专题15 力学试验.doc

1．（福建）（18分）
（1）（6分）某实验小组在利用单摆测定当地重力加速度的试验中：
①用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图所示，则该摆球的直径为 cm。
②小组成员在试验过程中有如下说法，其中正确的是 。（填选项前的字母）
A.把单摆从平衡位置拉开30度的摆角，并在释放摆球的同时开始计时
B.测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为
C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大
D.选择密度较小的摆球，测得的重力加速度值误差较小

2.（重庆）某同学设计了如题22图3所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来制定滑块和轨道间的动摩擦因数μ。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m‘，托盘和盘中砝码的总质量为m，实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10m／s2。

[来源:学科网]
①为测量滑块的加速度，须测出它在A、B间运动的 与 ，计算的运动学公式是 ；
②根据牛顿运动定律得到与的关系为：

他想通过多次改变，测出相应的值，并利用上式来计算。若要求是的一次函数，必须使上式中的 保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置于 ；
③实验得到与的关系如题22图4所示，由此可知μ= （取两位有效数字）
【答案】⑴①位移 时间 [来源:Z§xx§k.Com]
⑵ 滑块上

【解析】⑴将运动公式变形得，测量出位移S和发生位移S的时间t，求得加速度a
⑵以m为研究对象，；以为研究对象，
消去绳子的拉力T，解得加速度，化简可得
将加速度的表达式与数学中的一次函数类比， “”就相当于图像的斜率k，为了保证图像斜率不变，要求保持不变，在实验中就要把从小车上拿下的砝码放置到托盘中，从托盘中拿下的砝码放置到小车上. “”相当于纵轴截距.在图像上取两个点（64×10-3,0.23）、（67×10-3,0.35），写出直线的两点式方程，化简得，方程中的“”就是直线的纵轴截距，所以，因为，所以

3．（浙江）（10分）在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是 ① （漏选或全选得零分）；并分别写出所选器材的作用 ② 。

4．（新课标）（10分）
利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。

完成下列填空和作图：
（1）若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_______；
(2)根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出图线；

[来源:学科网ZXXK]

（3）由所画出的图线，得出滑块加速度的大小为a=_____2．0（1.8~2.2）_______m/s2（保留2位有效数字）。
5．（天津）（18分）
（1）某同学用测力计研究在竖直方向运行的电梯运动状态。他在地面上用测力计测量砝码的重力，示数为G。他在电梯中用测力计仍测量同一砝码的重力，发现测力计的示数小于G，由此判断此时电梯的运动状态可能是减速上升或加速下降。
【解析】物体处于失重状态，加速度方向向下，故而可能是减速上升或加速下降。
（2）用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图所示。
该金属丝的直径是1.706mm
【解析】注意副尺一定要有估读。读数为1.5+20.6×0.01mm=1.706mm。因为个人情况不同，估读不一定一致，本题读数1.704-1.708都算正确。
（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出玻璃砖直径边绕O点转过的角度，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率。
【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。
θ
θ
P1
P2
O
θ

6．（四川）（17分）
（1）（7分）某研究性学习小组进行了如下实验：如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水中放一个红蜡做成的小圆柱体R。将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与Y轴重合，在R从坐标原点以速度v=3cm/s匀速上浮的同时，玻璃管沿x轴正方向做初速为零的匀加速直线运动。同学们测出某时刻R的坐标为（4，6）,此时R的速度大小为 Cm/s，R在上升过程中运动轨迹的示意图是 。（R视为质点）

解析：运动时间，所以水平方向平均速度为，瞬时速度为，由速度合成知此刻R的速度大小为5cm/s,由曲线运动条件知道D正确。

7．（山东）（12分）
（1）某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。
②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。
③以下能引起实验误差的是________。
a．滑块的质量
b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
答案：(1)答案：①x/H ②(h- x2/H ) ③cd
解析：由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块运动时间相同，由x=at2和 H=gt2联立解得滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为a/g= x/H。对滑块，由牛顿第二定律，mgsinα-μmgcosα=ma ，而sinα=h/x，cosα= /x， a= g x/H ，联立解得μ=(h- x2/H )。由μ=(h- x2/H )可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差和小球落地和滑块撞击挡板不同时造成的误差。

8．（江苏）（8分）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为______N。
（2）下列不必要的实验要求是____。（请填写选项前对应的字母）
（A）应测量重物M所受的重力
（B）弹簧测力计应在使用前校零
（C）拉线方向应与木板平面平行
（D）改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。
【答案】（1）3.6 （2）D
（3）①改变弹簧测力计B拉力的大小；
②减小重物M的质量；
（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）。
【解析】本题考查验证“力的平行四边形定则”(1)弹簧测力计的刻度不是10分度的，其最小分度为0.2 N，故不需要估读。（2）实验过程应验证两弹簧拉力的合力与物体的重力等大反向。故需要两力的大小方向，及物体的重力，实验过程中Ｏ点的位置对实验没有影响。（3）可以通过减小合力（重物质量）的大小或改变拉力的方向，以减小弹簧测力计A的拉力大小，也可以换用大量程的弹簧测力计。
9.（海南）现要通过实验验证机械能守恒定律。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块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨低端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A ，B 两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；
（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_____。动能的增加量可表示为_________。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为= ________.
(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：

以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图2位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=___________(保留3位有效数字).[来源:Zxxk.Com]

由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出直线的斜率，将k和进行比较，若其差值在试验允许的范围内，则可认为此试验验证了机械能守恒定律。
答案：（1）
（2）描点画图见解析
2.388

解析：（1）将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，下落的高度设为hAB，由几何关系得：，解得:
滑块系统重力势能的减小量=；
动能的增加量；[来源:学科网ZXXK]
若在运动过程中机械能守恒：=，解得=
（2）描点画图如下：

由图可知：k=
10．（北京）（18分）
（2）如图2，用"碰撞实验器"可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
①实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______ (填选项前的符号)，间接地解决这个问题。
小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
②图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球ml多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球ml从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_________。(填选项前的符号)
A．用天平测量两个小球的质量ml、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM，ON
③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_________ (用②中测量的量表示)；
若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为___________ (用②中测量的量表示)。
④经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1´，则p1:p1´=____ :11；若碰撞结束时m2的动量为p2´，则p1´: p2´=11:_______。
实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值为____________。
⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为________cm。
答案：
（2）①C ②ADE或DEA或DAE ③
④14 2.9 1~1.01 ⑤76.8
解析：
（2）①由于本实验的碰撞是在同一高度，在空中运动时间相同，因而根据小球做平抛运动的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以选C。
②本实验必须用天平测量两个小球的质量ml、m2，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N和测量平抛射程OM，ON，故选ADE。[来源:Zxxk.Com]
③由于，且、、所以。若碰撞是弹性碰撞，机械能守恒，所以
④由于；；。所以为14 2.9 1~1.01
⑤ 当两个球发生完全弹性碰撞时，被碰小球m2平抛运动射程ON的有最大值。弹性碰撞动量守恒，机械能守恒解得：，所以。被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值76.8cm。

11.（安徽）（18分）
Ⅰ．为了测量某一弹簧的劲度系数，降该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。实验册除了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据，七对应点已在图上标出。（g=9.8m/s2)
（1）作出m-l的关系图线；
（2）弹簧的劲度系数为 N/m.
解析：Ⅰ．（1）如图所示

（2）0.248~0.262