备战高考二轮复习专题复习高考热点仿真练热点24 力学教材实验拓展

热点24 力学教材实验拓展
1．如图1甲所示，气垫导轨上相隔一定距离的两处安装有两个光电传感器A 、B ，AB 间距为L ，滑块P 上固定一遮光条，P 与遮光条的总质量为M ，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A 、B 时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U 随时间t 变化的图象．
图1
(1)实验前，接通气源，将滑块P (不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块P ，当图乙中的t 1________t 2(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．
(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d ，测量结果如图丙所示，则d ＝________ mm.
(3)将滑块P 用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m 的钩码Q 相连，将滑块P 由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示．利用测定的数据，当关系式2mgL m ＋M ＝__________成立时，表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．(重力加速度为g ，用题中给定的物理量符号表达)
答案 (1)＝ (2)8.476(8.476～8.477均可)
(3)⎝⎛⎭⎫d t 22－⎝⎛⎭⎫d t 1
2 解析 (1)轻推滑块P ，当题图乙中的t 1＝t 2时，说明滑块P 经过两光电门的速度相等，则气垫导轨已经水平．
(2)螺旋测微器的固定刻度读数为8 mm ，可动刻度读数为0.01×47.6 mm ＝0.476 mm.由读数规则可得
d ＝8 mm ＋0.476 mm ＝8.476 mm ；
(3)滑块P 经过两光电门时的速度分别为：v 1＝d t 1；v 2＝d t 2；若机械能守恒则满足：mgL ＝12
(m ＋M )v 22－12(m ＋M )v 12，即满足2mgL m ＋M ＝⎝⎛⎭⎫d t 22－⎝⎛⎭
⎫d t 12. 2.如图2所示，某实验小组仅用一把刻度尺测量一根粗细均匀、不可伸长的细线的最大承受
力．将细线的一端固定在水平刻度尺(刻度尺固定)上A点，在所测细线的中点挂一个轻重适中的钩码，另一端B可以在刻度尺上左右移动．当A、B间的距离增大到某一值时，细线刚好被拉断，已知钩码的质量为m，重力加速度大小为g
.
图2
(1)实验小组需要直接测量的物理量有________、______(填物理量名称和符号，如“高度h”)：
(2)所测细线最大承受力大小的计算表达式为________(用已知和所测物理量符号表示)．
答案(1)A、B间距离d细线总长度L
(2)mgL
2L
2－d2
解析(1)由题意知，需利用平行四边形定则求细线上的拉力，根据几何关系，需测量A、B 间距离d和细线总的长度L；
(2)对钩码受力分析，如图所示．根据几何关系得：L2
4
－d2
4
L
2
＝
mg
2
F T
，解得细线上拉力为：F T
＝mgL
2L2－d2
.
3．某同学用图3甲所示的实验装置测定当地的重力加速度，正确操作后获得如图乙所示的一条纸带．他用天平测得小车的质量为M，钩码质量为m，毫米刻度尺测得纸带上自0点到连续点1、2、3、4、5、6的距离分别为：d1＝1.07 cm、d2＝2.24 cm、d3＝3.48 cm、d4＝4.79 cm、d5＝6.20 cm、d6＝7.68 cm.已知实验所用交流电频率为f＝50 Hz.
图3
(1)打点2时小车的速度大小为________ m/s(结果保留两位有效数字)；
(2)小车运动过程中的平均加速度大小为________ m/s 2(结果保留两位有效数字)；
(3)以各点速度v 的二次方为纵坐标，以各点到0点的距离d 为横坐标，作v 2－d 图象，所得图线为一条斜率为k 的倾斜直线，不考虑小车与桌面间的摩擦，则当地的重力加速度g ＝________(用m 、M 、k 表示)．
答案 (1)0.60 (2)2.0 (3)k (m ＋M )2m
解析 (1)打点2时小车的速度大小为
v 2＝d 3－d 12T ＝(3.48－1.07)×10－2
2×0.02
m /s ≈0.60 m/s (2)由逐差法可得，小车运动过程中的平均加速度大小为
a ＝d 36－d 039T 2＝d 6－2d 39T 2
＝(7.68－2×3.48)×10－2
9×0.022 m /s 2＝2.0 m/s 2 (3)由v 2＝2ad 可知v 2－d 图象的斜率为k ＝2a ，则a ＝12
k ；由牛顿第二定律：mg ＝(m ＋M )a ，解得g ＝k (m ＋M )2m
. 4．甲、乙两同学均设计了测定动摩擦因数的实验．已知重力加速度为g .
图4
(1)甲同学所设计的实验装置如图4甲所示．其中A 为一质量为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．实验时用力将A 从B 的下方抽出，通过C 的读数F 1即可测出动摩擦因数．则该设计能测出________(选填“A 与B ”或“A 与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为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有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．
实验时，多次改变沙桶中沙的质量，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F －1t 2的图线如图丙所示，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，故该同学还应测出的物理量为____________．根据该测量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＝____________.
答案 (1)A 与B F 1mg
(2)光电门A 、B 之间的距离x
2xb kg 解析 (1)当A 达到稳定状态时B 处于静止状态，弹簧测力计的读数F 1与B 所受的滑动摩擦
力F f 大小相等，即F 1＝F f ，B 对木板A 的压力大小等于B 的重力mg ，由F f ＝μF N 得，μ＝F f F N
＝F 1mg
，μ为A 与B 之间的动摩擦因数． (2)物块由静止开始做匀加速运动，根据匀加速直线运动的位移时间公式得：
x ＝12at 2，解得：a ＝2x t 2 对于物块，根据牛顿第二定律得F －μmg ＝ma
则：F ＝2mx t 2＋μmg
则图线的斜率为：k＝2mx，纵轴的截距为b＝μmg；
k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动摩擦因数：μ＝
b
mg
＝2xb
kg.。