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考点7力学实验
考点7力学实验
1.(2014•新课标全国卷I)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图乙所示。
实验中小车(含
发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的
6
5
4
3
2
加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。
回答下列问题
位移传感器位移榕感器
(发射愛(接收器)
钩码轨道
倚—吕小车门
050HK)15#2(H)血
乙
(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成性”或“非线性”)关系。
⑵由图乙可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是_。
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用
力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中
【解析】本题考查了验证牛顿第二定律。
(1)根据图中描出的各点,作出的图像不是一条直线。
(2)图像不过原点,有拉力但没有加速度,原因是摩擦力的影响。
(3)平衡摩擦力之后,在满足钩码质量远小于小车质量的条件下,可以得出小车质量不变情况下拉力与加速度成正比的结论。
答案:
(1)非线性
(2)存在摩擦力
【误区警示】根据牛顿第二定律,只有在钩码质量远小于小车质量前提下,钩码重力近似等于绳子的拉力。
2.(2014•安徽高考)图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置图,通过描点画
出平抛小球的运动轨迹。
甲
(1)以下实验过程的一些做法,其中合理的有
a.安装斜槽轨道,使其末端保持水平
b.每次小球释放的初始位置可以任意选择
c.每次小球应从同一高度由静止释放
d.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接
(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取一些点,以平抛起点0为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,图乙中y-x2图像能说明平抛小球运动轨迹
(3)
O
为抛物线的是
(4)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,0为平抛的起点,在轨迹上任取三点AB、C,测得A、B两点竖直坐标屮为5.0cm、屮为45.0cm,A、B两
m/s,若C点的竖
点水平间距△x为40.0cm。
则平抛小球的初速度Vo为
效数字,g取10m/s2)
【解题指南】解答本题注意以下两点
(1)做平抛运动小球的初速度方向水平
证小球离开斜槽做平抛运动,故选项a正确;为了保证小球多次运动是同一轨迹,
应保证小球离开斜槽的初速度相同,所以小球的释放点应该相同,故选项b错误,
选项c正确;为描出小球的运动轨迹,应该用平滑的曲线连接,故选项d错误。
⑵做平抛运动的小球在水平方向上有ft,在竖直方向上有y0,联立解得
y£x2,可知y-x2图像是一条直线时,才能说明小球运动的轨迹是抛物线。
2vo
⑶根据竖直方向有y^gt2得:
t骨,则
"牛o.gt2曾0.3s,
所以平抛小球的初速度
根据运动的合成知识可知,小球在C点的速度Vc代弋4.0m/s
3.(2014•浙江高考)在
答案:
(1)a、c
(2)c(3)2.04.0“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。
li
⑵在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数La和
系数。
钩码数
1
2
3
4
l_A/cm
15.71
19.71
23.66
27.76
LB/cm
29.96
35.76
41.51
47.36
【解析】
(1)刻度尺读数需要估读到精确位的下一位,从图可知指针示数为
16.00cm,考虑到误差范围,15.95〜16.05cm均算对。
⑵由胡克定律F=k△x,结合表格数据可知弹簧I的劲度系数
K5010310125N/m,考虑误差范围情况下12.2〜12.8N/m均算正确;对于
(19.7115.71)102
计算弹簧n的劲度系数,只需要测出弹簧n的形变量,结合两个指针的读数,可知指针B的变化量减去指针A的变化量,就是弹簧n的形变量,所以能求出弹簧
II的劲度系数。
答案:
(1)16.00(15.95〜16.05)(有效数字位数正确)
(2)12.5(12.2〜12.8)能
【误区警示】注意毫米刻度尺读数时要估读到毫米的下一位,否则不得分。
4.(2014•福建高考)某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,
甲
【解题指南】解答本题时应明确以下两点:
(1)直尺的精度和估读;
(2)游标卡尺是50分度,且不用估读。
【解析】直尺的最小刻度为0.1cm,因此读数应为60.10cm,游标卡尺是50分度,精确到0.02mm,因此读数为4.20mm。
答案:
60.104.205.(2014•四川高考)
(1)小文同学在探究物体做曲线运动的条件时,将一条形磁
V0运
铁放在桌面的不同位置,让小钢珠在水平桌面上从同一位置以相同初速度
动,得到不同轨迹。
图中a、b、c、d为其中四条运动轨迹,磁铁放在位置A时,
做曲线运动。
【解析】当磁铁放在A位置时,小钢珠受到的合外力与b在一条直线上,则小钢珠的运动轨迹为b。
当磁铁放在B位置时,小钢珠受到b到d之间的合外力的作用,则小钢珠的运动轨迹为C。
物体做曲线运动时所受合外力的方向与速度方向不在一条直线上。
答案:
bC不在
6.(2014•广东高考)某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系,
盘托码
a
乙
吧电I—
1■
I-t
丙
①如图甲,将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测量
相应的弹簧长度,部分数据如下表,由数据算得劲度系数k=
N/rn(g取
9.80m/s2)
砝码质量/g
50
100
150
弹簧长度/cm
8.62
7.63
6.66
②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图乙所示;调整导轨,使滑块自由
滑动时,通过两个光电门的速度大小
③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量X;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度
V,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为
④重复③中的操作,得到V与X的关系如图丙,由图可知,V与X成.
关系。
由上述实验可得结论:
对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的
成正比。
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)胡克定律的推导式△F=kAX的应用以及如何表示弹簧的压缩量。
⑵弹簧的弹性势能与滑块的动能是如何转化的。
(3)实验操作中如何用作图法处理实验数据。
【解析】①根据胡克定律F=kAx得:
Fi=k(L0-Li)
F2=k(Lo-L2),有^F二F-Fi二k(Li-L2)
则F2F0.980.49—0.49““/
丿、JkN/mN/m49.5N/m,
L,L20.08620.07630.0099
同理可得/F3F21.470.98—0.49—UCU.
同理可得kN/mN/m50.5N/m,
L2L30.07630.06660.0097
I
则劲度系数为k打'50.0N/m
2滑块自由滑动时,滑块通过两个光电门的速度大小相等,说明滑块做匀速直线运动,导轨是水平的,没有重力势能的变化。
3根据能的转化和守恒定律可得弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。
4v与x的关系图是一条过原点的倾斜直线,说明v与x成正比关系,弹性势能转化为动能,即E弹1mv2,又由v与x成正比关系,所以弹性势能与弹簧的压缩量成正比。
答案:
①50.0②相等③滑块的动能④正比压缩量
7.(2014•山东高考)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。
实验步骤:
1用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;
2将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。
在A端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作F;
③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;实验数据如下表所示:
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.61
④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静止,测量重物P离地面的高度h;
5滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、
D间的距离S。
完成下列作图和填空:
(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。
【解题指南】解答本题应从以下三点分析:
(1)图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态;
(2)画图像时要注意纵、横坐标的单位和图像的标度,使图像充满整个坐标系,并由题干结合图像分析斜率和截距的物理意义
(3)对图乙中滑块可以由运动学规律或动能定理求最大速度。
【解析】
(1)图像如图所示
mg(sh)0-mv2,所以滑块运动的最大速度的大小vJ2g(sh)。
2
答案:
(1)见解析
(2)0.40(3)72g(sh)
8.(2014•重庆高考)为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律
同学们设计了如图甲所示的实验装置,他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计
(不计质量及长度)固定在相距为D的两立柱上,固定点分别为P和Q,P低于Q,
绳长为L(L>PQ)。
他们首先在绳上距离P点10cm处(标记为C)系上质量为m
的重物(不滑动),由测力计读出绳PCQC的拉力大小Tp和Tq。
随后,改变重物悬
挂点C的位置,每次将P到C点的距离增加10cm,并读出测力计的示数,最后得到
Tp、Tq与绳长PC的关系曲线如图乙所示。
由实验可知:
“Tp”或“Tq”)的曲线。
点所在的立柱。
速度g的关系为Tq=
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)由题图判断曲线n的最高点的横、纵坐标的含义。
⑵对结点C受力分析,列水平方向的平衡方程,判断Tp、Tq的大小关系。
(3)曲线交点处,Tp=Tc画出受力分析图,结合几何知识求解。
【解析】①由曲线n的最高点拉力最大,对应的横坐标PC=60cm设PC和QC与
水平面的夹角为a和3,由C点的平衡条件可知Tp•cosa=Tq•COs3,开始C点
则曲线n为e的曲线。
②比较两图像的顶点大小可知,I曲线的最高点更大,代表Q点所在立柱受到最
大拉力。
3两曲线的交点表示左右的绳拉力大小相等,读出纵坐标为Tp=Tq=4.30N。
设CQ绳与立柱的夹角为0,如图所示,则Lsin0=D,cos0二Ji岸)2;对结点C,由平衡条件,可知2论0=mg则Tq誥mLL厝。
答案:
①60(56〜64)Tp②Q③4.30(4.25〜4.35)
9.(2014•江苏高考)小明通过实验验证力的平行四边形定则。
(1)实验记录纸如图所示,0点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力Fi和F2的方向分别过Pl和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过R点。
三个力的大小分别为Fi=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。
请根据图中给出的标度作图求出Fi和F2的合力。
⑵仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。
他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数
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