高考物理二轮复习 训练10 力学实验中常考的3个问题

训练10 力学实验中常考的3个问题1．读出图10－16甲、乙中给出的螺旋测微器和游标卡尺的示数，螺旋测微器的示数为________mm ，游标卡尺的示数为________cm.图10－162．(2012·济南模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝200 g 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图10－17所示．O 为纸带下落的起始点，A 、B 、C 为纸带上选取的三个连续点．已知打点计时器每隔T ＝0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为g ＝9.8 m/s 2，那么图10－17(1)计算B 点瞬时速度时，甲同学用v 2B ＝2gs OB ，乙同学用v B ＝s AC2T .其中所选择方法正确的是________(填“甲”或“乙”)同学．(2)同学丙想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力，为此他计算出纸带下落的加速度为________m/s 2，从而计算出阻力f ＝________N. (3)若同学丁不慎将上述纸带从OA 之间扯断，他仅利用A 点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的？________.(填“能”或“不能”)3．(2012·安徽卷，21·Ⅰ)图10－18为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m ，小车和砝码的总质量为M .实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是( )．图10－18A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是( )．A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图10－19是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为：s AB ＝4.22 cm、s BC＝4.65 cm、s CD＝5.08 cm、s DE＝5.49 cm，s EF＝5.91 cm，s FG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度大小a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)．图10－194．某探究小组利用如图10－20甲所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒．在斜槽轨道的末端安装一个光电门B，调节激光束与球心等高，斜槽末端水平．地面上依次铺有白纸、复写纸，让小球从斜槽上固定位置A点无初速释放，通过光电门后落在地面的复写纸上，在白纸上留下打击印．重复实验多次，测得小球通过光电门的平均时间为2.50×10－3 s．计算保留三位有效数字．(1)用游标卡尺测得小球直径如图乙所示，则小球直径为d＝________cm，由此可知小球通过光电门的速度v B＝________m/s；(2)实验测得轨道离地面的高度h＝0.441 m，小球的平均落点P到轨道末端正下方O点的距离x＝0.591 m，则由平抛运动计算小球的平抛初速度v0＝________m/s；(3)实验只要满足________≈________，就可以认为，在误差允许范围内，平抛运动中机械能是守恒的．图10－20图10－215．在“验证力的平行四边形定则”实验中，将橡皮条的一端固定在竖直放置的木板上，另一端系上两根细绳OA、OB，O为两细绳与橡皮条的结点，细绳OA跨过钉在木板上的光滑的钉子C，下端挂重力已知的钩码，细绳OB用一个弹簧测力计钩住，如图10－21所示，可以通过改变钩码的个数和弹簧测力计的拉力调整橡皮条与两细绳的结点O的位置．(1)(多选)某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的是________．A．两细绳的夹角必须成90°，以便于算出两细绳的合力B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D．只用弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时结点O到达的位置应与用钩码、弹簧测力计同时拉时相同(2)(多选)图中OC与橡皮条延长线的夹角为α，细绳OB与橡皮条延长线的夹角为β，且α＋β>90°，下列操作正确的是________．A．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应减小β，同时减小弹簧测力计的拉力B．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力C．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力D．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应减小β，同时增大弹簧测力计的拉力6．在科学探究活动中，对实验数据进行分析归纳得出结论是非常重要的环节．为探究物体做直线运动过程中x随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到表中的实验数据.图10－22现根据表格数据，请你在如图10－22所示的坐标系中，纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线．同时请你根据图线，分析得出物体从A―→B的过程中x随t2变化的关系式是_______________________________________________________.7．(2012·泰兴)如图10－23为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L ＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率．图10－23(1)实验主要步骤如下：①将拉力传感器固定在小车上；②平衡摩擦力，让小车做________运动；④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率v A、v B；⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作．(2)下表中记录了实验测得的几组数据，v2B－v2A是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝________.请将表中第3次的实验数据填写完整．(3)由表中数据，在图10－24中坐标纸上作出a－F关系图线．图10－24(4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的原因是______________________________.参考答案1．解析本题考查螺旋测微器与游标卡尺的读数．螺旋测微器固定刻度部分读数为5.0 mm，可动刻度部分读数为0.485 mm，故读数为5.485 mm；游标卡尺主尺读数为41 mm，游标尺读数为0.20 mm，所以游标卡尺读数为41.20 mm＝4.120 cm.答案 5.485 4.1202．解析本题考查验证机械能守恒定律的实验．(1)由于纸带与限位孔之间有摩擦，故重物下落时的加速度小于重力加速度，利用v B＝s AC 2T计算B点瞬时速度的方法正确．(2)根据y BC－y AB＝aT2可得a＝9.5 m/s2，由牛顿第二定律可得mg－f＝ma，解得f＝0.06N.(3)根据ΔE p＝ΔE k即重物重力势能的减少量等于其动能的增加量可知，能实现验证机械能守恒定律的目的．答案(1)乙(2)9.5 0.06 (3)能3．解析(1)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使细线对小车的拉力大小等于小车所受的合外力，则需要平衡摩擦力，并使细线与长木板平行．平衡摩擦力的方法是只让小车牵引纸带(撤去砂及砂桶)，纸带穿过打点计时器，并垫高长木板不带滑轮的一端，打点计时器接通电源工作．如果打出纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动．故选项B 正确，选项A 、C 错误．(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为使细线对小车的拉力大小等于砂及砂桶的总重力，则M ≫m ，且尽可能地多做几组．故选项C 最合理． (3)根据题意，相邻计数点间的时间间隔为T ＝0.1 s ， 根据Δs ＝aT 2，得，s DE －s AB ＝3a 1T 2 s EF －s BC ＝3a 2T 2 s FG －s CD ＝3a 3T 2所以小车的加速度a ＝a 1＋a 2＋a 33＝s DE ＋s EF ＋s FG －s AB ＋s BC ＋s CD 9T2＝0.42 m/s 2.答案 (1)B (2)C (3)0.424．解析 以斜槽末端为重力势能的零点，则小球平抛的初动能就等于小球运动时的机械能，也就等于小球落地时的机械能(认为是守恒的)，因此以平抛运动计算得到的初动能(初速度)如果近似等于用光电门测得初动能(初速度)，则可认为此过程机械能守恒．(1)d ＝0.50 cm ；v B ＝d t ＝0.005 02.50×10－3m/s ＝2.00 m/s ；(2)由平抛运动得x ＝v 0t ，h ＝12gt 2，解得v 0＝xg2h＝1.97 m/s 答案 (1)0.50 2.00 (2)1.97 (3)势能减少量 动能增加量 5．解析 (1)两细绳的拉力大小是用作图法求得的不是计算出来的，两细绳的夹角没有必要成90°，同时，橡皮条也没有必要与两绳夹角的平分线在同一直线上，选项A 、B 均错误；弹簧测力计与木板平面平行是为了保证所有力在同一平面内，选项C 正确；两次拉动的结果都是使橡皮条伸长到O 点，作用效果相同，选项D 正确． (2)O 点受到细绳OA 的拉力F 1、细绳OB 的拉力F 2和橡皮条的拉力F 3的作用三力平衡，则F 1与F 2的合力F 3′＝F 3，方向与F 3的方向相反．如图甲所示，增加钩码的个数时，细绳OA 的拉力由F 1变化为F 1′，但F 1与F 2的合力F 3′，不变，弹簧测力计的拉力应由F 2增大为F 2′，同时β增大，选项A 错误、B 正确；如图乙所示，保持钩码的个数不变，将钉子向左移动一些，细绳OA 的拉力大小不变，方向由F 1的方向变化为F 1′的方向，合力F 3′不变，细绳OB 的拉力应由F 2增大为F 2′，同时β减小，选项C 错误、D 正确．答案 (1)CD (2)BD6．解析 建立以x 为纵轴，t 2为横轴的图象如图所示，图线是一条过原点的直线，所以x 与t 2成正比．所以x ＝kt 2，再由图线上的点可求出k ＝0.322.答案 图见解析图x ＝0.322 t 27．解析 (1)判断摩擦力是否平衡，要根据小车不受拉力作用时，沿长木板能否做匀速直线运动．(2)小车在拉力作用下做匀变速直线运动，由匀变速直线运动的规律可得：a ＝v 2B －v 2A2L.小车在不同拉力作用下均做匀变速直线运动，由v 2B －v 2A 与a 成正比可得：a ＝2.40 m/s 2.(3)根据表中a 与F 的数据描点，发现各点基本处于同一条直线上，通过各点作直线即可．(4)没有完全平衡摩擦力．当没有完全平衡摩擦力时，由F －f ＝ma 得：a ＝1m F －fm，a －F图线交于F 轴的正半轴．v2B－v2A 2L 2.40 (3)如图所示(4)没有完全平衡摩擦力答案(1)匀速直线(2)。