[推荐学习]高考物理二轮复习 专题整合突破五 物理实验 第12讲 力学实验效果自评

力学实验
1.[2015·抚顺期中]某同学验证动能定理的实验装置如图1所示。

水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑片，其总质量为M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m ；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t ，L 表示A 、B 两点间的距离。

滑块与气垫导轨间没有摩擦，用g 表示重力加速度。

(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度。

将游标卡尺的测量爪合在一起，发现游标尺的零刻度线与主尺的零刻度线不重合，如图2甲所示。

用此游标卡尺测遮光片的宽度时示数如图2乙所示读数值d 测＝________mm ，遮光片宽度的实际值d 真＝________mm 。

(2)该同学首先调整导轨倾角，易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在滑块上。

让滑块恰好在A 点静止，此时易拉罐和里面的细沙总质量为m 。

剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为________。

(3)为验证从A →B 过程中小车合外力做功与滑块动能变化的关系，需要验证的关系式为________(用题目中所给的物理量符号表示)。

答案 (1)1.4 2.0 (2)mg (3)mgL ＝12M (d t
)2 解析 (1)乙图游标卡尺的主尺读数为：0.1 cm ＝1 mm ，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为4×0.1 mm＝0.4 mm ＝0.04 cm ，所以最终读数为：
1 mm ＋0.4 mm ＝1.4 mm ，甲图游标尺上第6个刻度和主尺某刻度对齐，遮光片的实际宽度为：1.4 mm ＋0.6 mm ＝2.0 mm 。

(2)小车匀速下滑时受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力为零；撤去拉力后，其余
力不变，故合力等于撤去的拉力，故其合力大小为mg 。

(3)小车获得的速度为：v ＝d t
，合外力做功为：W ＝mgL ，
根据功能关系可知需要验证的表达式为：mgL ＝12Mv 2，即：mgL ＝12M (d t
)2。

2．[2015·淮安调研]如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。

有一直径为d 、质量为m 的金属小球从A 处由静止释放，下落过程中能通过A 处正下方、固定于B 处的光电门，测得A 、B 间的距离为H (H ≫d )，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t ，当地的重力加速度为g 。

则：
(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d ＝________mm 。

(2)小球经过光电门B 时的速度表达式为____________________。

(3)多次改变高度H ，重复上述实验，作出1t 2随H 的变化图象如图丙所示，当图中已知量t 0、H 0和重力加速度g 及小球的直径d 满足以下表达式：________________时，可判断小球下落过程中机械能守恒。

(4)实验中发现动能增加量ΔE k 总是稍小于重力势能减少量ΔE p ，增加下落高度后，则ΔE p －ΔE k 将________(选填“增加”、“减小”或“不变”)。

答案 (1)7.25 (2)d t (3)1t 20＝2g d 2H 0或2gH 0t 20＝d 2
(4)增加
解析 (1)由图根据游标卡尺的刻度可读出为：7.25 mm ；(2)通过光电门认为是匀速运
动，有：v ＝d t 。

(3)由图线和在高空做自由落体运动可得：2gH ＝v 2，又∵v ＝d t ，∴2gH 0＝d 2
t 20
，由此得出答案。

(4)由于有空气阻力和摩擦力作用，则ΔE p －ΔE k 将增加。

3．如图甲，一个圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。

圆盘加速转动时，纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。

用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，用此装置打出的一条纸带如图丙所示(打点计时器所接交流电的频率为50 Hz ，A 、B 、C 、D ……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出)。

(1)根据图乙读出圆盘的直径为________cm ；
(2)根据图丙计算，打D 点时圆盘转动的角速度为________rad/s ；
(3)由图丙可知，纸带运动的加速度大小为________m/s 2。

答案 (1)6.000 (2)13 (3)0.60
解析 (1)整数部分为60 mm ，小数部分为零，由于精确度为0.05 mm ，故需写到0.001 cm 处，故读数为6.000 cm ；故直径为6.000 cm ； (2)打下计数点D 时，速度为v D ＝CE 2T ＝0.1320－0.05402×0.1＝0.390 m/s ，故ω＝v r ＝0.3900.03
＝13 rad/s ；
(3)纸带运动的加速度为
a ＝
Δx Δt 2＝CE －AC Δt 2＝0.1320－0.0540－0.05400.22＝0.60 m/s 2。

4．物理兴趣小组的同学现用如图所示的实验装置“研究匀变速直线运动”：表面粗糙
的木板固定在水平桌面上，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz ，小车到滑轮的距离大于钩码到地面之间的距离。

实验时先用手固定小车，挂上适量的钩码，接通打点计时器的电源，释放小车，小车在钩码的作用下开始做匀加速运动，打点计时器在纸带上打出一系列的点。

钩码落地后，小车继续在木板上向前运动。

下图是钩码落地后打点计时器打出的一段纸带，相邻两计数点之间的时间间隔为T ＝0.1 s ，解答下列问题(计算结果保留两位有效数字)：
(1)他们已计算出小车在通过计数点1、2、3、4、5、6的瞬时速度，并填入了下表，以0点为计时起点，根据表中的数据请你在下图中作出小车的v ­t 图象；
(2)由所作的v ­t 图象可判断出小车做________(选填“匀速直线运动”或“匀变速直线运动”或“不能判断”)；
(3)根据图象可求得钩码落地后小车的加速度a ＝________m/s 2
；
(4)若小车的质量m ＝1 kg ，则小车与木板之间的动摩擦因数μ＝________(g ＝10 m/s 2)。

答案 (1)图见解析 (2)匀变速直线运动 (3)0.49～0.50 (4)0.049～0.050
解析 (1)由于纸带是钩码落地后打出的，可大概确定小车做匀减速直线运动，由表格中的速度画v ­t 图象。

(2)由v ­t 图可判定小车做匀减速直线运动。

(3)a ＝Δv Δt
＝0.49 m/s 2(0.49～0.50 m/s 2)。

(4)由牛顿第二定律可知
μmg ＝ma
μ＝a g ＝0.4910
＝0.049(0.049～0.050)。

5. [2015·山东高考]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将弹簧秤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弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O 1、O 2，记录弹簧秤的示数F ，测量并记录O 1、O 2间的距离(即橡皮筋的长度l )。

每次将弹簧秤示数改变0.50 N ，测出所对应的l ，部分数据如下表所示：
F OO ′。

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，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，使秤钩的下端达到O 点，将两笔尖的位置标记为A 、B ，橡皮筋OA 段的拉力记为F OA ，OB 段的拉力记为F OB 。

完成下列作图和填空：
(1)利用表中数据在图丙中画出F­l图线，根据图线求得l0＝________cm。

(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则F OA的大小为________N。

(3)在图丁中根据给出的标度，作出F OA和F OB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)如图1所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)
(2)1.80(1.70～1.90均正确) (3)如图2所示(4)F OO′
解析(1)如图1所示，由图象知图线与横轴交点横坐标即弹簧原长，故l0＝10.0 cm。

(2)由图象知橡皮筋的劲度系数k＝50.0 N/m，OA、OB的长度之和是13.60 cm，原长10 cm，则形变量Δx＝3.60 cm，所以弹力T＝kΔx＝1.80 N。

(3)合力F′的图示如图2所示。

(4)橡皮筋搭在秤钩上拉至O点和把橡皮筋挂在秤钩上拉至O点效果相同，F′应与F OO′比较。