第4讲力学实验作业正文

第14讲力学实验时间|60min1.[2024·湖北武汉模拟]某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”,可以用来测量电梯竖直上下运行时的加速度,其构造如图甲所示.将弹簧竖直自由悬挂时,指示针指示的刻度尺刻度为6.50cm(记为原长位置);在弹簧下端悬挂一质量为0.2kg的钩码,当钩码静止时指示针指示的刻度尺刻度如图甲所示.已知该装置中使用的弹簧在从原长到拉伸5.00cm范围内能较好的满足胡克定律,重力加速度g取9.8m/s2.(1)该弹簧的劲度系数k=N/m.(结果保留两位有效数字)

(2)该“竖直加速度测量仪”可较准确测量的竖直向上的加速度的最大值为m/s2.(结果保留三位有效数字)

(3)在实际测量过程中,指示针会随钩码上下振动,为了能让指示针尽快稳定下来,该同学将钩码换成与钩码质量相同的强磁铁,并在强磁铁正下方放置一铝块,如图乙所示.与不加铝块相比,此种情况下测得的加速度值(选填“偏大”“偏小”或“不变”).

(4)弹簧下端悬挂钩码的质量越大,该测量仪可较准确测量的竖直向上的加速度的最大值(选填“越大”“越小”或“不变”).

2.[2024·辽宁葫芦岛模拟]用如图所示的实验装置可以测量物体运动的加速度和测量当地的重力加速度.在水平气垫导轨上放置一滑块,一不可伸长的轻绳跨过光滑轻质定滑轮,一端与滑块连接,另一端与质量为m的悬挂物连接,滑块和滑轮间的轻绳与导轨平行.现让滑块从静止释放,测得滑块上的遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2,已知遮光条的宽度为d,光电门1、2之间的距离为L,滑块和遮光条的总质量为M.(1)滑块的加速度大小a=.(用t1、t2、d、L表示)

(2)当地重力加速度的表达式为g=.(用t1、t2、d、L、m、M表示)

(3)当m(选填“≫”“=”或“≪”)M时,可认为轻绳的拉力等于悬挂物受到的重力.

(4)若t1=1ms,t2=0.5ms,d=1mm,L=1.68m,m=0.1kg,M=1kg,则当地重力加速度大小g=m/s2.(结果保留两位有效数字).

3.[2023·北京卷]用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置,探究平抛运动的特点.(1)关于实验,下列做法正确的是(填选项前的字母).

A.选择体积小、质量大的小球B.借助重垂线确定竖直方向C.先抛出小球,再打开频闪仪D.水平抛出小球(2)如图甲所示的实验中,A球沿水平方向抛出,同时B球自由落下,借助频闪仪拍摄上述运动过程.图乙为某次实验的频闪照片,在误差允许范围内,根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同,可判断A球竖直方向做运动;根据,可判断A球水平方向做匀速直线运动.

(3)某同学使小球从高度为0.8m的桌面水平飞出,用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次),最多可以得到小球在空中运动的个位置.(g取10m/s2)

(4)某同学实验时忘了标记重垂线方向,为解决此问题,他在频闪照片中,以某位置为坐标原点,沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向,建立直角坐标系xOy,并测量出另外两个位置的坐标值(x1,y1)、(x2,y2),如图丙所示.根据平抛运动规律,利用运动的合成与分解的方法,可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为.

4.[2024·重庆北碚区模拟]某同学利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系.让小车左端和纸带相连.右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连.钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带.某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示.(1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s.以打出A点时小车位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中,得到对应时间段的小车的平均速度v,表中vAD=cm/s位移区间ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)根据表中数据得到小车平均速度v随时间t的变化关系,如图丙所示.从实验结果可知,小车运动的v-Δt图线可视为一条倾斜直线,此直线用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s.(结果均保留3位有效数字)

(3)根据(2)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动,得到打出A点时小车速度大小vA=,小车的加速度大小a=.(结果用字母k、b表示)

5.[2024·湖北卷]某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案,所用器材有:2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等.具体步骤如下:①将弹簧竖直悬挂在固定支架上,弹簧下面挂上装有遮光片的托盘,在托盘内放入一个砝码,如图甲所示.②用米尺测量平衡时弹簧的长度l,并安装光电门.③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放,使其在竖直方向振动.④用数字计时器记录30次全振动所用时间t.⑤逐次增加托盘内砝码的数量,重复②③④的操作.该同学将振动系统理想化为弹簧振子.已知弹簧振子的振动周期T=2πMk,其中k为弹簧的劲度系数,M为振子的质量(1)由步骤④,可知振动周期T=.

(2)设弹簧的原长为l0,则l与g、l0、T的关系式为l=.

(3)由实验数据作出的l-T2图线如图乙所示,可得g=m/s2(保留三位有效数字,π2取9.87).

(4)本实验的误差来源包括(填选项前的字母).

A.空气阻力B.弹簧质量不为零C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置6.[2022·广东卷]某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图甲所示的装置,实验过程如下:(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹,调节光电门位置,使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门.(2)用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图乙所示,小球直径d=mm.

(3)测量时,应(选填“A”或“B”,其中A为“先释放小球,后接通数字计时器”,B为“先接通数字计时器,后释放小球”).记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2.

(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE=(用字母m、d、t1和t2表示).

(5)若适当调高光电门的高度,将会(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差.

7.[2024·河北保定模拟]某校物理小组尝试利用智能手机对竖直面内的圆周运动进行拓展探究.实验装置如图甲所示,轻绳一端连接拉力传感器,另一端连接智能手机,把手机拉开一定角度,由静止释放,手机在竖直面内摆动过程中,手机中的陀螺仪传感器可以采集角速度实时变化的数据并输出图像,同时,拉力传感器可以采集轻绳拉力实时变化的数据并输出图像.经查阅资料可知,面向手机屏幕,手机逆时针摆动时陀螺仪传感器记录的角速度为正值,反之为负值.(1)某次实验,手机输出的角速度随时间变化的图像如图乙所示,由此可知在0~t0时间段内(填选项前的字母).

A.手机20次通过最低点B.手机10次通过最低点C.手机做阻尼振动D.手机振动的周期越来越小(2)为进一步拓展研究,分别从拉力传感器输出图和手机角速度—时间图中读取几对手机运动到最低点时的拉力和角速度的数据,并在坐标图中以F(单位:N)为纵坐标、ω2(单位:s-2)为横坐标进行描点,请在图丙中作出F-ω2的图像.(3)根据图像求得实验所用手机的质量为kg,手机重心做圆周运动的半径为m.(结果均保留两位有效数字,重力加速度g取9.8m/s2)

8.[2024·江苏扬州模拟]一同学利用如图所示的斜槽轨道和两个由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑块A、B做“验证动量守恒定律”的实验.斜槽轨道由倾斜轨道和平直轨道组成,两部分间由一段圆弧平滑连接,在平直轨道上一侧固定有刻度尺.其操作步骤如下:①将斜槽轨道放置在水平桌面上;②用天平测得A、B两个滑块的质量分别为m1、m2;③不放滑块B,使滑块A从倾斜轨道顶端P点由静止释放,滑块A最终静止在平直轨道上,记下滑块A静止时其右侧面对应的刻度x1;④把滑块B放在平直轨道上,记下其左侧面对应的刻度x0;⑤让滑块A仍从倾斜轨道顶端P点由静止释放,滑块A与滑块B发生碰撞后最终均静止在平直轨道上,记下最终滑块B静止时其左侧面对应的刻度x2、滑块A静止时其右侧面对应的刻度x3.(1)实验中必须满足的条件是(填选项前的字母).

A.倾斜轨道必须光滑B.平直轨道必须水平C.滑块A的质量应大于滑块B的质量D.同一组实验中,滑块A静止释放的位置可以不同(2)实验中滑块A碰撞前的速度大小v0与成正比(填选项前的字母).

A.x1 B.x1-x0C.(x1-x0)2 D.x(3)若关系式m1x1-x0=中成立,则可得出结论:滑块A、B碰撞过程中动量守恒.若要进一步验证滑块A、B的碰撞是否为弹性碰撞,则应验证关系式m1(x1-x0)=是否成立9.[2024·山东青岛模拟]某实验小组同时测量A、B两个箱子质量的装置图如图甲所示,其中D为铁架台,E为固定在铁架台上的轻质滑轮(质量和摩擦可忽略不计),F为光电门,C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计),另外,该实验小组还准备了一套总质量m0=0.5kg的砝码和刻度尺.(1)在铁架台上标记一位置O,并测得该位置与光电门F之间的距离为h.取出质量为m的砝码放在A箱子中,剩余砝码全部放在B箱子中,让A从位置O由静止开始下降,则A下落到F处的过程中,A箱与A箱中砝码的整体机械能是(选填“增加”“减少”或“守恒”)的.

(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d的读数如图乙所示,其读数为mm,测得遮光条通过光电门的时间为Δt,下落过程中的加速度大小a=(用d、Δt、h表示).

(3)改变m,测得相应遮光条通过光电门的时间,算出加速度a,得到多组m与a的数据,作出a-m图像如图丙所示,可得A的质量mA=kg.(重力加速度大小g取10m/s2,计算结果保留三位有效数字)

10.[2024·湖南卷]在太空,物体完全失重,用天平无法测量质量.如图甲所示,某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案,主要实验仪器包括:气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时器和待测物体,主要步骤如下:(1)调平气垫导轨,将弹簧左端连接气垫导轨左端,右端连接滑块;(2)将滑块拉至离平衡位置20cm处由静止释放,滑块第1次经过平衡位置处开始计时,第21次经过平衡位置时停止计时,由此测得弹簧振子的振动周期T;(3)将质量为m的砝码固定在滑块上,重复步骤(2);(4)依次增加砝码质量m,测出对应的周期T,实验周期如下表所示,在图乙中绘制T2-m关系图线;m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010