【物理】2020届二轮复习力学实验作业(1) 6页

课时作业 9　力学实验 ‎1．用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图甲所示，则直径d＝________mm；用游标卡尺测量金属丝的长度，如图乙所示，则长度L＝________cm.‎ 游标卡尺和螺旋测微器的读数是常考的内容，如力学实验中常测遮光片的宽度、小球的直径等，电学实验中测量金属丝的直径、长度等．‎ 解析：螺旋测微器上固定部分读数为‎2.5 mm，可动部分读数为18.7×‎0.01 mm＝‎0.187 mm，故d＝‎2.687 mm.游标卡尺主尺读数为‎102 mm，游标尺读数为7×‎0.05 mm＝‎0.35 mm，故L＝‎102 mm＋‎0.35 mm＝‎102.35 mm＝‎10.235 cm.‎ 答案：2.687(2.685～2.689之间即可)　10.235‎ ‎2．如图甲所示为某实验小组设计的测量动摩擦因数的实验装置．‎ 该小组给滑块不同的初速度使其从底端沿固定倾斜的长木板上滑，滑块运动到最高点后再沿原路返回，通过光电门记录其两次通过光电门的时间，并通过碳粉记录滑块在长木板上滑行时能到达的最高点的位置．‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)下列说法正确的是________．‎ A．为了减小实验误差，应选择宽度较大的挡光片 B．为了减小实验误差，应选择宽度较小的挡光片 C．为了完成本实验，应调节长木板的倾角，使倾角大于某值 D．为了完成本实验，应调节长木板的倾角，使倾角小于某值 ‎(2)用螺旋测微器测得挡光片的宽度如图乙所示，则挡光片宽度为 ________ mm.‎ ‎(3)通过改变滑块的初速度(滑块均能通过光电门)，测量出多组实验数据，计算出滑块向上运动通过光电门的速度为v1‎ ‎、滑块下滑通过光电门的速度为v2、滑块到达的最高点到光电门的距离为s.现以v－v为纵轴、以s为横轴，如果描绘的图线的斜率为k，长木板倾角的余弦值为cos θ，重力加速度为g，则滑块与长木板之间的动摩擦因数为μ＝________.(用以上的物理量符号表示)‎ 解析：(1)挡光片的宽度与挡光时间的比值是滑块通过光电门的平均速度，当挡光时间较短时，可以认为该速度近似等于滑块通过光电门时的瞬时速度，因此挡光片的宽度越小，该平均速度越接近瞬时速度，误差越小；当长木板的倾角大于某值时，滑块的重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，滑块到达最高点后可以反向下滑，否则滑块到达最高点后将静止，不能完成本实验．故选项B、C正确．‎ ‎(2)由螺旋测微器的读数规则可知，挡光片的宽度为‎1.5 mm＋25.0×‎0.01 mm＝‎1.750 mm.‎ ‎(3)由牛顿第二定律和运动学公式可知，滑块上滑时有mgsin θ＋μmgcos θ＝ma1，v＝‎2a1s；滑块下滑时有mgsin θ－μmgcos θ＝ma2，v＝‎2a2s；整理各式得v－v＝4μgcos θ·s，由此可知k＝4μgcos θ，解得μ＝.‎ 答案：(1)BC　(2)1.750　(3) ‎3．[2019·四川省高三第二次联测]某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如下实验：‎ ‎①如图甲所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一端固定在O点，另一端A系一小段轻绳(带绳结)；将制图板竖直固定在铁架台上．‎ ‎②将质量为m＝‎100 g的钩码挂在绳结上，静止时描下橡皮筋下端点的位置A0；用水平力拉A点，使A点在新的位置静止，描下此时橡皮筋端点的位置A1；逐步增大水平力，重复5次……‎ ‎③取下制图板，量出A1、A2……各点到O的距离l1、l2……；量出各次橡皮筋与OA0之间的夹角α1、α2……‎ ‎④在坐标纸上作出－l图象如图乙所示．‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)已知重力加速度为g，当橡皮筋与OA0间的夹角为α时，橡皮筋所受的拉力大小为________．(用g、m、α表示)‎ ‎(2)取g＝‎10 m/s2，由图乙可得橡皮筋的劲度系数k＝________N/m，橡皮筋的原长l0＝________m．(结果保留两位有效数字)‎ 解析：(1)对结点受力分析，根据共点力平衡可知mg＝Tcosα，解得T＝.‎ ‎(2)在竖直方向，合力为零，则k(l－l0)cos α＝mg，解得＝(l－l0)，故图象斜率k′＝，由图象可知k＝mgk′＝1.0×102 N/m；由图象可知，＝1即α＝0时，l＝‎0.22 m，此时k(l－l0)＝mg，解得原长l0＝‎0.21 m.‎ 答案：(1)　(2)1.0×102　0.21‎ ‎4．某同学利用图1所示装置探究弹簧的弹性势能Ep与弹簧伸长量Δx之间的关系．‎ 实验步骤如下：‎ ‎(1)用游标卡尺测量遮光条宽度d，如图2所示，则测量值d＝________ mm；‎ ‎(2)按图1竖直悬挂好轻质弹簧，将轻质遮光条水平固定在弹簧下端，在立柱上固定一指针．标示出弹簧不挂重锤时遮光条下边缘的位置，并测出此时弹簧长度x0；‎ ‎(3)通过称量得到重锤的质量为m，用轻质细线在弹簧下方挂上重锤．测量出平衡时弹簧的长度为x1，并按图1所示将光电门组的中心线调至与遮光条下边缘同一高度．已知当地重力加速度为g ‎，则此弹簧的劲度系数为________；‎ ‎(4)用手缓慢地将重锤向上托起，直至遮光条恰好回到弹簧原长标记指针的等高处(保持细线竖直)，迅速释放重锤使其无初速下落，光电门组记下遮光条遮光的时间Δt，则此时重锤下落的速度为__________，弹簧此时的弹性势能为________．(均用题目所给字母符号表示)‎ 解析：(1)根据游标尺的读数规则可知d＝‎2.50 mm.‎ ‎(3)根据平衡条件得：k(x1－x0)＝mg 所以k＝ ‎(4)速度v＝ 根据机械能守恒得：‎ mg(x1－x0)＝Ep＋m()2‎ 即Ep＝mg(x1－x0)－m()2‎ 答案：(1)2.50　(3) ‎(4)　mg(x1－x0)－m()2‎ ‎5．测量动摩擦因数的实验方法比较多，小华利用了如图甲所示的实验装置对物块与水平台面之间的动摩擦因数进行了测量．小华首先将一斜面体固定在有一定高度的水平台面上，将物块从斜面体的顶端由静止释放，物块在水平台面上滑过一段距离x离开台面，经过一段时间落在水平面上，测量出落地点距离台面边缘的水平间距并记录为s.然后改变斜面体底端到台面边缘的距离x，重复上面的操作，得到多组x、s数据，最后作出s2－x图象如图乙所示．‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)每次物块均从斜面体的顶端由静止释放，其目的是________．‎ ‎(2)为了完成物块与水平台面间动摩擦因数的测量，除了实验步骤中记录的数据外，本实验还应测量的物理量有________．‎ A．斜面体的最高点距离台面的高度h ‎ B．物块的质量m C．台面到水平面的高度H ‎ D．重力加速度g ‎(3)如果图乙中图线的斜率绝对值为k，则物块与台面之间的动摩擦因数的关系式为μ＝________.(用以上的物理量符号表示)‎ 解析：每次物块均从斜面体的顶端由静止释放，是为了保证物块到达斜面体底端的速度相等，使物块在台面上运动的初速度相同．根据动能定理可知－μmgx＝mv2－mv，根据平抛运动规律可知H＝gt2，s＝vt，联立以上各式得s2＝－4μHx，故k＝4μH，解得μ＝，故还需要测量台面到水平面的高度H.‎ 答案：(1)使物块到达斜面体底端时的速度相等　(2)C　(3) ‎6．落体法是验证机械能守恒定律的主要方法之一，请回答下列问题：‎ ‎(1)做“用落体法验证机械能守恒定律”实验时，其中一个重要的步骤是接通电源释放纸带，下列操作合理的是________．‎ ‎(2)某次操作得到了如图所示的纸带，已知打点周期为T、重锤的质量为m，测出某几个计时点到第一个计时点O的距离，如图所示，打A点时重锤的动能应为________________________________________________________________________，‎ 如果选取A到E的过程完成机械能守恒定律的验证，则需要验证的关系式为________________________________________________________________________．‎ 解析：落体法是验证机械能守恒定律的重要手段之一，也是高考命题的重点．‎ ‎(1)实验时，应让重锤紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放，操作合理的应为D.‎ ‎(2)打A点时重锤的瞬时速度vA＝，则打A点时重锤的动能EkA＝mv＝，同理可得打E点时重锤的动能EkE＝mv＝m2＝，A到E过程中重锤重力势能的减少量ΔEp＝mg(h4－h1)，则需要验证的关系式为＝g(h4－h1)．‎ 答案：(1)D　(2)　＝g(h4－h1)‎