(18)2019力学创新实验

1、2019届高考物理状元必刷题库实验与探究专题（18）力学创新实验一、实验题（10分）小莉和她的同学综合图示的方法，利用简易实验器材，一把刻度尺，一质量为m=300g的重物，测量自己头发丝能承受的最大拉力,并与网上获取的正常数据进行对比（头发能承受的拉力随年龄而变化;20岁组，头发能承受的拉力最大,平均约1.72N;30岁组,平均约1.50N）实验步骤如下：水平固定刻度尺；用手指尖紧握头发丝两端，用直尺测量出两手指尖之间的头发丝长度L=50.00cm;重物挂在头发丝上,两手缓慢沿刻度尺水平移动，直至头发丝恰好被拉断;从刻度尺上读出两手指尖之间的距离d=30.00cm（取重力加速度g=10m/s2

2、,挂钩光滑且质量不计）。由以上数据可知所用刻度尺的分度值为;头发丝的最大拉力表达式T=（用以上物理量符号表示）；利用所测数据可获得最大拉力为N（保留三位有效数字），在正常范围。（10分）装有拉力传感器的轻绳，一端固定在光滑水平转轴O,另一端系一小球,空气阻力可以忽略。设法使小球在竖直平面内做圆周运动（如图甲），通过拉力传感器读出小球在最高点时绳上的拉力大小是F，在最低点时绳上的拉力大小是F。某兴趣小组的同学用该装12置测量当地的重力加速度。图甲團乙小明同学认为，实验中必须测出小球的直径，于是他用螺旋测微器测出了小球的直径，如图乙所示，则小球的直径dmm。2小军同学认为不需要测小球的直径。他借助

3、最高点和最低点的拉力F、F,再结合机械12能守恒定律即可求得。小军同学还需要测量的物理量有（填字母代号）。小球的质量m轻绳的长度L小球运动一周所需要的时间T根据小军同学的思路，请你写出重力加速度g的表达式。3.（10分）某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤.实验操作如下：I用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;在重锤1上加上质量为m的小钩码；左手将重锤2压在地面上,保持系统静止.释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间；重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t.请回答下列问题1步骤可以减小对下

4、落时间t测量的（选填“偶然”或“系统”）误差.实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了（）使H测得更准确使重锤1下落的时间长一些使系统的总质量近似等于2M使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等滑轮的摩擦阻力会引起实验误差.现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做?4使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为皿0用实验中的测量量和已知量表示g,得g=.（10分）用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度s和半径r之间的关系转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动.槽内的球就做匀速圆周运动横臂的挡板对球的压力提供向心力球对挡板的

5、反作用力通过横臂的扛杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值:某次实验图片如下，请回答相关问题：1在研究向心力的大小F与质量m、角速度s和半径r之间的关系时主要用到了物理学中的（）理想实验法等效替代法控制变量法演绎法TOC o 1-5 h z图示实验装置是在研究向心力的大小与的关系（）质量m角速度s半径r3若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:9,运用圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为（）1:93:11:31:1（10分）某兴趣小组为探知一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：用天平测出电动小

6、车的质量0.4kg;将电动小车、纸带和打点计时器按如图甲所示安装；接通打点计时器；（其打点周期为0.02s）使电动小车以额定功率加速度运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器。（设在整个过程中小车所受的阻力恒定）在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的点迹如图乙丙所示，图中O点是打点计时器打的第一个点。i芈-11百P*屮*f11*T1I11t.oo135-99=514.51I5.K&请分析纸带数据，回答下列问题：TOC o 1-5 h z（1）该电动小车运动的最大速度为m/s;（2）该电动小车运动的过程中阻力为N;该电动小车的额定功率为W。（10分）如图甲所示，在水

7、平放置的气垫导轨上有一带有方盒的滑块，质量为M，气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，设每个钩码的质量为m，且M=4m。挡光片衢块光电门用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，读数如图所示,则宽度d=cm。123cm111111111111J1111L111|i1ii呻轉肓丨f11111111111rI1051C1520某同学打开气源，将滑块由静止释放，滑块上的挡光片通过光电门的时间为t,则滑块通过光电门的速度为（用题中所给字母表示）。开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，由静止释放后细线上的拉力为F,接着每次实验时1将1个钩码移放到滑块上的方盒中,当只剩3个钩

8、码时细线上的拉力为F,则2F2F（填“大于”、“等于”或“小于”）。12若每次移动钩码后都从同一位置释放滑块，设挡光片距光电门的距离为L，钩码的个数为n，测出每次挡光片通过光电门的时间为t,测出多组数据，并绘出n-丄图像，已知图线斜率12为k，则当地重力加速度为（用题中字母表示）。（10分）为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律同学们设计了如图所示的实验装置。他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计（不计质量及长度）间定在相距为D的两立柱上,固定点分別为P和Q低于Q,绳长为L（LPQ）。他们首先在绳上距离P点10cm处（标记为C）系上质量为m的重物（不滑动），由测力计读出绳PC、QC的拉

9、力大小TP和Tq随后，改变重物悬挂点C的位置，每次将P到C点的距离增加10cm.PQ并读出测力计的示数，最后得到TP、Tq与绳长PC的关系曲线如图所示。由实验可知：曲线II中拉力最大时,C与P点的距离为cm,该曲线为_（选填:TP或Tq）的曲线。在重物从P移到Q的整个过程中，受到最大拉力的是（选填:P或Q）点所在的立柱。3在曲线1、11相交处，可读出绳的拉力T=N,它与L、D、m和重力加速度g的关系为T0=&（10分）用如图a所示装置，验证固定转轴物体的平衡条件二为质量均匀分布的轨道,0为光滑固定转轴一不可伸长的轻细绳,一端连在轨道D端，另一端通过光滑定滑轮连在固定的力传感器A上调节轨道使其水

10、平，将位移传感器接收器B固定,使其右侧面对准转轴0点,小车E放在轨道上,使位移传感器接收器C左侧面对准转轴0点给小车初速度，利用位移传感器和力传感器,测量不同时刻t小车离开0点的距离S和细绳的拉力F,计算机将数据记录在表格.SlaQ.14-0.20口和。惑艷用利用上述测量数据验证固定转轴物体的平衡条件,还需测量的量是，（选填下列物理量符号:轨道重量5、小车和其上固定的位移传感器发射器总重量G2、位移传感器接收器的重量G3、轨道长度L1、细绳长度L2、力传感器到定滑轮距离L、细绳与轨道夹角叭312aN,该值比真实值2若S：,轨道长以s为横坐标,F为纵坐标，通过计算机做出图象如图b.由图象可求出小

11、车和其上固定的位移传感器发射器总重量为选填“偏大”“偏小”相同”若将小车看做质点，由图象b可求出轨道重量为N,该值比真实值.选填“偏大”“偏小”“相同”,其原因是.参考答案一、实验题mgL答案：0.1cm;1.882JL2-d2解析：由L=50.00cm可知，分度值应为0.1cm;设头发丝与刻度尺之间的夹角为ooo,由图中的d/2d几何关系可知，cos9二=-,头发丝与绳子的结点处受力平衡，设头发丝的拉力为F,L/2L得：2Fsin9=mg;联立得:mg2sin9d21-(I)2二mgL,代入数据得2斗L-d2F=1.88N。F-F2答案：1.5.695;2.A;3.216m解析：1.螺旋测微

12、器的固定刻度读数为5.5mm,可动刻度读数为0.01X19.5mm=0.195mm，最终读数为：固定刻度读数+可动刻度读数=5.5mm+0.195mm=5.695mm。v2由牛顿第二定律可知，小球在最高点，有：F+mg=;在最低点有:v2F-FF+mg=m再由机铖能守恒定律有，解得重力加速度的表达式g1，因此已知2L6m最高点和最低点的拉力F,F时，小军同学还需要测量的物理量有小球的质量m,故A正21确.B、C错误。答案：1.偶然；2.B;3.在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落2(2M+m+m)H0mt2解析：1.本题考查重力加速度的测量，意在考查考生的实验探

13、究能力。时间测量是人为操作快慢和读数问题带来的误差，所以属于偶然误差。由于自由落体的加速度较大,下落H高度的时间较短，为了减小测量时间的实验误差，就要使重锤下落的时间长一些，因此系统下降的加速度要小，所以小钩码的质量要比重锤的质量小很多。为了消除滑轮的摩擦阻力，可用橡皮泥粘在重锤1上，轻拉重锤放手后若系统做匀速运动，则表示平衡了阻力。1根据牛顿第二定律有mg=(M+m+m+M)a，又H二&at2,解得022(2M+m+m)Hg=0mt2答案:1.C;2.B;3.B解析：1在研究向心力的大小F与质量m、角速度s和半径r之间的关系时，需先控制某些量不变，研究另外两个物理量的关系，故此实验用到了控制

14、变量法,C正确图示装置中两球的质量相同,转动的半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,故选B。根据F=mrs2,两球的向心力之比为1:9,半径和质量相等，则转动的角速度之比为1:3,因为靠皮带传动，变速轮塔的线速度大小相等，则根据v=rs知,与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为3:1,故B正确。答案：1)1.50(2)1.60(3)2.40d6.答案：1.0.520;2.-t5d23小于;4.-kL解析：1.游标卡尺的主尺读数为5mm,游标尺读数为0.05X4mm=0.20mm，则最终读数为5.20mm=0.520cm。d2.极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小，则滑块通过光电门的速度v二

15、一.t3细线一端挂6个钩码时，对钩码和滑块整体分析，a=0.6g，隔离滑块分析，iM+6m根据牛顿第二定律得，F二Ma二4mx0.6g二2.4mg；同理,细线另一端挂3个钩码，滑块11上的方盒中放3个钩码时，a二3mg二0.3g,F=(M+3m)a二7mx0.3g二2.1mg,2M+6m22知F2F。12dd2nmgng4滑块通过光电门的速度v，根据得v2二2aL，得-=2aL，因a二圧二养，解得5d25d2“=亦，则k=忑5d2，得g=社7答案:1.60(5664之间的值均可);TpmgLjLD22.Q;3.4.30(4.254.35之间的值均可)；-2(L2D2)解析：1由题图可读出，11中拉力最大时,C与P点的距离为60cm。此时以C点为研究对象,受力分析如图所示，竖直方向TpSinG1+TQsin92=mg,水平方向Tpcos9x=TQcos92.当Tp=TQ1=