【物理】2020届二轮复习实验题热点13　力学基础实验作业（山西专用） 6页

热点13　力学基础实验 热考题型 ‎　　力学实验的关键是测量速度和加速度,利用打点计时器在与小车(物块)连接在一起的纸带上打出的点迹,可以得到位移、速度、加速度、时间等物理量,小小纸带连接高考重点考查的五个力学实验:研究匀变速直线运动,测定动摩擦因数,探究加速度与力、质量的关系,探究动能定理,验证机械能守恒定律,真可谓“小纸带、大内涵”。‎ 题型一　以“纸带”为中心的实验 ‎1.用图甲所示的装置研究小车沿斜面在不同材料表面运动的情况,图乙是某同学在实验中获得的一条纸带,打点计时器的电源频率为50 Hz。‎ 甲 乙 ‎(1)图乙中A至N各点是打点计时器在纸带上连续打下的点,根据刻度尺上的数据可以判断,小车在打点计时器打下A、E间各点时在板面上做　　　运动,在打点计时器打下F、N间各点时在布面上做　　　　运动,打点计时器打下M点时对应的小车速度为　　　m/s。(结果保留2位有效数字) ‎ ‎(2)若已知斜面的倾角为θ,小车的质量为m,在布面上运动时加速度的大小为a,重力加速度为g,则小车在布面上所受的阻力大小为　　　　,与真实值相比,测量的布面阻力　　　　(填“偏大”或“偏小”)。 ‎ 答案　(1)匀速直线(或匀速)　匀减速直线(或匀减速)　0.33　(2)mg sin θ+ma　偏大 解析　(1)由题图乙可知,A至E点,相邻两点间间隔均匀,所以小车在打点计时器打下A、E间各点时做匀速直线运动。F至N点,相邻两点间间隔逐渐减小,且FG-GH=GH-HJ=HJ-JM=JM-MN,所以小车在打点计时器打下F、N间各点时做匀减速直线运动。vM=JM+MN‎2T=‎(7+6)×1‎‎0‎‎-3‎‎2×0.02‎ m/s≈0.33 m/s ‎(2)由牛顿第二定律得:Ff-mg sin θ=ma,所以Ff=mg sin θ+ma。由于存在空气阻力和纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦阻力,故测量的布面阻力偏大。‎ 题型二　以“光电门”为中心的实验 ‎2.图甲是实验室测定水平面和小物块之间动摩擦因数的实验装置,曲面AB与水平面相切于B点且固定。带有遮光条的小物块自曲面上某一点释放后沿水平面滑行最终停在C点,P为光电计时器的光电门,已知当地重力加速度为g。‎ 甲 乙 ‎(1)利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示,则遮光条的宽度d=　　　　cm; ‎ ‎(2)实验中除了测定遮光条的宽度外,还需要测量的物理量有　　　　; ‎ A.小物块质量m B.遮光条通过光电门的时间t C.光电门到C点的距离x D.小物块释放点的高度h ‎(3)为了减小实验误差,同学们采用图像法来处理实验数据,他们根据(2)测量的物理量,建立如图所示的坐标系来寻找关系,其中合理的是　　　　。 ‎ 答案　(1)1.060　(2)BC　(3)B 解析　(1)主尺的读数是1.0 cm,游标尺上的第12条刻度线与主尺的刻度线对齐,读数是0.05×12 mm=0.60 mm,则游标卡尺的读数是10 mm+0.60 mm=10.60 mm=1.060 cm。‎ ‎(2)实验的原理:根据遮光条的宽度与遮光条通过光电门的时间可求得滑块通过光电门时的速度v=dt;滑块从B到C的过程中,摩擦力做功,根据动能定理得-μmgx=0-‎1‎‎2‎mv2,联立以上两式得动摩擦因数μ=d‎2‎‎2gxt‎2‎。则还需要测量的物理量是光电门P到C点的距离x与遮光条通过光电门的时间t,故B、C正确,A、D错误。‎ ‎(3)由动摩擦因数的表达式可知,μ与t2和x的乘积成反比,所以x-‎1‎t‎2‎图线是过原点的直线,应该建立‎1‎t‎2‎-x坐标系,故B项正确,A、C、D项错误。‎ 跟踪集训 ‎1.为了探究加速度与力、质量的关系,甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实验装置,小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器质量,丙图中M包括小车和与小车相连的滑轮质量),钩码总质量用m表示。‎ 甲 乙 丙 ‎(1)三组实验中需要平衡小车与长木板间摩擦力的是　　　　(用甲、乙、丙表示)。 ‎ ‎(2)三组实验中需满足M≫m关系的是　　　　。 ‎ ‎(3)若采用图甲所示方法研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量的关系”,M为小车总质量(其中小车自身质量用M0表示,车上所加砝码质量用m0表示),所画出的实验图像如图所示。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,则小车受到的拉力为F=　　　　,小车的质量为M0=　　　　。 ‎ 答案　(1)甲、乙、丙　(2)甲　(3)‎1‎k　‎bk 解析　(1)三组实验都是用细线的拉力表示小车受到的合外力,所以都需要平衡摩擦力。‎ ‎(2)甲图中钩码的总质量对应的重力大小表示小车受到的合外力大小,乙图中小车受到的合外力用力传感器测出,丙图中小车受到的合外力则是测力计示数的2倍,因此三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件。‎ ‎(3)根据牛顿第二定律得F=(M0+m0)a,变形得‎1‎a=‎1‎Fm0+M‎0‎F,所以‎1‎a-m0图线的斜率为‎1‎F,则k=‎1‎F,解得F=‎1‎k;纵轴截距M‎0‎F=b,解得小车质量M0=bk。‎ ‎2.(2017河北邯郸摸底)某同学安装如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。‎ 甲 乙 ‎(1)此实验中,应当让重物做　　　　　运动,　　　　(填“需要”或“不需要”)测出重物的质量。 ‎ ‎(2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,该同学选取如图乙所示的一段纸带,对BD段进行研究。求得B点对应的速度vB=　　　　m/s(保留两位有效数字),若再求得D点对应的速度为vD,测出重物下落的高度为hBD,则还应计算　　　　与　　　　　　大小是否相等(填字母表达式)。 ‎ ‎(3)该同学在上述实验过程中存在的问题是 　; ‎ 研究纸带时存在的问题是　, ‎ 实验误差可能较大。‎ 答案　(1)自由落体　不需要 ‎(2)0.19　ghBD　‎1‎‎2‎(vD‎2‎-vB‎2‎)‎ ‎(3)重物距离桌面太近(或“纸带打点过短”等与此类似的答案)　B、D两点时间间隔过短 解析　(1)由实验原理知,应让重物在松开手后做自由落体运动。根据机械能守恒,mgΔh=‎1‎‎2‎m(v‎2‎‎2‎-v‎1‎‎2‎),整理后,得gΔh=‎1‎‎2‎(v‎2‎‎2‎-‎1‎‎2‎),所以不需要测量重物的质量。‎ ‎(2)B点速度等于 AC段的平均速度,vB=AC‎2T≈0.19 m/s。根据实验原理知,还应计算ghBD与‎1‎‎2‎(vD‎2‎-vB‎2‎),看两者大小是否相等。‎ ‎(3)重物距离桌面太近,纸带打点过短;B、D两点时间间隔太短,实验误差较大。‎