【物理】2020届二轮复习力学实验作业（江苏专用） 7页

专题过关检测（十一） 力学实验 ‎1．(2019·江苏省四星级学校联考)用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。实验中，选取了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F……所示。通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E、F……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……‎ ‎(1)本实验中，打点计时器的工作电压为________(选填“220 V ”或“6 V以下”)交流电。‎ ‎(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出vt图像。‎ ‎(3)观察vt图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_______________。‎ ‎(4)描绘vt图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)。‎ 解析：(1)由于实验中所选用的为电磁打点计时器，所以打点计时器的工作电压为6 V以下的交变电压；‎ ‎(2)利用所给点迹描点连线，得图像如图所示：‎ 其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3；‎ ‎(3)结合图像可以看出小车速度随时间均匀变化，所以小车做匀加速运动；‎ ‎(4)Δt越小，则越接近计数点的瞬时速度，所以Δt越小越好，计算速度需要用到Δx的测量值，所以Δx的大小与速度测量的误差有关。‎ 答案：(1)6 V以下　(2)见解析图　(3)小车的速度随时间均匀变化　(4)越小越好　有关 ‎2．两实验小组分别作“探究加速度和力、质量的关系”实验。‎ ‎(1)A组用如图甲所示装置做实验，图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器可直接显示所受拉力的大小。做实验时，下列操作必要且正确的是________。‎ A．将长木板右端适当垫高，使小车能自由匀速滑动 B．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数 C．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 D．用天平测出砂和砂桶的质量 ‎(2)B组用如图乙所示的实验装置做实验。‎ ‎①在正确、规范的操作中，打出一条如图丙所示的纸带，每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器的频率为50 Hz。打第4个计数点时小车的速度v4＝______ m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a ‎＝________ m/s2。(保留三位有效数字)‎ ‎②平衡了摩擦力后，在小车质量M保持不变的情况下，不断往砂桶里加砂，直到砂的质量最终达到M。测出每次加砂后，砂和砂桶的总重力F和小车的加速度a，作aF的图像。下列图线正确的是________。‎ 解析：(1)实验前要平衡摩擦力，将长木板右端适当垫高，使小车能自由匀速滑动，选项A正确；实验时小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数，选项B正确；绳子的拉力可以由拉力传感器读出，实验中不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，选项C、D错误。‎ ‎(2)①每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，因此相邻两计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，打计数点4时小车的瞬时速度等于计数点3～5间的平均速度，则有：v4＝ m/s＝‎1.21 m/s；根据Δx＝aT2，解得a＝ m/s2＝‎2.02 m/s2。‎ ‎②平衡了摩擦力后，对小车有：T＝Ma，对砂和砂桶有：mg－T＝ma，联立可得：a＝。若满足m≪M，则有a＝＝，即aF的图像为过原点的一条倾斜直线，当砂和砂桶的质量较大时，不再满足m≪M这一条件，此情况下按相同方式描点的图像遵循a＝规律，随着砂的质量的增加，aF的图像的斜率k＝将减小，所以图线将向下弯曲。‎ 答案：(1)AB　(2)①1.21　2.02　②C ‎3．(2019·南京、盐城模拟)某实验小组利用如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。在铁架台的顶端有一电磁铁，正下方某位置固定一光电门，电磁铁吸住直径为d的小铁球，此时球心与光电门的竖直距离为h。断开电源，小球下落，通过光电门的挡光时间为t。请回答下列问题：‎ ‎　　‎ ‎(1)用游标卡尺测得小球的直径d如图乙所示，则该示数为________cm。‎ ‎(2)该实验需要验证的表达式为________________(用题中字母表示，设重力加速度为g)。‎ ‎(3)在实验过程中，多次改变h，重复实验，这样做可以________。‎ A．减小偶然误差 B．减小系统误差 C．使实验结论更具有普遍性 ‎(4)小组内某同学提出，用高为d的铁质小圆柱体代替小铁球可提高实验的准确性，其理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)用游标卡尺测得d＝‎0.5 cm＋13×‎0.05 mm＝‎0.565 cm。‎ ‎(2)小球到达光电门时的速度：v＝；则要验证的关系是：mgh＝mv2，即gh＝。‎ ‎(3)在实验过程中，多次改变h，重复实验，这样做不能减小偶然误差和系统误差，但可以使实验结论更具有普遍性，故选C。‎ ‎(4)小铁球经过光电门的挡光长度不一定是小球的直径，圆柱体挡光长度就是柱体高度，所以用高为d的铁质小圆柱体代替小铁球可提高实验的准确性。‎ 答案：(1)0.565　　(2)gh＝　(3)C　(4)小铁球经过光电门的挡光长度不一定是小球的直径，圆柱体挡光长度就是柱体高度 ‎4．(2019·泗阳县统测)探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图甲所示，根据实验中力传感器读数和电磁打点器打出纸带的测量数据等可分别求得外力对小车做功和小车动能的变化。‎ ‎(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是________。‎ A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 B．实验操作时要先放小车，后接通电源 C．调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行 D．在实验过程中要保证钩码的质量远小于小车的质量 ‎(2)除了图中所注明的器材外，实验中还需要交流电源、电线、刻度尺和________。‎ ‎(3)如图乙所示，为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量，另外，已知对应传感器的读数为F，小车的质量为M，钩码的总质量为m。请你以小车为研究对象，把要探究的结果用题中和纸带上的字母表达出来：________________________。‎ 解析：(1)为了减小误差，实验前必须进行平衡摩擦力的操作，选项A正确；实验时要先接通电源，再释放小车，选项B错误；调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行，选项C正确；因为装置中有力传感器，所以不需要保证钩码的质量远小于小车的质量，选项D错误。‎ ‎(2)因为实验中要求求出小车的动能及其增量，所以要求测量小车质量，即还需要天平。‎ ‎(3)打A点时小车的速度vA＝，打B点时小车的速度vB＝，要探究的结果是Fx＝MvB2－MvA2，即Fx＝。‎ 答案：(1)AC　(2)天平　(3)Fx＝ ‎5．用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。‎ ‎(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。‎ ‎(2)实验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，A、B间的距离为L。在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与____________(用直接测量的物理量符号表示)相等，则机械能守恒。‎ ‎(3)下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)。‎ A．滑块必须由静止释放 B．应使滑块的质量远大于钩码的质量 C．已知当地重力加速度 D．应使细线与气垫导轨平行 ‎(4)分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由题图乙知第14条刻度线与主尺对齐，d＝‎2 mm＋14×‎0.05 mm＝‎2.70 mm。‎ ‎(2)滑块和钩码的速度为v＝，增加的动能为：ΔEk＝(m＋M)v2＝(m＋M)2＝，当减少的重力势能与增加的动能相等时，机械能守恒，即mgL＝。‎ ‎(3)因为只有一个光电门只能测出末速度，所以要求初速度必须为零，即滑块必须由静止释放，故A必要；因为是验证机械能是否守恒，所以不要求滑块的质量远大于钩码的质量，故B不必要；由(2)可知在计算公式中含有重力加速度，故C必要；应将气垫导轨调节水平，保持细线方向与气垫导轨平行，这样拉力才等于合力，故D必要。‎ ‎(4)系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是气垫导轨右端偏高。‎ 答案：(1)2.70　(2)　(3)B　(4)气垫导轨右端偏高 ‎6．某同学利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度。‎ ‎(1)使用如图甲所示的游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的______是否对齐。用已检查好的游标卡尺测量钢球的直径d时，如图乙所示，d＝________mm。‎ ‎(2)如图丙所示，将光电门固定在桌子边缘，测量桌面离地高度为H ‎；钢球通过光电门的挡光时间为Δt，抛出后落地点到桌子边缘的水平距离为x。请写出重力加速度的表达式g＝________(用测量的物理量符号表示)。‎ ‎(3)如果光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，则重力加速度g 的测量值________真实值(选填“>”“＝”或“<”) 。‎ 解析：(1)使用游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的零刻度是否对齐。游标卡尺主尺读数为‎0.5 cm，游标尺0刻度线与主尺刻度线对齐，所以钢球的直径d＝‎5.0 mm。‎ ‎(2)钢球通过光电门时的速度即钢球做平抛运动的初速度为v0＝，根据平抛运动的规律可知：‎ 竖直方向：H＝gt2，‎ 水平方向：x＝v0t 由以上各式解得：g＝。‎ ‎(3)由(2)中分析可知：g＝，由于光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，所以钢球通过光电门后做减速运动，所以钢球做平抛运动的初速度小于v0，故测量的重力加速度偏大。‎ 答案：(1)零刻度线　5.0　(2)　(3)>‎