空氣阻力,擺球的振動可看為簡諧運動.當地重力加速度為g,以釋放時刻作為計時起點,則擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關系為.

4.[2024·湖北武漢模擬]如圖所示為研學小組的同學們用圓錐擺驗證向心力表達式的實驗情景.將一輕細線上端固定在鐵架臺上,下端懸掛一個質量為m的小球,將畫有幾個同心圓周的白紙置于懸點下方的水平平臺上,調節(jié)細線的長度使小球自然下垂靜止時恰好位于圓心處.手帶動小球運動使它在放手后恰能在紙面上方沿某個畫好的圓周做勻速圓周運動.調節(jié)平臺的高度,使紙面貼近小球但不接觸.(1)若忽略小球運動中受到的阻力,在具體的計算中可將小球視為質點,重力加速度為g;①從受力情況看,小球做勻速圓周運動所受的向心力是(填選項前的字母).

A.小球所受細線的拉力B.小球所受的重力C.小球所受細線拉力和重力的合力②在某次實驗中,小球沿半徑為r的圓做勻速圓周運動,用秒表記錄了小球運動n圈的總時間t,則小球做此圓周運動的向心力大小Fn=(用m、n、t、r及相關的常量表示).用刻度尺測得細線上端懸掛點到畫有圓周紙面的豎直高度為h,那么對小球進行受力分析可知,小球做此圓周運動所受的合力大小F=(用m、h、r及相關的常量表示).

③保持n的取值不變,改變h和r進行多次實驗,可獲取不同時間t.研學小組的同學們想用圖像來處理多組實驗數據,進而驗證小球在做勻速圓周運動過程中,小球所受的合力F與向心力Fn大小相等.為了直觀,應合理選擇坐標軸的相關變量,使待驗證關系是線性關系.為此不同的組員嘗試選擇了不同變量并預測猜想了如圖所示的圖像,若小球所受的合力F與向心力Fn大小相等,則這些圖像中合理的是(填選項字母).

ABCD(2)考慮到實驗的環(huán)境、測量條件等實際因素,對于這個實驗的操作,下列說法中正確的是(填選項前的字母).

A.相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實驗的影響B(tài).相同質量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓周運動的半徑C.測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差D.在這個實驗中必須測量出小球的質量(3)上述實驗中小球運動起來后撤掉平臺,由于實際實驗過程中存在空氣阻力的影響,所以持續(xù)觀察會發(fā)現小球做圓周運動的半徑越來越小,經過足夠長時間后,小球會停止在懸點正下方.若小球在運動中每轉動一周的時間內半徑變化均可忽略,即每一周都可視為勻速圓周運動.請分析說明在小球做上述圓周運動的過程中,隨著細線與豎直方向的夾角不斷減小,小球做圓周運動的周期將(選填“變大”“變小”或“不變”).

(4)小明同學認為:在擺角較小的條件下,單擺的周期和圓周擺的周期可以認為相等,請推導證明小明的觀點是否成立.

題型3創(chuàng)新性實驗1.力學創(chuàng)新型實驗的特點(1)以基本的力學模型為載體,依托運動學規(guī)律和牛頓運動定律設計實驗.(2)將實驗的基本方法——控制變量法、處理數據的基本方法——圖像法、逐差法融入實驗的綜合分析之中.2.創(chuàng)新實驗題的解法(1)根據題目情境,提取相應的力學模型,明確實驗的理論依據和實驗目的,設計實驗方案.(2)進行實驗,記錄數據,應用原理公式或圖像法處理實驗數據,結合物體實際受力情況和理論受力情況對結果進行誤差分析.實驗器材的等效與替換1.用氣墊導軌代替長木板,應調整導軌水平,不必平衡摩擦力.2.用光電門、頻閃相機代替打點計時器.3.用力傳感器或已知質量的鉤碼等代替彈簧測力計.例1[2024·廣東佛山模擬]小明發(fā)現,在夜景照片中,車燈常常會劃出一道道美麗的弧線,受此啟發(fā),他決定利用發(fā)光小球自由下落時在照片上留下的光弧,來測量當地重力加速度.設計實驗步驟如下:①在黑暗的房間里,如圖甲所示,將相機正對豎直的刻度尺放置,調節(jié)相機快門為100(即曝光時間Δt為1100②將發(fā)光小球從刻度尺零刻度處由靜止釋放,待小球下落至與相機近似等高位置時按下相機快門,得到如圖乙所示的照片,讀出亮線上邊沿到釋放點的距離H,亮線的長度d(曝光時間Δt內小球的位移);③用Δt內的平均速度近似等于小球下落高度H+d2時的瞬時速度,進而計算出重力加速度g④重復步驟②③,讀出數據如下表所示,計算g的平均值,測得當地重力加速度.第一張圖第二張圖第三張圖d/cm2.502.803.20H/cm31.339.5051.70(1)根據上表數據,小球在第三張圖中曝光時間Δt內的平均速度大小v=m/s(結果保留兩位有效數字).

(2)根據步驟③計算當地重力加速度的表達式為g=(用Δt,H,d表示).

(3)本實驗測得的重力加速度(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值.

(4)為減小實驗誤差,下列措施中可以采取的是(填選項前的字母).

A.選用密度大,體積小的發(fā)光小球B.選用密度小,體積大的發(fā)光小球C.將相機快門調整為125D.將相機快門調整為60

實驗結論的拓展與延伸1.由測定加速度延伸為測定動摩擦因數.通過研究紙帶、頻閃照片或光電裝置得出物體的加速度,再利用牛頓第二定律求出物體所受的阻力或小車與木板間的動摩擦因數.2.由動量守恒拓展到能量守恒.對碰撞等現象進行研究,通過對碰撞前后的速度進行測量,分別可計算碰撞前后的動量,拓展到計算動能,驗證動量守恒拓展到能量守恒.例2[2024·湖南長沙模擬]兩實驗小組想驗證動量守恒定律,第一組采用傳統(tǒng)的如圖甲所示的“碰撞實驗裝置”驗證兩小球碰撞前后的動量是否守恒;第二組設計了如圖乙所示利用固定了兩個光電門的氣墊導軌驗證兩滑塊碰撞前后的動量是否守恒.第一組主要操作步驟如下:①安裝好實驗裝置,使A球多次從斜軌上同一位置P由靜止釋放,找到其平均落地點的位置E;②將與A球半徑相同的B球靜置于水平軌道的末端,再將A球從斜軌上位置P由靜止釋放,多次重復上述過程,分別找到碰后A球和B球的平均落點的位置D和F;③O為軌道末端在地面的投影點,用刻度尺測量出水平射程OD、OE、OF,分別記為x1、x2、x3.已知A球和B球的質量分別為mA、mB.第二組主要操作步驟如下:①在氣墊導軌上固定光電門1和光電門2,滑塊M和N質量之比為1∶2,兩滑塊上固定寬度均為d的遮光片;②調節(jié)氣墊導軌水平;③推動兩滑塊M和N分別由氣墊導軌的左右兩側開始滑動,經測量,滑塊M和N通過光電門1、2的遮光時間分別為Δt1和Δt2,兩滑塊發(fā)生碰撞后又先后通過兩光電門1、2的遮光時間分別為Δt3和Δt4.請回答下列問題:(1)第一組實驗,當表達式成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(用mA、mB、x1、x2、x3表示)

(2)第一組實驗,當表達式成立時,即說明A球和B球發(fā)生的是彈性碰撞.

(3)第二組實驗,當表達式成立時,即說明滑塊M和N在碰撞過程中動量守恒.(用題中所給字母符號表示)

(4)第二組實驗,當表達式滿足第(3)問的同時,若還滿足成立時,即說明滑塊M和N在碰撞過程中發(fā)生的是彈性碰撞.

[反思感悟]

試題情景的設計與創(chuàng)新對于創(chuàng)新型實驗的處理,最根本的方法是要把其從新情景中分離出來,找出與常規(guī)實驗的相通之處,然后運用熟悉的實驗原理和數據處理方法進行解答.例3[2024·重慶沙坪壩區(qū)模擬]某興趣小組的同學設計了如圖甲所示的裝置,用來測量滑塊質量(滑塊可視為質點)和滑塊與水平臺面間的動摩擦因數.水平轉臺能繞豎直的軸勻速轉動,裝有遮光條的小滑塊放置在轉臺上,不可伸長的細線一端連接小滑塊,另一端連到固定在轉軸上的力傳感器上,連接到計算機上的傳感器能顯示細線的拉力F,安裝在鐵架臺上的光電門可以讀出遮光條通過光電門的擋光時間t,興趣小組采取了下列步驟:①用游標卡尺測量遮光條的寬度d;②將滑塊放置在轉臺上,使細線剛好繃直,量出滑塊到轉軸的距離L;③控制轉臺以某一角速度勻速轉動,記錄力傳感器和光電門的示數,分別為F1和t1;依次增大轉臺的角速度,并保證其每次都做勻速轉動,記錄對應的力傳感器示數F2、F3…和光電門的示數t2、t3….回答下面的問題:(1)滑塊勻速轉動的線速度可表示為v=(用d、t中的字母表示).

(2)處理數據時,興趣小組的同學以力傳感器的示數F為縱軸,1t2為橫軸,建立直角坐標系,描點后擬合為一條直線,如圖乙所示(圖中a、b已知),設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度為g,則滑塊的質量m=,動摩擦因數μ=.(均用a、b、L、d、t、g第14講力學實驗題型1【題組演練】1.(1)B(2)D(3)反比槽碼[解析](1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應使小車質量遠大于槽碼質量,故A錯誤;為了保證小車所受細線拉力等于小車所受合力,則需要調整墊塊位置以補償阻力,也要保持細線和長木板平行,故B正確;補償阻力時不能移去打點計時器和紙帶,需要通過紙帶上點跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運動,故C錯誤;根據操作要求,應先打開打點計時器再釋放小車,故D錯誤.(2)根據逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達式為a=14S8-S44T2+S(3)根據圖像可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設槽碼的質量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,化簡可得1a=1mg·M+1g2.(4)較大較小(5)如圖所示(6)遠大于鉤碼的質量對鉤碼根據牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車根據牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當m?M時,可認為m+M≈M,則a=1MF,即[解析](4)根據題圖乙分析可知,與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小.(5)在坐標系中進行描點,結合其他點用平滑的直線連接各點,使盡可能多的點在線上,不在線上的點均勻地分布在線的兩側.3.(5)0.5880.567[解析](5)下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=mgh=0.588J,小鋼球落地的平均速度v=?t=5023m/s,根據v=0+v2,ΔEk=12mv2,解得ΔE題型2【題組演練】1.(1)如圖所示(2)①沒有做到彈簧測力計、細線、橡皮條都與木板平行;②讀數時沒有正視彈簧測力計[解析](1)按照給定的標度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F',如圖所示.(2)F和F'不完全重合的誤差可能是:①沒有做到彈簧測力量計、細線、橡皮條都與木板平行;②讀數時沒有正視彈簧測力計.2.(1)AC(2)①用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點②m1OP=m1OM+m2ON(3)見解析[解析](1)實驗中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前、后速度成正比,需要確保小球做平拋運動,即實驗前,調節(jié)裝置,使斜槽末端水平,故A正確;為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰,兩小球半徑需相同,故B錯誤;為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出,需要用質量大的小球碰撞質量小的小球,故C正確.(2)用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點;碰撞前、后小球均做平拋運動,由h=12gt2可知,小球的運動時間相同,所以水平位移與平拋初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可驗證碰撞前后動量守恒(3)設輕繩長為L,小球從偏角θ處靜止擺下,擺到最低點時的速度為v,小球經過圓弧對應的弦長為l,則由動能定理有mgL(1-cosθ)=12mv2,由數學知識可知sinθ2=l2L,聯(lián)立兩式解得v=lgL,若兩小球碰撞過程中動量守恒,則有mv1=-mv2+Mv3,又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l3gL,整理可得ml3.(1)擺長(2)1.06(3)x=gT2[解析](1)選擇圖甲方式的目的是要保持擺動中擺長不變.(2)擺球直徑為d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根據單擺的周期公式T=2πLg可得單擺的擺長為L=gT24π2,從平衡位置拉開5°的角度處釋放,可得振幅為A=Lsin5°,以該位置為計時起點,根據簡諧運動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關系為x=Acos4.(1)①C②m4π2n2t2rmgr?[解析](1)①小球受重力和細線的拉力作用,則小球做圓周運動的向心力由重力和細線拉力的合力提供,故C正確.②小球做半徑為r的圓周運動的周期為T=tn,則向心力Fn=m2πT2r=4π2n2mrt2③設小球做半徑為r的圓周運動的周期為T=tn,此時小球距細線上端固定點的豎直高度為h,根據合外力等于向心力有mgr?=4π2n2mrt(2)相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實驗的影響,選項A正確;相同質量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓心的位置,從而容易確定其圓周運動的半徑,選項B正確;測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差,選項C正確;由③的分析可知,當合外力等于向心力時,小球的質量可以消掉,則在這個實驗中不需測量出小球的質量,選項D錯誤.(3)設小球做半徑為r的圓周運動的周期為T,此時小球距細線上端固定點的豎直高度為h,根據合外力等于向心力有mgr?=m4π2T2r,可解得T=2π(4)成立;圓錐擺的周期根據mgtanθ=m4π2T2Lsinθ,得T=2πLcosθg,夾角較小,cos題型3例1(1)3.2(2)d22H+[解析](1)小球在第三張圖中曝光時間Δt內的平均速度大小v=d3Δt=3.2×10(2)由自由落體運動規(guī)律v2=2gH+d2、v=dΔt(3)忽略空氣阻力的情況下,設小球下落H的速度為v1,下落H+d2的速度為v2,下落H+d的速度為v3,由自由落體運動規(guī)律有v12=2gH、v22=2gH+d2、v32=2gH+d,易得v2=v12+v322,而小球在曝光時間內的平均速度v=dΔt=v1+v32,因為v(4)選用密度大,體積小的發(fā)光小球則空氣阻力的影響相對小很多,有利于減小誤差,故A正確,B錯誤;將快門調大,即減小Δt,則v1和v3的差值減小,由v2-v22=-v3-v12例2(1)mA·x2=mA·x1+mB·x3(2)mAx22=mAx12+(3)1Δt1-2Δt(4)1Δt12+2[解析](1)采用圖甲所示裝置,小球碰后做平拋運動,由于落地的高度都相同,則落地的時間相同,則小球落地的水平位移與速度成正比,則實驗中通過僅測量小球做平拋運動的水平位移,可間接得到小球碰撞前后的速度關系.碰前入射球A水平距離為OE,兩球相碰后,入射球A水平距離為OD,B球水平距離為OF,則根據動量守恒定律有mAv0=mAv1+mBv2,因下落時間相同則兩端同時乘以t后有mA·OE=mA·OD+mB·OF,即mA·x2=mA·x1+mB·x3,第一組實驗,當表達式mA·x2=mA·x1+mB·x3成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(2)若碰撞中機械能守恒,則12mAv02=12mAv12+12mBv22,即mAx(3)第二組實驗,設滑塊M和N質量分別為m和2m;碰撞前M、N的速度大小分別為vM=dΔt1、vN=dΔt2.碰撞后M、N的速度大小分別為vM'=dΔt3、vN'=dΔt4,設碰前M的速度為正方向,則mvM-2mvN=-mvN'+2mvM',代入整理得1Δt1-2Δt2(4)第二組實驗,當表達式12mvM2+12·2mvN2=12mvM'2+12·2mvN'2,即1Δt12例3(1)dt(2)aLb[解析](1)滑塊勻速轉動的線速度可表示為v=dt(2)由題意可知F=mv2L-μmg=md2L·1t2-μmg,由圖像可知μmg=a,md2L=第三部分物理實驗第14講力學實驗題型1【題組演練】1.(1)B(2)D(3)反比槽碼[解析](1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應使小車質量遠大于槽碼質量,故A錯誤;為了保證小車所受細線拉力等于小車所受合力,則需要調整墊塊位置以補償阻力,也要保持細線和長木板平行,故B正確;補償阻力時不能移去打點計時器和紙帶,需要通過紙帶上點跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運動,故C錯誤;根據操作要求,應先打開打點計時器再釋放小車,故D錯誤.(2)根據逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達式為a=14S8-S44T2+S(3)根據圖像可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設槽碼的質量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,化簡可得1a=1mg·M+1g2.(4)較大較小(5)如圖所示(6)遠大于鉤碼的質量對鉤碼根據牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車根據牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當m?M時,可認為m+M≈M,則a=1MF,即[解析](4)根據題圖乙分析可知,與圖線①相比,圖線②的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小.(5)在坐標系中進行描點,結合其他點用平滑的直線連接各點,使盡可能多的點在線上,不在線上的點均勻地分布在線的兩側.3.(5)0.5880.567[解析](5)下落過程中,重力勢能減小量ΔEp=mgh=0.588J,小鋼球落地的平均速度v=?t=5023m/s,根據v=0+v2,ΔEk=12mv2,解得ΔE題型2【題組演練】1.(1)如圖所示(2)①沒有做到彈簧測力計、細線、橡皮條都與木板平行;②讀數時沒有正視彈簧測力計[解析](1)按照給定的標度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F',如圖所示.(2)F和F'不完全重合的誤差可能是:①沒有做到彈簧測力量計、細線、橡皮條都與木板平行;②讀數時沒有正視彈簧測力計.2.(1)AC(2)①用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點②m1OP=m1OM+m2ON(3)見解析[解析](1)實驗中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前、后速度成正比,需要確保小球做平拋運動,即實驗前,調節(jié)裝置,使斜槽末端水平,故A正確;為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰,兩小球半徑需相同,故B錯誤;為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出,需要用質量大的小球碰撞質量小的小球,故C正確.(2)用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點;碰撞前、后小球均做平拋運動,由h=12gt2可知,小球的運動時間相同,所以水平位移與平拋初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可驗證碰撞前后動量守恒(3)設輕繩長為L,小球從偏角θ處靜止擺下,擺到最低點時的速度為v,小球經過圓弧對應的弦長為l,則由動能定理有mgL(1-cosθ)=12mv2,由數學知識可知sinθ2=l2L,聯(lián)立兩式解得v=lgL,若兩小球碰撞過程中動量守恒,則有mv1=-mv2+Mv3,又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l3gL,整理可得ml3.(1)擺長(2)1.06(3)x=gT2[解析](1)選擇圖甲方式的目的是要保持擺動中擺長不變.(2)擺球直徑為d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根據單擺的周期公式T=2πLg可得單擺的擺長為L=gT24π2,從平衡位置拉開5°的角度處釋放,可得振幅為A=Lsin5°,以該位置為計時起點,根據簡諧運動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關系為x=Acos4.(1)①C②m4π2n2t2rmgr?[解析](1)①小球受重力和細線的拉力作用,則小球做圓周運動的向心力由重力和細線拉力的合力提供,故C正確.②小球做半徑為r的圓周運動的周期為T=tn,則向心力Fn=m2πT2r=4π2n2mrt2③設小球做半徑為r的圓周運動的周期為T=tn,此時小球距細線上端固定點的豎直高度為h,根據合外力等于向心力有mgr?=4π2n2mrt(2)相同體積的小球,選擇密度大一些的球可以減小空氣阻力對實驗的影響,選項A正確;相同質量的小球,選擇體積小一些的球有利于確定其圓心的位置,從而容易確定其圓周運動的半徑,選項B正確;測量多個周期的總時間再求周期的平均值,有利于減小周期測量的偶然誤差,選項C正確;由③的分析可知,當合外力等于向心力時,小球的質量可以消掉,則在這個實驗中不需測量出小球的質量,選項D錯誤.(3)設小球做半徑為r的圓周運動的周期為T,此時小球距細線上端固定點的豎直高度為h,根據合外力等于向心力有mgr?=m4π2T2r,可解得T=2π(4)成立;圓錐擺的周期根據mgtanθ=m4π2T2Lsinθ,得T=2πLcosθg,夾角較小,cos題型3例1(1)3.2(2)d22H+[解析](1)小球在第三張圖中曝光時間Δt內的平均速度大小v=d3Δt=3.2×10(2)由自由落體運動規(guī)律v2=2gH+d2、v=dΔt(3)忽略空氣阻力的情況下,設小球下落H的速度為v1,下落H+d2的速度為v2,下落H+d的速度為v3,由自由落體運動規(guī)律有v12=2gH、v22=2gH+d2、v32=2gH+d,易得v2=v12+v322,而小球在曝光時間內的平均速度v=dΔt=v1+v32,因為v(4)選用密度大,體積小的發(fā)光小球則空氣阻力的影響相對小很多,有利于減小誤差,故A正確,B錯誤;將快門調大,即減小Δt,則v1和v3的差值減小,由v2-v22=-v3-v12例2(1)mA·x2=mA·x1+mB·x3(2)mAx22=mAx12+(3)1Δt1-2Δt(4)1Δt12+2[解析](1)采用圖甲所示裝置,小球碰后做平拋運動,由于落地的高度都相同,則落地的時間相同,則小球落地的水平位移與速度成正比,則實驗中通過僅測量小球做平拋運動的水平位移,可間接得到小球碰撞前后的速度關系.碰前入射球A水平距離為OE,兩球相碰后,入射球A水平距離為OD,B球水平距離為OF,則根據動量守恒定律有mAv0=mAv1+mBv2,因下落時間相同則兩端同時乘以t后有mA·OE=mA·OD+mB·OF,即mA·x2=mA·x1+mB·x3,第一組實驗,當表達式mA·x2=mA·x1+mB·x3成立時,即說明A球和B球在碰撞過程中動量守恒.(2)若碰撞中機械能守恒,則12mAv02=12mAv12+12mBv22,即mAx(3)第二組實驗,設滑塊M和N質量分別為m和2m;碰撞前M、N的速度大小分別為vM=dΔt1、vN=dΔt2.碰撞后M、N的速度大小分別為vM'=dΔt3、vN'=dΔt4,設碰前M的速度為正方向,則mvM-2mvN=-mvN'+2mvM',代入整理得1Δt1-2Δt2(4)第二組實驗,當表達式12mvM2+12·2mvN2=12mvM'2+12·2mvN'2,即1Δt12例3(1)dt(2)aLb[解析](1)滑塊勻速轉動的線速度可表示為v=dt(2)由題意可知F=mv2L-μmg=md2L·1t2-μmg,由圖像可知μmg=a,md2L=第14講力學實驗時間|60min1.[2024·湖北武漢模擬]某同學制作了一個“豎直加速度測量儀”,可以用來測量電梯豎直上下運行時的加速度,其構造如圖甲所示.將彈簧豎直自由懸掛時,指示針指示的刻度尺刻度為6.50cm(記為原長位置);在彈簧下端懸掛一質量為0.2kg的鉤碼,當鉤碼靜止時指示針指示的刻度尺刻度如圖甲所示.已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內能較好的滿足胡克定律,重力加速度g取9.8m/s2.(1)該彈簧的勁度系數k=N/m.(結果保留兩位有效數字)

(2)該“豎直加速度測量儀”可較準確測量的豎直向上的加速度的最大值為m/s2.(結果保留三位有效數字)

(3)在實際測量過程中,指示針會隨鉤碼上下振動,為了能讓指示針盡快穩(wěn)定下來,該同學將鉤碼換成與鉤碼質量相同的強磁鐵,并在強磁鐵正下方放置一鋁塊,如圖乙所示.與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質量越大,該測量儀可較準確測量的豎直向上的加速度的最大值(選填“越大”“越小”或“不變”).

2.[2024·遼寧葫蘆島模擬]用如圖所示的實驗裝置可以測量物體運動的加速度和測量當地的重力加速度.在水平氣墊導軌上放置一滑塊,一不可伸長的輕繩跨過光滑輕質定滑輪,一端與滑塊連接,另一端與質量為m的懸掛物連接,滑塊和滑輪間的輕繩與導軌平行.現讓滑塊從靜止釋放,測得滑塊上的遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2,已知遮光條的寬度為d,光電門1、2之間的距離為L,滑塊和遮光條的總質量為M.(1)滑塊的加速度大小a=.(用t1、t2、d、L表示)

(2)當地重力加速度的表達式為g=.(用t1、t2、d、L、m、M表示)

(3)當m(選填“?”“=”或“?”)M時,可認為輕繩的拉力等于懸掛物受到的重力.

(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則當地重力加速度大小g=m/s2.(結果保留兩位有效數字).

3.[2023·北京卷]用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,探究平拋運動的特點.(1)關于實驗,下列做法正確的是(填選項前的字母).

A.選擇體積小、質量大的小球B.借助重垂線確定豎直方向C.先拋出小球,再打開頻閃儀D.水平拋出小球(2)如圖甲所示的實驗中,A球沿水平方向拋出,同時B球自由落下,借助頻閃儀拍攝上述運動過程.圖乙為某次實驗的頻閃照片,在誤差允許范圍內,根據任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可判斷A球豎直方向做運動;根據,可判斷A球水平方向做勻速直線運動.

(3)某同學使小球從高度為0.8m的桌面水平飛出,用頻閃照相拍攝小球的平拋運動(每秒頻閃25次),最多可以得到小球在空中運動的個位置.(g取10m/s2)

(4)某同學實驗時忘了標記重垂線方向,為解決此問題,他在頻閃照片中,以某位置為坐標原點,沿任意兩個相互垂直的方向作為x軸和y軸正方向,建立直角坐標系xOy,并測量出另外兩個位置的坐標值(x1,y1)、(x2,y2),如圖丙所示.根據平拋運動規(guī)律,利用運動的合成與分解的方法,可得重垂線方向與y軸間夾角的正切值為.

4.[2024·重慶北碚區(qū)模擬]某同學利用如圖甲所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系.讓小車左端和紙帶相連.右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連.鉤碼下落,帶動小車運動,打點計時器打出紙帶.某次實驗得到的紙帶和相關數據如圖乙所示.(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1s.以打出A點時小車位置為初始位置,將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中,得到對應時間段的小車的平均速度v,表中vAD=cm/s位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)根據表中數據得到小車平均速度v隨時間t的變化關系,如圖丙所示.從實驗結果可知,小車運動的v-Δt圖線可視為一條傾斜直線,此直線用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s.(結果均保留3位有效數字)

(3)根據(2)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動,得到打出A點時小車速度大小vA=,小車的加速度大小a=.(結果用字母k、b表示)

5.[2024·湖北卷]某同學設計了一個測量重力加速度大小g的實驗方案,所用器材有:2g砝碼若干、托盤1個、輕質彈簧1根、米尺1把、光電門1個、數字計時器1臺等.具體步驟如下:①將彈簧豎直懸掛在固定支架上,彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤,在托盤內放入一個砝碼,如圖甲所示.②用米尺測量平衡時彈簧的長度l,并安裝光電門.③將彈簧在彈性限度內拉伸一定長度后釋放,使其在豎直方向振動.④用數字計時器記錄30次全振動所用時間t.⑤逐次增加托盤內砝碼的數量,重復②③④的操作.該同學將振動系統(tǒng)理想化為彈簧振子.已知彈簧振子的振動周期T=2πMk,其中k為彈簧的勁度系數,M為振子的質量(1)由步驟④,可知振動周期T=.

(2)設彈簧的原長為l0,則l與g、l0、T的關系式為l=.

(3)由實驗數據作出的l-T2圖線如圖乙所示,可得g=m/s2(保留三位有效數字,π2取9.87).

(4)本實驗的誤差來源包括(填選項前的字母).

A.空氣阻力B.彈簧質量不為零C.光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置6.[2022·廣東卷]某實驗小組為測量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導致的機械能損失,設計了如圖甲所示的裝置,實驗過程如下:(1)讓小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈,調節(jié)光電門位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過程中均可通過光電門.(2)用螺旋測微器測量小球的直徑,示數如圖乙所示,小球直徑d=mm.

(3)測量時,應(選填“A”或“B”,其中A為“先釋放小球,后接通數字計時器”,B為“先接通數字計時器,后釋放小球”).記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2.

(4)計算小球通過光電門的速度,已知小球的質量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導致的機械能損失ΔE=(用字母m、d、t1和t2表示).

(5)若適當調高光電門的高度,將會(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差.

7.[2024·河北保定模擬]某校物理小組嘗試利用智能手機對豎直面內的圓周運動進行拓展探究.實驗裝置如圖甲所示,輕繩一端連接拉力傳感器,另一端連接智能手機,把手機拉開一定角度,由靜止釋放,手機在豎直面內擺動過程中,手機中的陀螺儀傳感器可以采集角速度實時變化的數據并輸出圖像,同時,拉力傳感器可以采集輕繩拉力實時變化的數據并輸出圖像.經查閱資料可知,面向手機屏幕,手機逆時針擺動時陀螺儀傳感器記錄的角速度為正值,反之為負值.(1)某次實驗,手機輸出的角速度隨時間變化的圖像如圖乙所示,由此可知在0~t0時間段內(填選項前的字母).

A.手機20次通過最低點B.手機10次通過最低點C.手機做阻尼振動D.手機振動的周期越來越小(2)為進一步拓展研究,分別從拉力傳感器輸出圖和手機角速度—時間圖中讀取幾對手機運動到最低點時的拉力和角速度的數據,并在坐標圖中以F(單位:N)為縱坐標、ω2(單位:s-2)為橫坐標進行描點,請在圖丙中作出F-ω2的圖像.(3)根據圖像求得實驗所用手機的質量為kg,手機重心做圓周運動的半徑為m.(結果均保留兩位有效數字,重力加速度g取9.8m/s2)

8.[2024·江蘇揚州模擬]一同學利用如圖所示的斜槽軌道和兩個由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑塊A、B做“驗證動量守恒定律”的實驗.斜槽軌道由傾斜軌道和平直軌道組成,兩部分間由一段圓弧平滑連接,在平直軌道上一側固定有刻度尺.其操作步驟如下:①將斜槽軌道放置在水平桌面上;②用天平測得A、B兩個滑塊的質量分別為m1、m2;③不放滑塊B,使滑塊A從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放,滑塊A最終靜止在平直軌道上,記下滑塊A靜止時其右側面對應的刻度x1;④把滑塊B放在平直軌道上,記下其左側面對應的刻度x0;⑤讓滑塊A仍從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放,滑塊A與滑塊B發(fā)生碰撞后最終均靜止在平直軌道上,記下最終滑塊B靜止時其左側面對應的刻度x2、滑塊A靜止時其右側面對應的刻度x3.(1)實驗中必須滿足的條件是(填選項前的字母).

A.傾斜軌道必須光滑B.平直軌道必須水平C.滑塊A的質量應大于滑塊B的質量D.同一組實驗中,滑塊A靜止釋放的位置可以不同(2)實驗中滑塊A碰撞前的速度大小v0與成正比(填選項前的字母).

A.x1 B.x1-x0C.(x1-x0)2 D.x(3)若關系式m1x1-x0=中成立,則可得出結論:滑塊A、B碰撞過程中動量守恒.若要進一步驗證滑塊A、B的碰撞是否為彈性碰撞,則應驗證關系式m1(x1-x0)=是否成立9.[2024·山東青島模擬]某實驗小組同時測量A、B兩個箱子質量的裝置圖如圖甲所示,其中D為鐵架臺,E為固定在鐵架臺上的輕質滑輪(質量和摩擦可忽略不計),F為光電門,C為固定在A上、寬度為d的細遮光條(質量不計),另外,該實驗小組還準備了一套總質量m0=0.5kg的砝碼和刻度尺.(1)在鐵架臺上標記一位置O,并測得該位置與光電門F之間的距離為h.取出質量為m的砝碼放在A箱子中,剩余砝碼全部放在B箱子中,讓A從位置O由靜止開始下降,則A下落到F處的過程中,A箱與A箱中砝碼的整體機械能是(選填“增加”“減少”或“守恒”)的.

(2)用游標卡尺測量遮光條的寬度d的讀數如圖乙所示,其讀數為mm,測得遮光條通過光電門的時間為Δt,下落過程中的加速度大小a=(用d、Δt、h表示).

(3)改變m,測得相應遮光條通過光電門的時間,算出加速度a,得到多組m與a的數據,作出a-m圖像如圖丙所示,可得A的質量mA=kg.(重力加速度大小g取10m/s2,計算結果保留三位有效數字)

10.[2024·湖南卷]在太空,物體完全失重,用天平無法測量質量.如圖甲所示,某同學設計了一個動力學方法測量物體質量的實驗方案,主要實驗儀器包括:氣墊導軌、滑塊、輕彈簧、標準砝碼、光電計時器和待測物體,主要步驟如下:(1)調平氣墊導軌,將彈簧左端連接氣墊導軌左端,右端連接滑塊;(2)將滑塊拉至離平衡位置20cm處由靜止釋放,滑塊第1次經過平衡位置處開始計時,第21次經過平衡位置時停止計時,由此測得彈簧振子的振動周期T;(3)將質量為m的砝碼固定在滑塊上,重復步驟(2);(4)依次增加砝碼質量m,測出對應的周期T,實驗周期如下表所示,在圖乙中繪制T2-m關系圖線;m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.7970.1501.0011.0020.2001.1051.2210.2501.1751.381(5)由T2-m圖像可知,彈簧振子振動周期的平方與砝碼質量的關系是(選填“線性的”或“非線性的”);

(6)取下砝碼后,將待測物體固定在滑塊上,測量周期并得到T2=0.880s2,則待測物體質量是kg(保留3位有效數字);

(7)若換一個質量較小的滑塊重做上述實驗,所得T2-m圖線與原圖線相比將沿縱軸(選填“正方向”“負方向”或“不”)移動.

第14講力學實驗1.(1)98(2)14.7(3)不變(4)越小[解析](1)由圖甲可知指示針指示的刻度尺刻度為4.50cm,以鉤碼為對象,根據受力平衡可得kx1=mg,解得該彈簧的勁度系數為k=mgx1=0.2×9.(2)已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內能較好的滿足胡克定律,則最大彈力為Fm=kxm=98×5×10-2N=4.9N;該“豎直加速度測量儀”可較準確測量的豎直向上的加速度的最大值為am=Fm-mgm=4.9-0.2×9(3)當測加速度時磁鐵處于穩(wěn)定狀態(tài),磁鐵和鋁塊之間沒有作用力,則磁鐵只受到重力和彈簧彈力作用,與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值不變.(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質量越大,彈簧的最大彈力不變,根據am=Fm-mgm=Fm2.(1)d2(2)M+md2(4)9.8[解析](1)滑塊經光電門1時的速度v1=dt1,滑塊經光電門2時的速度v2=dt2,由速度位移關系公式,可得滑塊的加速度a=(2)設輕繩上的拉力為F,根據牛頓第二定律,對懸掛物有mg-F=ma,對滑塊則有F=Ma,聯(lián)立解得g=M+ma(3)由以上分析可得輕繩上的拉力為F=mg1-mM,由上式可知,當懸掛物的質量m遠小于滑塊的質量M時,即m?(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則g=M+md22mL1t3.(1)ABD(2)自由落體運動A球相鄰兩位置水平距離相等(3)10(4)|[解析](1)用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,選擇體積小質量大的小球可以減小空氣阻力的影響,A正確;本實驗需要借助重垂線確定豎直方向,B正確;實驗過程中應先打開頻閃儀,再水平拋出小球,C錯誤,D正確.(2)根據任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可以判斷出A球豎直方向做自由落體運動;根據A球相鄰兩位置水平距離相等,可以判斷A球水平方向做勻速直線運動.(3)小球從高度為0.8m的桌面水平拋出,根據運動學公式h=12gt2,解得t=0.4s,頻閃儀每秒頻閃25次,頻閃周期T=125s=0.04s,故最多可以得到小球在空中運動位置的個數為tT(4)如圖x0、y0分別表示水平和豎直方向,設該同學作出的y軸與y0軸間的夾角為θ,建立坐標系存在兩種情況,如圖所示.當建立的坐標系為x1、y1時,則沿x1軸方向做勻減速運動,根據逐差法計算加速度有x2-2x1=-gsinθ(2T)2,沿y1軸方向有y2-2y1=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=2x1-x2y2-2y1,當建立的坐標系為x1'、y1'時,則沿x1'軸方向做勻加速運動,根據逐差法計算加速度有x2'-2x1'=gsinθ(2T)2,沿y1'軸方向有y2'-2y1'=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=x24.(1)80.0(2)70.0(69.0~72.0均可)59.0(3)b2k[解析](1)由題圖乙中紙帶的相關數據可知ΔxAD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm,由平均速度的定義可知vAD=ΔxAD3t=24.00(2)斜率k=101.0-59.00.6cm/s2=70.0cm/s2(3)小車做勻變速直線運動,有x=v0t+12at2,變形可得xt=v=v0+12at,故小車在t=0時,即打出A點時小車的速度大小vA=b,小車的加速度大小a滿足12a=k,5.(1)t30(2)l0+g(3)9.59(9.56~9.62均可)(4)AC[解析](1)30次全振動所用時間為t,則振動周期T=t30(2)彈簧振子的振動周期T=2πMk,可得振子的質量M=kT24π2,振子平衡時,根據平衡條件有Mg=kΔl,可得Δl=gT24π2,則l與g、l0、T的關系式為l(3)根據l=l0+gT24π2,整理可得l=l0+g4π2·T2,則l-T2圖像的斜率k'=g4π2,由圖像可知k=0.542-(4)實驗時光電門應對齊彈簧振子振動過程中的平衡位置,這樣托盤通過平衡位置時遮光條擋光時間才最短,計時才最準確,若光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置,則計時準確度變低,造成測量彈簧振子振動周期出現偶然誤差,C正確;光電門是固定的,它對齊的是彈簧振子未振動時振子所在的平衡位置,若存在空氣阻力,則會導致彈簧振子向上振動和向下振動過程中平衡位置發(fā)生變化,所以光電門記錄的不再是平衡位置,造成測量彈簧振子振動周期出現系統(tǒng)誤差,A正確;根據第(2)問解析中的公式可知,質量M是聯(lián)系彈簧振子的振動周期T和系統(tǒng)靜止時彈簧伸長量Δl的中間量,建立起T和Δl的關系后就與M無關了,所以彈簧質量不為零導致M變化時,T和Δl兩者都會相應變化,但兩種之間滿足的關系式不變,不會對實驗造成誤差,B錯誤.6.(2)7.884(7.882~7.885均可)(3)B(4)12md(5)增大[解析](2)d=7.5mm+0.384mm=7.884mm.(3)小球下落時間極短,所以應先接通數字計時器,后釋放小球.(4)落下時經過光電門的速度v1=dt1,反彈后經過光電門的速度v2=dt2,同一位置重力勢能相同,故機械能損失ΔE=(5)調高光電門會增大空氣阻力的做功距離,故會增大因空氣阻力引起的測量誤差.7.(1)AC(2)如圖所示(3)0.210.28[解析](1)分析可知,當手機通過最低點時角速度達到最大值,而由圖乙可知,在0~t0時間內手機20次通過最低點,故A正確,B錯誤;根據圖乙可知,手機的角速度隨著時間在衰減,可知手機在做阻尼振動,故C正確;阻尼振動的周期不變,其周期由系統(tǒng)本身的性質決定,故D錯誤.(2)由于手機在做圓周運動,短時間內在不考慮其振動衰減的情況下,在最低點對手機由牛頓第二定律有F-mg=mω2L,可得F=mLω2+mg,式中L為懸點到手機重心的距離,根據上式可知,手機運動到最低點時的拉力和角速度的平方成線性變化,作圖時應用平滑的直線將各點跡連接起來,不能落在圖像上的點跡應使其均勻的分布在圖線的兩側,有明顯偏差的點跡直接舍去.(3)根據圖像結合其函數關系可得mg=2.01N,mL=2.30-2.015kg·m=0.058kg·m,解得m≈0.21kg,L8.(1)C(2)D(3)m1x3-x0+m1(x3-x0)+m2(x2-x0)[解析](1)傾斜軌道不一定必須光滑,只要滑塊A到達底端的速度相同即可,A錯誤;因為兩滑塊的材料相同,表面的粗糙程度相同,則由牛頓第二定律mgsinθ-μmgcosθ=ma,得a=gsinθ-μgcosθ,可知無論軌道是否水平,則兩滑塊在軌道上運動的加速度都相同,所以平直軌道不一定必須水平,B錯誤;為防止滑塊A與滑塊B碰后反彈,則滑塊A的質量必須大于滑塊B的質量,C正確;為保證滑塊A每次到達底端的初速度相同,則同一組實驗中,滑塊A靜止釋放的位置要相同,D錯誤.(2)對滑塊A,由動能定理-μm1g(x1-x0)=0-12m1v02可得,滑塊A碰撞前的速度大小為v0=2μg(x1-x0)(3)若滑塊A、B碰撞過程中動量守恒,則有m1v0=m1v1+m2v2,又因為v0=2μg(x1-x0)、v1=2μg(x3-x0)、v2=2μg(x2-x0),聯(lián)立可得m1x1-x0=m1x3-x0+m2x2-x0;若滑塊A、B發(fā)生彈性碰撞,則由機械能守恒定律知12m1v02=9.(1)減少(2)11.3d22h([解析](1)A與B是由繩子相連的連接體,當A下降時B上升,它們具有相同的速率,可知當A下落至F處的過程中,B的重力勢能增加,動能增加,而機械能為動能與勢能之和,則可知B的機械能增加,整個系統(tǒng)的機械能守恒,故A的機械能減少.(2)游標卡尺的分度值為0.1mm,則遮光條的寬度d的讀數為d=1.1cm+3×0.1mm=11.3mm,遮光條通過光電門的速度為v=dΔt,由運動學公式有v2=2ah,則下落過程中的加速度大小為a=(3)對A、B及砝碼組成的系統(tǒng)由牛頓第二定律有[(mA+m)-(mB+m0-m)]g=(mA+mB+m0)a,整理可得a=2gmA+mB+m0m+(mA-mB-m0)gmA+mB+m0,斜率為k=210.(4)如圖所示(5)線性的(6)0.120(7)負方向[解析](4)根據表中數據描點,各點幾乎在一條直線上,作出T2-m關系圖線如圖所示.(5)圖線是一條傾斜的直線,說明彈簧振子振動周期的平方與砝碼質量為線性關系.(6)在圖線上尋找T2=0.880s2的點,對應橫坐標為m=0.120kg.(7)換一個質量較小的滑塊重做上述實驗,則滑塊和砝碼的總質量比原來的小,要得到相同的周期,應放質量更大的砝碼,即同一縱坐標對應的橫坐標偏右,相當于同一橫坐標對應的縱坐標偏下,則所得圖線與原圖線相比下移,即沿縱軸負方向移動.第14講力學實驗1.(1)98(2)14.7(3)不變(4)越小[解析](1)由圖甲可知指示針指示的刻度尺刻度為4.50cm,以鉤碼為對象,根據受力平衡可得kx1=mg,解得該彈簧的勁度系數為k=mgx1=0.2×9.(2)已知該裝置中使用的彈簧在從原長到拉伸5.00cm范圍內能較好的滿足胡克定律,則最大彈力為Fm=kxm=98×5×10-2N=4.9N;該“豎直加速度測量儀”可較準確測量的豎直向上的加速度的最大值為am=Fm-mgm=4.9-0.2×9(3)當測加速度時磁鐵處于穩(wěn)定狀態(tài),磁鐵和鋁塊之間沒有作用力,則磁鐵只受到重力和彈簧彈力作用,與不加鋁塊相比,此種情況下測得的加速度值不變.(4)彈簧下端懸掛鉤碼的質量越大,彈簧的最大彈力不變,根據am=Fm-mgm=Fm2.(1)d2(2)M+md2(4)9.8[解析](1)滑塊經光電門1時的速度v1=dt1,滑塊經光電門2時的速度v2=dt2,由速度位移關系公式,可得滑塊的加速度a=(2)設輕繩上的拉力為F,根據牛頓第二定律,對懸掛物有mg-F=ma,對滑塊則有F=Ma,聯(lián)立解得g=M+ma(3)由以上分析可得輕繩上的拉力為F=mg1-mM,由上式可知,當懸掛物的質量m遠小于滑塊的質量M時,即m?(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,則g=M+md22mL1t3.(1)ABD(2)自由落體運動A球相鄰兩位置水平距離相等(3)10(4)|[解析](1)用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置,選擇體積小質量大的小球可以減小空氣阻力的影響,A正確;本實驗需要借助重垂線確定豎直方向,B正確;實驗過程中應先打開頻閃儀,再水平拋出小球,C錯誤,D正確.(2)根據任意時刻A、B兩球的豎直高度相同,可以判斷出A球豎直方向做自由落體運動;根據A球相鄰兩位置水平距離相等,可以判斷A球水平方向做勻速直線運動.(3)小球從高度為0.8m的桌面水平拋出,根據運動學公式h=12gt2,解得t=0.4s,頻閃儀每秒頻閃25次,頻閃周期T=125s=0.04s,故最多可以得到小球在空中運動位置的個數為tT(4)如圖x0、y0分別表示水平和豎直方向,設該同學作出的y軸與y0軸間的夾角為θ,建立坐標系存在兩種情況,如圖所示.當建立的坐標系為x1、y1時,則沿x1軸方向做勻減速運動,根據逐差法計算加速度有x2-2x1=-gsinθ(2T)2,沿y1軸方向有y2-2y1=gcosθ(2T)2,聯(lián)立解得tanθ=2x1-x2y2-2y1,當建立的坐標系為x1'