2019届二轮复习力学实验作业

力学实验1．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为_____ mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为_____ mm.解析：螺旋测微器的固定刻度读数6 mm，可动刻度读数为0.01 mm×12.5＝0.125 mm，所以最终读数为6 mm＋0.125 mm＝6.125 mm；游标卡尺的主尺读数为6.3 cm＝63 mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05 mm×12＝0.60 mm，所以最终读数为63 mm＋0.60 mm＝63.60 mm.答案：6.125(±0.002均可)63.602．(2017·高考全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出v；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出v­Δt图，如图(c)所示．完成下列填空：(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小，用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v 与v A 、a 和Δt 的关系式为v ＝________.(2)由图(c)可求得，v A ＝________ cm /s ，a ＝________ cm/s 2.(结果保留3位有效数字)解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得v Δt ＝v A Δt ＋12a (Δt )2，则v ＝v A ＋12a Δt .(2)由v ＝v A ＋12a Δt 结合题图(c)可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为v A ，将图线延长与纵轴相交，得v A ＝52.1 cm/s ，图线的斜率等于12a ，即12a ＝53.60－52.120.18cm /s 2，求得a ＝16.4 cm/s 2. 答案：(1)v A ＋a 2Δt (2)52.1 16.43．在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A 、B ，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为m 1和m 2.如图a 所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块A 、B 通过光电门的时间分别为t 1、t 2.(1)图b 所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d 时所得的不同情景．由该图可知甲同学测得的示数为________ mm ，乙同学测得的示数为________ mm.(2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式为________(用m 1、m 2、t 1、t 2、d 表示)，被压缩弹簧开始贮存的弹性势能E p ＝________.解析：(1)题图b 中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为3.5 mm ，可动刻度读数为0.01 mm ×0.5＝0.005 mm ，所以最终读数为3.5 mm ＋0.005 mm ＝3.505 mm.同理，乙的读数为3 mm ＋0.485 mm ＝3.485 mm.(2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为0＝－m 1v 1＋m 2v 2，即m 1v 1＝m 2v 2，根据光电门的性质可知v 1＝d t 1，v 2＝d t 2，代入上式可得m 1d t 1＝m 2d t 2，根据功能关系可知，压缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块A 、B 获得的动能，则有E p ＝12m 1v 21＋12m 2v 22＝m 12(d t 1)2＋m 22(d t 2)2. 答案：(1)3.505(3.503～3.507均可) 3.485(3.483～3.487均可) (2)m 1d t 1＝m 2d t 2m 12(d t 1)2＋m 22(d t 2)2 4．(2016·高考全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．(1)实验中涉及下列操作步骤：①把纸带向左拉直 ②松手释放物块 ③接通打点计时器电源 ④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．(2)图(b)中M 和L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为______m/s.比较两纸带可知，________(填“M ”或“L ”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．解析：(1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑动，因此步骤为④①③②.(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此M纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为v＝2.58×10－2 m0.02 s＝1.29 m/s.由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推开物块后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．答案：(1)④①③②(2)1.29M5．利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所示．实验主要步骤如下：①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，通过光电门2的时间Δt2；⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M.回答下列问题：(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式__________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是________；A ．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度B ．牵引滑块的细绳应与导轨平行C ．需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响D ．托盘和砝码的总质量m 必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M(3)不计空气阻力，已知重力加速度g 和实验测得的物理量，根据“mg －F ＝ma ”，可以计算托盘和砝码的总质量m .若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m 1；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m 2，则m 1________m 2(选填“大于”“等于”或“小于”)．解析：(1)滑块经过两光电门的速度分别为v 1＝d Δt 1、v 2＝d Δt 2，对滑块运用动能定理有FL ＝12M (d Δt 2)2－12M (d Δt 1)2. (2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故A 正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功，导致计算结果不准确，故B 正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，故C 错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量m 不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M ，故D 错误．(3)不考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a 1，则(d Δt 2)2－(d Δt 1)2＝2a 1L 考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a 2，则d Δt 1＝v 1＋a 2Δt 12，d Δt 2＝v 2＋a 2Δt 22，2a 2L ＝v 22－v 21 联立以上几式得2a 2L ＝(d Δt 2)2－(d Δt 1)2－14a 22[(Δt 1)2－(Δt 2)2] 故2a 1L >2a 2L ，a 1>a 2，由m ＝F g －a，得m 1>m 2. 答案：(1)FL ＝12M (d Δt 2)2－12M (d Δt 1)2 (2)AB (3)大于 6.某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球(小球与弹簧不连接)，压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中(管径略大于两球直径)，金属管水平固定在离地面一定高度处，如图所示．解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射．现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，并按下述步骤进行实验：①用天平测出两球质量分别为m 1、m 2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h ；③解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点M 、N . 根据该小组同学的实验，回答下列问题：(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有________．A ．弹簧的压缩量ΔxB ．两球落地点M 、N 到对应管口P 、Q 的水平距离x 1、x 2C ．小球直径D ．两球从弹出到落地的时间t 1、t 2(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为_______________________________ ___________________________________________________________________.(3)用测得的物理量来表示，如果满足关系式________________，则说明弹射过程中系统动量守恒．解析：(1)弹簧弹出两球过程中，系统机械能守恒，要测定压缩弹簧的弹性势能，可转换为测定两球被弹出时的动能，实验中显然可以利用平抛运动测定平抛初速度以计算初动能，因此在测出平抛运动下落高度的情况下，只需测定两球落地点M 、N 到对应管口P 、Q 的水平距离x 1、x 2，所以选B.(2)平抛运动的时间t ＝ 2hg ，初速度v 0＝x t ，因此初动能E k ＝12m v 20＝mgx 24h ，由机械能守恒定律可知，压缩弹簧的弹性势能等于两球平抛运动的初动能之和，即E p ＝m 1gx 214h ＋m 2gx 224h .(3)若弹射过程中系统动量守恒，则m 1v 01＝m 2v 02，代入初速度得m 1x 1＝m 2x 2.答案：(1)B (2)E p ＝m 1gx 214h ＋m 2gx 224h(3)m 1x 1＝m 2x 27．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将弹簧测力计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在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：③找出②中橡皮筋的拉力记为F OO′.④在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，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，使挂钩的下端达到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F -l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)根据给出的标度，在图丁中作出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．解析：(1)根据表格数据，作出F-l图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0 cm.(2)橡皮筋总长l＝OA＋OB＝13.60 cm，根据F -l图线，可读出橡皮筋长度l＝13.60 cm时橡皮筋的拉力为1.80 N.(3)根据平行四边形定则作图，对角线表示合力F′.(4)若F′与F OO′在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的．答案：(1)如图所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)如图所示(4)F OO′。