2023年物理大二轮复习9 实验题专练(一)力学实验

实验题专练(一)力学实验eq\a\vs4\al(\f(对应学生,用书P213))1．某同学用如图甲所示实验装置“探究弹簧的弹力和伸长量的关系”。直尺和光滑的细杆水平固定在铁架台上，一根弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接。细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂钩码。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出对应的弹簧总长度L，并将所挂钩码的重力大小作为弹簧的弹力大小F。弹簧伸长量均在弹性限度内。(1)把以上测得的数据描点连线，如图乙所示，则该弹簧的原长L0＝____cm，劲度系数k＝____N/m。(结果均保留3位有效数字)(2)若该同学先把弹簧竖直悬挂，下端不挂钩码测出弹簧原长为L1，再按照图甲所示方法悬挂钩码，测出弹簧伸长后的长度为L，以(L－L1)作为弹簧伸长量x，以钩码重力大小作为弹力F的大小。由于弹簧自身重力的影响，得到的图线可能是图丙中的___________________________________________________________。解析：(1)弹簧弹力为零时，弹簧总长度即为弹簧原长，故L0＝5.00cm弹簧劲度系数k＝eq\f(ΔF,ΔL)＝eq\f(2.0,0.2－0.05)N/m≈13.3N/m。(2)由于弹簧自身重力的影响，当x等于零时，弹簧有一定的弹力，但弹簧劲度系数不变，则k＝eq\f(ΔF,Δx)不变，即F­x图像斜率不变。故选B。答案：(1)5.0013.3(13.0～13.6均可)(2)B2．(2022·山东烟台高三一模)某物理实验小组利用图甲所示装置“探究小车的加速度与受力的关系”。(1)关于实验操作，下列说法正确的是______；A．实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源B．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行C．每次改变重物质量时，不需要重新调整长木板的倾斜度D．为尽可能减小实验误差，小车的质量应远大于重物的质量(2)一次实验中获得的纸带如图乙所示，已知所用电源的频率为50Hz，每5个点取一个计数点，A、B、C、D、E、F、G为所取计数点，由图中数据可求得加速度大小a＝____m/s2；(计算结果保留两位有效数字)(3)实验小组先保持小车质量为m1不变，改变小车所受的拉力F，得到a随F变化的规律如图丙中直线A所示，然后实验小组换用另一质量为m2的小车，重复上述操作，得到如图丙中所示的直线B，由图可知，m1______m2(选填“大于”或“小于”)，直线B不过坐标原点的原因是____________________。解析：(1)实验时，要去先接通打点计时器的电源再释放小车，A错误；绳子的拉力应与运动方向一致，故应调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，B正确；平衡后，应有μmgcosθ＝mgsinθ，即有μ＝tanθ，故每次改变重物质量时，不需要重新调整长木板的倾斜度，C正确；为尽可能减小实验误差，实验要求小车的质量应远大于重物的质量，D正确。(2)设AD＝x1，DG＝x2，由题图乙可得x1＝3.70cm－0.40cm＝3.30cm，x2＝8.60cm－3.70cm＝4.90cm，所用电源的频率为50Hz，每5个点取一个计数点，可得AD之间的时间间隔为t＝3×0.02×5s＝0.3s，根据匀变速直线运动的推论，即Δx＝x2－x1＝(3)根据牛顿第二定律可得a＝eq\f(F,m)，故有aA＝eq\f(F,m1)，aB＝eq\f(F,m2)，则有eq\f(F,m1)>eq\f(F,m2)，当拉力F相等时，有m1<m2。由直线B可知，当F等于0时，加速度不等于零，说明平衡摩擦力过度，即长木板倾斜程度过大，补偿阻力过度。答案：(1)BCD(2)0.18(3)小于见解析3．(2022·广东肇庆高三二模)某同学用如图甲所示装置研究小车在倾斜轨道上运动的加速度a与轨道倾角θ的正弦值(sinθ)之间的关系，实验步骤如下：(1)在水平实验台上，将长为l的长木板一端放在垫块上构成斜面，为得出长木板倾角θ的正弦值sinθ，则需要测出__________A．长木板末端距实验台的高度hB．垫块的高度h′(2)将打点计时器固定在轨道末端，纸带穿过打点计时器固定在小车上；接通电源，释放小车，打出一条如图乙所示的纸带，图中相邻两个计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，通过测得的数据可计算出D点的速度大小vD＝______m/s，小车的加速度a＝______m/s2；(结果均保留三位有效数字)(3)改变垫块高度，重复实验，测出多组轨道倾角θ的正弦值(sinθ)及对应小车的加速度a，通过计算，该同学发现a与sinθ的比值小于当地的重力加速度，原因是__________________________________________________________________。解析：(1)由几何关系可知sinθ＝eq\f(h,l)，因此需要测量长木板末端距实验台的高度h，故A正确，B错误。(2)纸带上相邻计数点间的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.1sD点对应的速度为vD＝eq\f(xCD＋xDE,2T)≈1.63m/s小车的加速度为a＝eq\f(（xCD＋xDE＋xEF）－（xOA＋xAB＋xBC）,9T2)＝2.64m/s2。(3)小车沿倾斜轨道下滑，若没有摩擦力，则mgsinθ＝ma可得eq\f(a,sinθ)＝g现在a与sinθ的比值小于当地的重力加速度，说明小车下滑过程中受到摩擦力的作用。答案：(1)A(2)1.632.64(3)小车与倾斜长木板之间有摩擦4．如图甲所示，小车的前端固定有力传感器，能测出小车所受的拉力，小车上固定遮光条，小车放在安装有定滑轮和两个光电门A、B的光滑轨道上，用不可伸长的细线将质量为M的小车(包含力传感器及遮光条)与质量为m的重物相连，轨道放在水平桌面上，细线与轨道平行，滑轮质量、摩擦不计。(1)用游标卡尺测遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________mm。(2)实验过程中________(选填“需要”或“不需要”)满足M远大于m。(3)实验主要步骤如下：①测量小车、力传感器及遮光条的总质量M，测量两光电门间的距离L。②由静止释放小车，小车在细线拉动下运动，记录传感器的示数F，记录遮光条通过光电门A、B时的挡光时间tA、tB及遮光条从A到B的时间t。(4)利用该装置验证动能定理的表达式为FL＝__________________；(5)利用该装置验证动量定理的表达式为Ft＝__________________。(以上两空均用字母M、d、tA、tB表示)解析：(1)游标卡尺读数为d＝0mm＋10×0.05mm＝0.50mm。(2)实验中可通过力传感器来直接测量细线的拉力，不需要近似地将重物的重力约等于细线的拉力，故实验中不需要满足M远大于m。(4)小车通过光电门A、B时的速度分别为vA＝eq\f(d,tA)，vB＝eq\f(d,tB)，以小车为研究对象，小车通过光电门A、B时，合力做功为W合＝FL小车通过光电门A、B时动能的变化量为ΔEk＝eq\f(1,2)MvB2－eq\f(1,2)MvA2＝eq\f(1,2)Md2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))则验证动能定理的表达式为FL＝eq\f(Md2,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))(5)以小车为研究对象，小车通过光电门A、B过程中，合力的冲量为I合＝Ft小车通过光电门A、B时动量的变化量为Δp＝MvB－MvA＝Mdeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB)－\f(1,tA)))则验证动量定理的表达式为Ft＝Mdeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB)－\f(1,tA)))。答案：(1)0.50(2)不需要(4)eq\f(Md2,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))(5)Mdeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB)－\f(1,tA)))5．(2022·广东清远市模拟)某实验小组用如图甲所示装置测当地的重力加速度。光电门1、2固定在铁架台上，两光电门分别与数字计时器连接。(1)用螺旋测微器测量小球的直径d，示数如图乙所示，则小球直径为________mm。(2)安装实验装置时，对两光电门的位置有怎样的要求？____________________________。(3)测得光电门1和2间的高度差为h，让小球从光电门1正上方某位置由静止释放，通过光电门1和光电门2时，小球的挡光时间分别为t1、t2，则t1________t2(填“大于”、“小于”或“等于”)，并说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)保持两光电门间距离不变，改变小球在光电门1上方释放的位置，重复实验多次，测得多组通过光电门1和光电门2的挡光时间t1、t2，作eq\f(1,t22)­eq\f(1,t12)图像，图线与纵轴的交点为(0，b)，则当地重力加速度g＝________(用题目中相关物理量的字母符号表示)。解析：(1)固定刻度为3mm，可动刻度为34.0×0.01＝0.340mm，故读数为3.340mm。(2)由于要测量小球在竖直方向上的速度，所以两光电门一定在同一竖直线上，且间距适当大些。(3)小球竖直方向上做匀加速运动，即v1<v2，又由公式t＝eq\f(d,v)，可得，t1>t2。(4)根据动能定理mgh＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))