【物理】2019届二轮复习力学实验作业（天津专用） 9页

力学实验专项训练 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ ‎1.(16分)如图所示,一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门,与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质力传感器能显示挂钩处所受的拉力。‎ ‎(1)在探究质量一定,加速度与合外力的关系时,要使力传感器的示数等于小车所受合外力,必须进行的操作是　　　　　　　　　　　　　　。然后保证小车的质量不变,多次向沙桶里加沙,测得多组a和F的值,画出的a-F图象是　　　　。 ‎ ‎(2)在探究合外力一定,加速度与质量的关系时,先测出小车质量m,再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动,读出小车在两光电门之间的运动时间t。改变小车质量m,测得多组m、t的值,建立坐标系描点作出图线。下列能直观得出合外力一定时,加速度与质量成反比的图线是　　　　　。 ‎ ‎(3)如果用精度为0.02 mm的游标卡尺测量遮光片宽度,看到部分刻度如图所示,则正确的读数结果应该是　　　　 cm。 ‎ ‎2.(16分)某学习小组的同学欲探究滑块与桌面间的动摩擦因数,他们在实验室组装了一套如图甲所示的装置,另外他们还找到打点计时器及所用的学生电源、天平、刻度尺、导线、纸带、钩码若干。‎ 该小组同学的实验步骤如下:用天平称量滑块的质量m0=300 g,将滑块放在水平桌面上并连接上纸带,用细线通过滑轮挂上两个钩码(每个钩码的质量为100 g),调整滑轮高度使细线与桌面平行,让钩码拉动滑块、纸带由静止开始加速运动,用打点计时器记录其运动情况。实验记录的纸带如图乙所示,图中前几个点模糊,因此从点迹清晰的A点开始研究,每隔4个点取一个计数点。若电源频率为50 Hz,则打点计时器打下B点时,滑块的速度为m/s;滑块运动的加速度为　　　　m/s2;滑块与桌面间的动摩擦因数μ=　　　　。(重力加速度g取10 m/s2,结果保留两位有效数字) ‎ ‎3.(16分)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,如图甲所示,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,托盘秤的示数如图乙所示,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,计算结果保留两位有效数字) ‎ ‎4.(16分)某实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。小钢球自由下落过程中,计时装置测出小钢球先后通过光电门A、B的时间分别为tA、tB,用小钢球通过光电门A、B的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,当地的重力加速度为g,小钢球所受空气阻力可忽略不计。‎ 甲 乙 ‎(1)先用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图乙所示,钢球直径为d=　　　cm。 ‎ ‎(2)要验证机械能是否守恒,只要比较　　　　　　　　与　　　　　　　　是否相等。 ‎ ‎(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度　　　　(选填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,导致动能增加量ΔEk总是稍　　　　(选填“大于”或“小于”)重力势能减少量ΔEp,且随小钢球下落起始高度的增加,误差越来越　　　(选填“大”或“小”)。 ‎ ‎5.(18分)某实验小组采用如图所示的装置探究动能定理,图中小车中可放置砝码。实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为 50 Hz。‎ ‎(1)实验的部分步骤如下:‎ ‎①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码。‎ ‎②将小车停在打点计时器附近,　　　　　　　　,　　　　　　　　,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,　　　　　　　　。 ‎ ‎③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作。‎ ‎(2)下图是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表格中的相应位置。‎ 纸带的结果 测量点 x/cm v/(m·s-1)‎ O ‎0.00‎ ‎0.35‎ A ‎1.51‎ ‎0.40‎ B ‎3.20‎ ‎0.45‎ C ‎　　 ‎ ‎　　 ‎ D ‎7.15‎ ‎0.54‎ E ‎9.41‎ ‎0.60‎ ‎(3)在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,　　　　　　　　　　　做正功,　　　　　做负功。 ‎ ‎(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中Δv2=v2-v‎0‎‎2‎),根据图线可获得的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。要验证“动能定理”,还需测量的物理量是摩擦力和　　　　　　　　。 ‎ ‎6.(18分)‎ 甲 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:‎ ‎①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。‎ ‎②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:‎ F/N ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l/cm l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O',橡皮筋的拉力记为FOO'。‎ ‎④在弹簧测力计挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在弹簧测力计挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使弹簧测力计挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。‎ 乙 完成下列作图和填空:‎ ‎(1)利用表中数据画出F-l图线,根据图线求得l0=　　　　 cm。 ‎ ‎(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为　　　　 N。 ‎ ‎(3)根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F'的图示。‎ ‎(4)通过比较F'与　　　　的大小和方向,即可得出实验结论。 ‎ 答案：‎ ‎1.答案 (1)平衡摩擦力　C　(2)C ‎(3)1.010‎ 解析 (1)小车与木板之间存在摩擦力,这样就不能用绳子的拉力代替合力,所以首先必须要平衡摩擦力。小车质量m0一定时,加速度与合外力F成正比,故C正确。‎ ‎(2)小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动,位移x=‎1‎‎2‎at2,所以加速度a=‎2xt‎2‎,改变小车质量m,测得多组m、t的值,由于位移不变,所以a与t2成反比,又合外力一定时,加速度与质量成反比,则t2与m成正比,正确的图线是C,故选C。‎ ‎(3)读数为1 cm+0.02 mm×5=1.010 cm。‎ ‎2.答案 0.74　0.64　0.56‎ 解析 滑块做匀变速直线运动,一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,则vB=AC‎2t‎=‎‎0.147 3‎‎0.2‎ m/s=0.74 m/s;利用逐差法求滑块的加速度,a=CE-AC‎4‎t‎2‎‎=‎‎0.320 1-2×0.147 3‎‎4×0.01‎ m/s2=0.64 m/s2;根据牛顿第二定律可得2mg-μm0g=(2m+m0)a,μ=‎2mg-(2m+m‎0‎)am‎0‎g=0.56。‎ ‎3.答案 (2)1.40　(4)7.9　1.4‎ 解析 (2)根据有效数字读数规则可知,托盘秤的示数为1.40 kg;‎ ‎(4)托盘秤示数的平均值为 ‎1.80+1.75+1.85+1.75+1.90‎‎5‎‎ kg=1.81 kg,则小车经过最低点时对桥的压力FN=(1.81-1.00)×9.80 N=7.9 N 由题意知,小车的质量m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,设小车过最低点时的速度为v,根据牛顿第二定律有FN-mg=mv‎2‎R,解得v=1.4 m/s。‎ ‎4.答案 (1)0.865　(2)d‎2‎‎2‎tB‎2‎‎-‎d‎2‎‎2‎tA‎2‎　gh ‎(3)小于　小于　大 解析 (1)d=8 mm+0.05×13 mm=8.65 mm=0.865 cm。(2)比较mgh与‎1‎‎2‎mv‎2‎‎2‎-‎1‎‎2‎mv‎1‎‎2‎。质量可以消去,且初、末速度已求出,因此比较gh与d‎2‎‎2‎tB‎2‎‎-‎d‎2‎‎2‎tA‎2‎。(3)由于小钢球做匀加速直线运动,平均速度等于中间时刻的速度,中间时刻的速度小于中间位置的速度,‎ 因此平均速度小于小钢球球心通过光电门时的瞬时速度,从而导致动能增加量小于重力势能减少量;当起始高度增加,v1、v2都增加,从而平均速度与中点的速度差距越来越大。‎ ‎5.答案 (1)接通电源　释放小车　断开开关 ‎(2)5.09(5.05~5.10)　0.49(0.48~0.50)　(3)钩码的重力　摩擦力　(4)小车初、末速度的二次方差与位移成正比　小车质量 解析 (1)实验中应先接通电源,让打点计时器开始打点,再释放小车,在纸带上打出一系列点,最后断开开关,停止打点。(2)小车做匀加速直线运动,从刻度尺中读出xC=5.09 cm(分度值为1 mm,再估读一位),C点速度等于B、D两点间的平均速度即vC=BD‎4T=0.49 m/s。(3)在移动过程中钩码受的重力是动力,其重力做正功,小车受的摩擦力做负功。(4)Δv2-x图象是过原点的倾斜直线,说明Δv2与x成正比关系,即小车初、末速度的二次方差与位移x成正比关系,Δv2=kx,由‎1‎‎2‎mv2-‎1‎‎2‎mv‎0‎‎2‎=(m钩码g-Ff)x,式中m为小车和砝码的总质量,要验证上式成立还需测出摩擦力Ff和小车质量m车。‎ ‎6.答案 (1)如图甲所示;10.0(9.8、9.9、10.1均正确)‎ 甲 乙 ‎(2)1.80(1.70~1.90均正确)‎ ‎(3)如图乙所示 ‎(4)FOO'‎ 解析 (1)作出F-l图线,由F=k(l-l0)可得,直线与横轴的截距即为l0,由图可知,l0=10.0 cm。‎ ‎(2)由题干表格可知,F=1.50 N时,l=13.00 cm,则橡皮筋的劲度系数k=FΔL=50 N/m;若OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则橡皮筋拉力FOA=k·ΔL'=50×(6.00+7.60-10.00)×10-2 N=1.80 N。‎ ‎(3)见答案图乙。‎ ‎(4)由图可知F'为作图法所得到的合力,FOO'等于真实合力,F'与FOO'不完全重合,存在一定误差,但在误差允许范围内,可得出实验结论。‎