2019学年高一物理暑假作业16 力学实验（无答案） 5页

暑假作业(十六)力学实验创新设计 ‎1．某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验.所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=‎0.20 m).‎ 完成下列填空:‎ ‎(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为‎1.00 kg.‎ ‎(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为　　　　kg. ‎ ‎(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧.此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示.‎ 序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ m(kg)‎ ‎1.80‎ ‎1.75‎ ‎1.85‎ ‎1.75‎ ‎1.90‎ ‎　　(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为　　　　N;小车通过最低点时的速度大小为　　　　　m/s.(重力加速度大小取‎9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)‎ ‎2．在水平固定的长木板上 ‎,小明用物体A、B分别探究了加速度与外力的关系,实验装置如图甲所示(打点计时器、纸带未画出).实验过程中小明用不同的重物P分别挂在光滑的轻质动滑轮上,使平行于长木板的细线分别拉动长木板上的物体A、B由静止开始加速运动(纸带与打点计时器之间的阻力及空气阻力可忽略),实验后进行数据处理,小明得到了物体A、B的加速度a与轻质弹簧秤弹力F的关系图像分别如图乙中的①、②所示.‎ ‎(1)下列说法正确的是　　　. ‎ A.一端带有定滑轮的长木板不水平也可以达到实验目的 B.实验时应先接通打点计时器电源后释放物体 C.实验中重物P的质量应远小于物体的质量 D.弹簧秤的读数始终为重物P的重力的一半 ‎(2)小明仔细分析了图乙中两条线不重合的原因,得出结论:两个物体的质量不等,且mA　　　mB(填“大于”“等于”或“小于”);两物体与木板之间的动摩擦因数μA　　　μB(填“大于”“等于”或“小于”).‎ ‎3．气垫导轨是中学物理实验室中必备的实验器材之一,我们可以使用气垫导轨探究物体的加速度与力、质量的关系,研究做功与物体速度的关系,验证机械能守恒定律等.某次实验使用的装置如图甲所示,水平放置的气垫导轨上,质量为M的滑块A通过绕过滑轮C的细线与质量为 - 5 -‎ m的钩码B相连,当按下开关K解除滑块A的锁定后,滑块在钩码的牵引下从静止开始运动,与计时器相连的光电门D将记下滑块上的遮光条的遮光时间.气垫导轨和滑块均由铝合金制作,导轨顶角为90°且顶角平分线沿竖直方向,如图乙.现查得铝合金之间的动摩擦因数在0.15~0.19之间,为了确定动摩擦因数的具体值,可用此装置进行较准确的测量,实验操作步骤如下:‎ a.安装好气垫导轨,将滑块放在导轨上,启动气泵,调整气垫导轨使滑块能静止在导轨上;‎ b.关闭气泵,用控制开关K将滑块锁定,再用细线将滑块与钩码相连,光电门固定在尽量靠近滑轮一端的某位置;‎ c.启动气泵,按下开关K释放滑块,记录下遮光条P的遮光时间t1;‎ d.关闭气泵,再次用K锁定滑块,保持光电门位置和钩码数量不变,仍由静止释放滑块,记录下遮光条P的遮光时间t2.‎ ‎(1)步骤a的目的是　. ‎ ‎(2)根据上述实验操作,结合下列　　　组数据,即可计算铝合金之间的动摩擦因数. ‎ A.当地重力加速度g、滑块上遮光条到光电门的距离x和遮光条的宽度d B.滑块的质量M和遮光条的宽度d C.滑块的质量M和钩码的质量m D.滑块的质量M、钩码的质量m、滑块上遮光条到光电门的距离x和遮光条的宽度d ‎(3)根据你的选择,铝合金之间动摩擦因数的表达式为μ=　　　.‎ ‎4．在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,电火花计时器接220 V、50 Hz的交流电源.‎ ‎ ‎ ‎　　(1)设电火花计时器的打点周期为T,计算F点的瞬时速度vF的公式为vF=　　　;‎ - 5 -‎ ‎(2)他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表.以A点对应的时刻为t=0,试在如图乙所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像,并利用该图像求出物体的加速度a=　　　m/s2(结果保留两位有效数字);‎ 对应点 B C D E F 速度(m/s)‎ ‎0.141‎ ‎0.180‎ ‎0.218‎ ‎0.262‎ ‎0.301‎ ‎　　(3)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”). ‎ ‎5．如图甲所示,某同学将一端固定有滑轮的长木板水平放置在桌面上,利用钩码通过细线水平拉木块,让木块从静止开始运动.利用打点计时器在纸带上记录下的木块运动情况如图乙所示,其中O点为纸带上记录的第一个点,A、B、C是该同学在纸带上所取的计数点,图乙所标明的数据为A、B、C点到O点的距离.已知打点计时器所用交流电源的频率f=50 Hz.(计算结果均保留两位有效数字)‎ ‎(1)打点计时器打下B点时木块的速度为vB=　　　m/s;木块的加速度a=　　　m/s2. ‎ ‎(2)接着该同学利用天平分别测出钩码的质量m=‎0.10 kg、木块的质量M=‎0.40 kg,根据给出的与已经算出的数据,该同学计算出木块与木板间的动摩擦因数μ.请写出最后的结果μ=　　　(忽略滑轮的阻力,取g=‎10 m/s2).‎ ‎6．图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.‎ ‎(1)完成下列实验步骤中的填空.‎ ‎①平衡小车所受的阻力:不挂小吊盘,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列　　　　　　　　的点. ‎ ‎②按住小车,挂上小吊盘,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码.‎ ‎③接通打点计时器的电源,释放小车,获得带有点迹的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m0.‎ ‎④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.‎ ‎⑤在每条纸带上清晰的部分,每五个点取一个计数点.测量相邻计数点的间距x1,x2…求出与不同m0相对应的加速度a.‎ - 5 -‎ ‎⑥以砝码的质量m0为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上作出-m0关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m0应呈　　　(填“线性”或“非线性”)关系. ‎ ‎(2)①本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是　　　　　　　　. ‎ ‎②设纸带上三个相邻计数点的间距为x1、x2、x3.a可用x1、x3和Δt表示为a=　　　.图2为用刻度尺测量某一纸带上的x1、x2、x3的情况,由图可读出x1=　　　mm,x3=　　　mm.由此求得加速度的大小a=　　　m/s2. ‎ ‎③图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到的拉力为　　　,小车的质量为　　　. ‎ ‎7．某物理小组在探究“做功与物体动能变化的关系”时组装了一套如图甲所示的装置.‎ ‎(1)若用砂和砂桶的总重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,必须 ‎①将长木板右端适当抬高,以　　　　　　　;‎ ‎②满足条件:小车质量　　　(填“远大于”“远小于”或 “等于”)砂和砂桶的总质量;‎ ‎③使拉动小车的细线(小车到滑轮段)与长木板　　　. ‎ ‎(2)如图乙所示是打点计时器打出的小车在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带.对纸带的测量数据已用字母表示在图中,已知打点计时器的打点频率为f.若要利用这些数据验证动能定理,还需要测量哪些物理量?　. ‎ - 5 -‎ ‎(3)根据测量的数据,写出要验证的“做功与物体动能变化关系”的表达式:　.‎ ‎8．用如图甲所示的实验装置验证A、B组成的系统机械能守恒.B从高处由静止开始下落,A上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示.已知A的质量m1= ‎50 g、B的质量m2=‎150 g,则(g取‎9.8 m/s2,结果保留两位有效数字)‎ ‎(1)在纸带上打下计数点5时的速度v=　　　m/s;‎ ‎(2)在打点0~5过程中系统动能的增加量ΔEk=　　　J,系统势能的减少量ΔEp=　　　J,由此得出的结论是　　　　　　　　　　　　　;‎ ‎(3)若某同学作出的v2-h图像如图丙所示,则当地的实际重力加速度g=　　　m/s2. ‎ - 5 -‎