【物理】2019届二轮复习力学实验与创新作业（全国通用） 7页

课时作业12　力学实验与创新 ‎1．为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动，某同学设计了如图甲所示的实验，由静止释放小车，小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动．打点计时器打下的纸带如图乙所示，计时点0为打下的第一个点，该同学在测出计时点2、3、4到计时点0的距离x1、x2、x3后，将纸带由图示位置剪断，将每段纸带的下端对齐，依次并排粘贴在直角坐标系中，连接各段纸带上端的中点画出平滑曲线如图丙所示．对该实验结果的研究可知：‎ ‎(1)在有橡皮条弹力作用时，小车做加速度________的直线运动．‎ A．不断减小 B．不断增大 C．先增大后减小 D．先减小后增大 ‎(2)设打点周期为T，则由纸带测量数据可估算小车的最大速度vm＝________，该估算值________(选填“等于”、“大于”或“小于”)小车最大速度的实际值．‎ 解析：‎ ‎(1)由于相邻两个计时点之间的时间间隔相同，纸带的宽度相同，粘贴在如图丙的坐标系中的纸带形成的平滑曲线相当于速度—时间图象，根据速度—时间图象的斜率表示加速度，可知小车做加速度先减小后增大的直线运动．(2)题图丙中最长的纸带对应的速度最大，小车的最大速度vm＝.由于采用平均速度代替瞬时速度，在该段纸带中某位置小车的速度应该最大，最大速度应该大于按照平均速度计算得出的数值，所以该估算值小于小车最大速度的实际值．‎ 答案：(1)D　(2)　小于 ‎2．[2018·天津卷，9(2)]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．‎ ‎①具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是________．‎ A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同 C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度 D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 ‎②该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．‎ 解析：①A错：两绳套拉力的合力不一定沿角平分线．‎ B对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉像皮条结点O的位置相同，不同次实验结点O的位置可以不同．‎ C对：为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度．‎ D错：合力可以比分力大，也可以比分力小．‎ ‎②‎ 为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些．故选B.‎ 答案：①BC　②B ‎3．某同学现要测定当地的重力加速度，实验装置如图甲所示，质量为M的滑块放在气垫导轨上，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，每个钩码的质量为m，且M＝4m，已知挡光片的宽度为d，挡光片距光电门的距离为L.实验步骤如下：‎ ‎①将气垫导轨调至水平，打开气源，将滑块由静止释放，测出滑块上的挡光片通过光电门的时间；‎ ‎②取一个钩码置于滑块上，然后重复实验步骤①；‎ ‎③重复实验步骤②，直到6个钩码全部置于滑块上为止．‎ 在该同学的实验中，每次移动钩码后都从同一位置释放滑块，设悬挂钩码的个数为n时挡光片通过光电门的时间为t，根据所测数据绘出n－的图象如图乙所示，若图线斜率为k，则当地重力加速度g＝________(用题中字母表示)．‎ 解析：当悬挂钩码的个数为n时，滑块通过光电门的速度v＝，根据v2＝2aL，得＝2aL，此时系统的加速度a＝＝，代入解得n＝，图线的斜率k＝，解得g＝.‎ 答案： ‎4．某同学设计利用如图所示的实验装置来进行“探究功与速度的变化关系”的实验，斜槽倾斜部分可自由调节，将一木板竖直放置并固定，木板到斜槽末端O的距离为s，使小物块从斜槽上某点由静止释放，小物块从O点做平抛运动击中木板时下落的高度为y.‎ ‎(1)小物块离开O点的速度为________．‎ ‎(2)为了测出小物块与轨道之间的摩擦力所做的功，可将斜槽慢慢调节至小物块能在斜槽上做匀速直线运动，记下此时斜槽倾角为θ，则小物块与斜槽间的摩擦因数μ＝________.取斜槽上某点为标记点，标记点到O点的水平距离为x，则小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功Wf＝________(小物块与各接触面间摩擦因数相同)．‎ ‎(3)抬高斜槽，保持标记点与O点的水平距离x不变，将小物块在标记点处由静止滑下，多次重复实验可以得出，小物块从标记点到O点的过程中重力做的功W与y的关系式应为____________________．‎ 解析：(1)根据平抛运动规律得s＝v0t，y＝gt2，联立解得v0＝.‎ ‎(2)小物块能在斜槽上做匀速直线运动，根据平衡条件得mgsinθ＝μmgcosθ，解得μ＝tanθ.取斜槽上某点为标记点，标记点到O点的水平距离为x，设轨道水平部分长度为x1，小物块在斜槽轨道上做匀速直线运动，克服摩擦力做功为Wf1，由动能定理可得，mg(x－x1)tanθ－Wf1＝0，小物块在水平轨道上运动，克服摩擦力做功Wf2＝μmgx1＝mgx1tanθ，则小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功Wf＝Wf1＋Wf2＝mgxtanθ.‎ ‎(3)由小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功Wf＝Wf1＋Wf2＝mgxtanθ可知，克服摩擦力做功只与水平位移x有关，对小物块从标记点运动到O点的过程，由动能定理得W－Wf＝m v，而v0＝，解得W＝mgxtanθ＋mgs2·.‎ 答案：(1)　(2)tanθ　mgxtanθ　(3)W＝mgxtanθ＋mgs2· ‎5．甲、乙两同学均设计了测量动摩擦因数的实验．已知重力加速度为g.‎ ‎(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中A为置于水平面上的质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计，连接弹簧的细绳水平．实验时用力拉动A，当C的示数稳定后(B仍在A上)，读出其示数F，则该设计能测出________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，且μ＝________.‎ ‎(2)乙同学的设计如图乙所示．他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面上，物块与滑轮间的细绳水平．实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t；在坐标系中作出的F－图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b.因乙同学不能测出物块质量，故该同学还应该测出的物理量为______________(填所测物理量及其符号)．根据所测物理量及图线信息，可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为μ＝________.‎ 解析：(2)F－μmg＝ma，x＝at2，得F－μmg＝m· ‎，结合图象可得b＝μmg，k＝2mx，解得μ＝.‎ 答案：(1)A与B　 ‎(2)光电门A、B之间的距离x　 ‎6．某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来验证动量守恒定律，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有强粘性的胶水．图中滑块a和挡光片的总质量为m1＝0.620 kg，滑块b的质量为m2＝0.410 kg，实验步骤如下：‎ ‎①按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块a置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的时间________；‎ ‎②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后将滑块a水平压缩弹簧，滑块a在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；‎ ‎③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；‎ ‎④实验后，分别记录下滑块a通过光电门1的时间t1，两滑块一起通过光电门2的时间t2.‎ ‎(1)完成实验步骤①中所缺少的内容．‎ ‎(2)实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度d如图乙所示，则d＝________cm.‎ ‎(3)设挡光片通过光电门的时间为Δt，则滑块通过光电门的速度可表示为v＝________(用d，Δt表示)．‎ ‎(4)实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1＝2.00 m/s，两滑块经过光电门2的速度为v2＝1.20 m/s，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1＝________ kg·m/s，p2＝________ kg·m/s(结果均保留三位小数)．‎ 解析：(1)在步骤①‎ 中气垫导轨安装时应保持水平状态，滑块在轨道上应做匀速直线运动，故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等．‎ ‎(2)游标卡尺的主尺读数为15 mm，游标尺读数为0.05×10 mm＝0.50 mm，所以挡光片的宽度为d＝15 mm＋0.50 mm＝15.50 mm＝1.550 cm.‎ ‎(3)由于挡光片的宽度比较小，故滑块通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度，故滑块通过光电门的速度可表示为v＝.‎ ‎(4)两滑块相互作用前系统的总动量为p1＝m1v1＝0.620×2.00 kg·m/s＝1.240 kg·m/s.两滑块相互作用后系统的总动量为p2＝(m1＋m2)v2＝(0.620＋0.410)×1.20 kg·m/s＝1.236 kg·m/s.‎ 答案：(1)相等　(2)1.550　(3)　(4)1.240　1.236‎