【物理】2020届二轮复习分层突破练14　力学实验作业

【物理】2020届二轮复习分层突破练14　力学实验作业

专题分层突破练14　力学实验 ‎1.某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法测量一小车在斜面上的运动时的加速度。实验过程如下:在斜面上铺上白纸,用图钉钉住;把滴水计时器固定在小车的末端,调节滴水计时器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准);在斜面顶端放置一浅盘,把小车放在斜面顶端,把调好的滴水计时器盛满水,使水滴能滴入浅盘内;随即在撤去浅盘的同时放开小车,于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹;小车到达斜面底端时立即将小车移开。‎ 图乙为实验得到的一条纸带,用刻度尺量出相邻点之间的距离是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,试问:‎ ‎(1)滴水计时器的原理与课本上介绍的　　　　　　　　　　原理类似。 ‎ ‎(2)由纸带数据计算可得计数点4所代表时间的瞬时速度v4=　　　　 m/s,计算小车的加速度a的表达式为　　　　　　　　　,计算结果为　　　　 m/s2。(结果均保留两位有效数字) ‎ ‎2.如图所示装置可以用来“探究加速度与合外力、质量的关系”,也可以用来“探究功与速度变化的关系”和“验证机械能守恒定律”等。‎ ‎(1)某同学用此装置探究小车在拉力作用下的加速度。用游标卡尺测量遮光条的宽度d,其示数如图所示,则d=　　　　 mm。测出小车静止时遮光条到光电门的距离为x,光电计时器读出遮光条通过光电门的时间是t,则小车的加速度是　　　　　　　　。(用测量的符号表示) ‎ ‎(2)该同学继续用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验,他通过改变小车释放点到光电门的距离成倍增加进行多次实验,每次实验时要求小车都由静止释放。‎ ‎①如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t,通过描点作出线性图象来反映合力做功与t的关系,则下图中符合实验事实的是(　　)‎ ‎②下列实验操作中必要的是(　　)‎ A.调整轨道的倾角,在未挂重物时使小车能在轨道上做匀速直线运动 B.必须满足重物的质量远小于小车的质量 C.必须保证小车由静止状态开始释放 D.保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变 ‎3.(2019河南郑州一中测试)在利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验中,实验装置如图甲所示,图甲中斜槽PQ与水平槽QR平滑连接,按要求安装好仪器后开始实验。先不放被碰小球,使入射小球从斜槽上的A点由静止滚下,重复实验若干次;然后把被碰小球静止放在槽的水平部分的前端边缘B处(槽口),再使入射小球从斜槽上的A点由静止滚下,再重复实验若干次,在白纸上记录下挂于槽口B的重垂线在记录纸上的竖直投影点和各次实验时小球落点的平均位置,从左至右依次为O、M、P、N点,测得两小球直径相等,入射小球和被碰小球的质量分别为m1、m2,且m1=2m2。则:‎ ‎(1)两小球的直径用螺旋测微器测得,测量结果如图乙,则两小球的直径均为　　　　　 mm。 ‎ ‎(2)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放,其目的是　　　　　。 ‎ A.使入射小球每次都能水平飞出槽口 B.使入射小球每次都以相同的动量到达槽口 C.使入射小球在空中飞行的时间不变 D.使入射小球每次都能与被碰小球对心碰撞 ‎(3)若未放被碰小球和放了被碰小球,入射小球的落点分别是P、M。在误差允许的范围内若测得|ON|=　　　　　|MP|(填倍数),则表明碰撞过程中两小球组成的系统满足动量守恒定律 ‎ ‎4.(2019四川泸州二诊)某同学利用图示装置来验证机械能守恒定律。A、B是质量均为m的小物块,C是质量为M的重物,A、B间由轻弹簧相连,A、C间由轻质细绳相连。在物块B下放置一压力传感器,重物C下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连。整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度大小为g。实验操作如下:‎ a.开始时,系统在一外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零。现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,速度传感器测出C的速度为v。‎ b.在实验中保持A、B质量不变,改变C的质量M,多次重复步骤a。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)该实验中,M和m大小关系必满足M　　　　　m(选填“小于”“等于”或“大于”)。 ‎ ‎(2)为便于研究速度v与质量M的关系,每次测C的速度时,C已下降的高度应　　　　　(选填“相同”或“不同”)。 ‎ ‎(3)根据所测数据,为了更直观地验证机械能守恒定律,应作出　　　　　 选填“v2-M”“v2-‎1‎M”或“v2- ‎1‎M+m”图线。‎ ‎(4)根据(3)中的图线,若图线在纵轴上的截距为b,则弹簧的劲度系数为　　　　　(用题给的已知量表示)。 ‎ ‎5.(2018北京卷)用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。‎ 甲 主要实验步骤如下:‎ a.安装好实验器材。接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。‎ b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图乙中A、B、C、D、E、F……所示。‎ 乙 c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5……‎ d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图丙所示。‎ 丙 结合上述实验步骤,请你完成下列任务:‎ ‎(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有　　　　　和　　　　　(填选项前的字母)。 ‎ A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码)‎ ‎(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v-t图象。‎ ‎(3)观察v-t图象,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是　　　　　,v-t图象斜率的物理意义是　　　　　。 ‎ ‎(4)描绘v-t图象前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对Δt的要求是　　　　　(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的Δx大小与速度测量的误差　　　　　(选填“有关”或“无关”)。 ‎ ‎(5)早在16世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图丁所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想,请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。‎ 丁 专题分层突破练14　力学实验 ‎1.答案 (1)打点计时器 ‎(2)0.20‎ ‎(x‎56‎+x‎45‎+x‎34‎)-(x‎23‎+x‎12‎+x‎01‎)‎‎9‎T‎2‎‎　0.19‎ 解析 (1)滴水计时器的原理与课本上介绍的打点计时器原理类似。‎ ‎(2)计数点4所代表时间的瞬时速度 v4=‎s‎34‎‎+‎s‎45‎t‎35‎ ‎=‎(3.65+4.41)×1‎‎0‎‎-2‎‎2×0.2‎ m/s ‎=0.201 5 m/s≈0.20 m/s 计算小车的加速度a的表达式为:‎ a=‎‎(x‎56‎+x‎45‎+x‎34‎)-(x‎23‎+x‎12‎+x‎01‎)‎‎9‎T‎2‎ 代入数据可得:a≈0.19 m/s2‎ ‎2.答案 (1)5.50　d‎2‎‎2xt‎2‎　(2)①D　②CD 解析 (1)游标卡尺的主尺读数为5 mm,游标读数为0.05×10 mm=0.50 mm,所以最终读数d=5 mm+0.50 mm=5.50 mm。由题意可知,该实验中小车做匀加速直线运动,因此有:v2=2ax,速度为:v=dt,联立可得:a=d‎2‎‎2xt‎2‎。‎ ‎(2)据题意可知,“探究合力的功与动能改变关系”的实验,他通过成倍增加位移的方法来进行验证,所以需要先表示出小车的速度,小车的速度用平均速度代替即:v=dt,根据动能定理可得:W=‎1‎‎2‎mv2=‎1‎‎2‎md‎2‎t‎2‎,由此可知W∝‎1‎t‎2‎,故选D。由于该实验是通过成倍增加位移的方法来进行验证,只要W-‎1‎t‎2‎的关系即可,所以不需平衡摩擦力、不需要满足重物的质量远小于小车的质量,但必须保证每次小车由静止释放且保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变,故AB错误,CD正确。‎ ‎3.答案 (1)12.895　(2)B　(3)2‎ 解析 (1)螺旋测微器的主尺部分长度为12.5 mm,转动部分读数为:39.5×0.01 mm,故小球的直径为:(12.5+0.395) mm=12.895 mm;(2)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放,是为了使小球每次都以相同的速度飞出槽口,即为了保证入射小球每次都以相同的动量到达槽口,B正确;(3)设入射小球碰前瞬间的速度为v1,碰后瞬间的速度为v1',碰后瞬间被碰小球的速度为v2',则m1v1=m1v1'+m2v2',由于m1=2m2,则有2(v1-v1')=v2',设平抛时间为t,则OM=v1't,ON=v2't,OP=v1t,所以若系统碰撞的过程中动量守恒,则满足|ON|=2|MP|。‎ ‎4.答案 (1)大于　(2)相同　(3)v2-‎1‎M+m　(4)‎‎4mg‎2‎b 解析 (1)实验过程中需要测定压力传感器示数为零时,C向下运动的速度v,所以必须满足M>m。(2)因刚开始时弹簧被压缩,弹力大小为mg,而压力传感器示数为零时,弹簧被拉伸,弹力大小仍为mg,弹簧的形变量x=mgk‎+mgk=‎‎2mgk,不论C的质量如何,测C的速度时,C已下降的高度相同,为‎2mgk。(3)弹性势能在始末状态相同,为此只需验证‎1‎‎2‎(m+M)v2=(M-m)gx,化简得v2=-4mgx·‎1‎M+m+2gx,所以应作v2-‎1‎M+m图线。(4)由题意知b=2gx,而mg=kx‎2‎,联立得k=‎4mg‎2‎b。‎ ‎5.答案 (1)A　C ‎(2)图见解析 ‎(3)小车的速度随时间均匀变化　加速度 ‎(4)越小越好　有关 ‎(5)如果小球的初速度为0,其速度v∝t,那么它通过的位移x∝t2。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ 解析 (1)打点计时器需要使用交流电源,选A不选B,由于需要测量长度,所以选C,本实验用打点计时器计时,故不需要秒表,本实验不需要测量质量,故不需要天平。‎ ‎(2)如图所示 ‎(3)v-t图线是一条倾斜的直线,小车的速度随时间均匀变化,斜率的物理意义是小车的加速度。‎ ‎(4)用平均速度ΔxΔt求瞬时速度,Δt越小越好。‎ ‎(5)如果速度随时间是均匀变化的,那么位移x将与时间t的二次方成正比,所以只要测出不同时间内的位移和时间,看x‎1‎t‎1‎‎2‎‎=x‎2‎t‎2‎‎2‎=‎x‎3‎t‎3‎‎2‎=…是否成立,如果成立就可以检验小球的速度是随时间均匀变化的。‎