2020版高考物理一轮复习第五章+微专题45力学实验拓展与创新 5页

力学实验拓展与创新 ‎1.(2018·河南省鹤壁市调研)某同学用如图1所示的实验装置测量滑块和木板之间的动摩擦因数，滑块上有一宽度为l的挡光片.‎ 图1‎ ‎(1)他首先测量滑块的加速度.该同学设计的思路是将滑块从距离光电门不同位置处由静止释放，用毫米刻度尺测量出该距离x，用光电门测出对应挡光片的挡光时间t.测出多组x、t的数据.该同学在直角坐标系中作出－x的图象，如果作出的图象为直线，图线的斜率为k，则滑块运动的加速度大小a＝________________.‎ ‎(2)实验中一共挂了三个钩码，如果每个钩码的质量为m，滑块的质量为5m，根据题中所给的数据可求出滑块与木板之间的动摩擦因数μ＝________________.(已知重力加速度为g)‎ ‎2.(2018·福建省宁德市质检)图2甲所示是测量圆盘转动的角速度的实验装置.水平放置的圆盘绕通过圆心的竖直轴匀速转动，圆盘转动时其边缘上固定的挡光片从光电门的狭缝中经过时，光电数字计时器可显示出光线被遮住的时间.图乙是用螺旋测微器测量挡光片的宽度，读数为________mm；图丙是用游标卡尺测量圆盘的直径，读数为________cm；若光电数字计时器显示的时间为50.0ms，则圆盘匀速转动的角速度为________rad/s(保留两位有效数字).‎ 图2‎ ‎3.(2019·福建省龙岩市质检)某兴趣小组想测量一卷弹性可忽略的尼龙线可承受的最大拉力，他们选择使用拉力传感器和钢卷尺来完成实验.他们首先从整卷线上剪下一段样品线(重力不计)，穿上一个质量很小且光滑度很高的小环，然后将线两端分别固定在两根竖直杆上的两个适当位置A、B，如图3所示，用拉力传感器拉住小环，竖直向下逐渐增大拉力，直到将线拉断.‎ 图3‎ ‎(1)第一次实验测量时，发现传感器的示数已经很大了但仍没有拉断尼龙线，他们分析发现尼龙线的长度不合适，应当将尼龙线长度________(填“加长”或“缩短”).‎ ‎(2)正确调整后进行第二次实验，竖直向下拉光滑小环，逐渐增大拉力，当观察到传感器示数为F时细线被拉断.‎ ‎(3)该兴趣小组要想得到尼龙线可承受的最大拉力，还需要测量的物理量是__________(并写出相应的符号).‎ ‎(4)写出计算承受最大拉力的表达式，Fm＝__________.‎ ‎4.(2018·湖北省部分重点中学联考)学习了“机械能守恒定律”之后，某研究性学习小组自行设计了“探究弹簧的弹性势能与形变量的关系”实验.他们的方法如下：‎ ‎(1)如图4甲所示，将轻弹簧上端连在固定于铁架台的力传感器上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出.用刻度尺测量弹簧的原长和伸长后的长度，从而确定伸长量.测量数据如表格所示.‎ 伸长量x/(×10－2m)‎ ‎2.00‎ ‎4.00‎ ‎6.00‎ ‎8.00‎ ‎10.00‎ 弹力F/N ‎1.60‎ ‎3.19‎ ‎4.75‎ ‎6.38‎ ‎8.02‎ ‎(2)以x为横坐标，F为纵坐标，请你在图乙中描绘出弹力与伸长量关系的图线.并由图线求得该弹簧的劲度系数k＝________(保留两位有效数字).‎ ‎　‎ 图4‎ ‎(3)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图丙所示.调整导轨至水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的时间近似相等.‎ ‎(4)用天平称得滑块的质量m＝300g.‎ ‎(5)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为________________.‎ ‎(6)多次重复(5)中的操作，在弹簧弹性限度内得到v与x的数据整理如下表所示：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ x/(×10－2m)‎ ‎1.00‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎5.00‎ ‎6.00‎ x2/(×10－4m2)‎ ‎1.00‎ ‎4.00‎ ‎9.00‎ ‎16.00‎ ‎25.00‎ ‎36.00‎ v/(m·s－1)‎ ‎0.161‎ ‎0.320‎ ‎0.479‎ ‎0.648‎ ‎0.800‎ ‎0.954‎ v2/(m2·s－2)‎ ‎0.026‎ ‎0.102‎ ‎0.229‎ ‎0.420‎ ‎0.6400‎ ‎0.910‎ mv2/J ‎0.0039‎ ‎0.0153‎ ‎0.0344‎ ‎0.0630‎ ‎0.0960‎ ‎0.1365‎ ‎(7)结合上面测出的劲度系数k和滑块质量m，可得到表达式：________________.‎ ‎(8)由上述实验可得的结论：______________________________________________.‎ 答案精析 ‎1.(1)　(2)－ 解析　(1)滑块到达光电门处的速度v＝，滑块从释放点运动到光电门处，由运动学公式有2ax＝v2，联立解得＝x，可知－x图象的斜率k＝，解得a＝.‎ ‎(2)因为不满足钩码的质量远小于滑块的质量，故需要对钩码和滑块整体受力分析，根据牛顿第二定律得3mg－μ×5mg＝8m×，解得μ＝－.‎ ‎2.7.980　20.25　1.6‎ 解析　由螺旋测微器读出挡光片的宽度为d＝7.5mm＋48.0×0.01mm＝7.980mm；由游标卡尺读数得圆盘的直径D＝202mm＋5×0.1mm＝202.5mm＝20.25cm.圆盘角速度ω＝，而θ＝×2π，综合两式并代入数据可得ω＝＝rad/s＝1.6rad/s.‎ ‎3.(1)缩短　(3)两杆之间的距离d，尼龙线的长度l ‎(4) 解析　‎ ‎(1)对小环受力分析，如图所示.根据平衡条件得2FTcosθ＝F，解得FT＝，当尼龙线的长度缩短时，两尼龙线之间的夹角增大，则cosθ减小，故在相同大小的力F作用下，拉力FT增大，更容易达到尼龙线的最大拉力，故应缩短尼龙线的长度.‎ ‎(3)(4)设两杆之间的距离d，两杆之间细线的有效长度l，由几何关系得cosθ＝，则Fm＝.‎ ‎4.(2)见解析图　80N/m(80～85均可)‎ ‎(5)滑块的动能 ‎(7)kx2＝mv2或者kx2＝mv2‎ ‎(8)在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比 解析　(2)根据数据画出的F－x图象如图：‎ 根据图象可得k＝＝80N/m.‎ ‎(5)释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为滑块的动能.‎ ‎(7)根据测出的数据，归纳可得kx2＝mv2.‎ ‎(8)由上述实验可得的结论：在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比.‎