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專題五 物理實驗 第1講　力學實驗 1．(2016淮安三模)在“探究求合力的方法”的實驗中，王同學用了兩個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計來測量拉力，實驗之前他先檢查了彈簧測力計，然后進行實驗。先將橡皮條的一端固定在水平放置的木板上，用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點到達某一位置O，記錄下O點的位置和拉力F1、F2的大小及方向；然后用一個彈簧測力計拉橡皮條，仍將結(jié)點拉到O點，再記錄拉力F的大小及方向；最后取下白紙作圖，研究合力與分力的關(guān)系。 (1)實驗前必須對彈簧測力計進行檢查，以下檢查項目必需的是________。 A．對彈簧測力計進行調(diào)零 B．將彈簧測力計用力拉，看是否能達到最大量程 C．將兩只彈簧測力計水平互鉤對拉，檢測兩彈簧測力計讀數(shù)是否相同 (2)如圖1是王同學研究合力與分力關(guān)系時在白紙上畫出的圖，根據(jù)物理實驗讀數(shù)和作圖要求與規(guī)范，請指出圖中存在的三種錯誤。 圖1 ①_____________________________________________________________； ②_____________________________________________________________； ③_____________________________________________________________。 解析　(1)實驗前必須對彈簧測力計進行檢查，需要對彈簧測力計進行調(diào)零，將兩只彈簧測力計水平互鉤對拉，檢查兩彈簧測力計讀數(shù)是否相同，選項A、C正確。 (2)畫力的合成矢量圖時，力是用帶箭頭的線段表示，按照彈簧測力計的讀數(shù)規(guī)則記錄數(shù)據(jù)，輔助線用虛線，據(jù)此可以指出圖中存在的三種錯誤。 答案　 (1)AC　(2)①矢量F1、F2、F未畫上箭頭?、谟涗浟Φ拇笮〉挠行?shù)字有錯誤?、跢與F1、F2末端連線應(yīng)該用虛線 2．(2016揚泰南三模)“驗證機械能守恒定律”實驗裝置如圖2甲所示，某小組完成了一系列實驗操作后，得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇紙帶上某個清晰的點標為O，然后每兩個打點取一個計數(shù)點，分別標為1、2、3、4、5、6，用刻度尺量出計數(shù)點1、2、3、4、5、6與O點的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5、h6。 圖2 (1)已知打點計時器的打點周期為T，可求出打各個計數(shù)點時對應(yīng)的速度分別為v1、v2、v3、v4、v5，其中v5的計算式為v5＝________。 (2)若重錘的質(zhì)量為m，取打點O時重錘所在水平面為參考平面，分別算出打各個計數(shù)點時對應(yīng)重錘的勢能Ep和動能Ek，則打計數(shù)點3時對應(yīng)重錘的勢能Ep3＝________；接著在E-h坐標系中描點作出如圖丙所示的Ek-h和Ep-h圖線，求得Ep-h圖線斜率的絕對值為k1，Ek-h圖線斜率為k2，則k1與k2滿足________關(guān)系時，重錘機械能守恒。 (3)關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是________。 A．實驗中可用干電池作為電源 B．為了減小阻力的影響，重錘的密度和質(zhì)量應(yīng)該適當大些 C．若紙帶上打出的點被拉長為短線，應(yīng)適當調(diào)高電源電壓 D．圖丙Ek-h圖線縱軸上的截距表示重錘經(jīng)過參考平面時的動能 (4)關(guān)于該實驗操作，你還能提出哪些注意事項？請寫出1條： ___________________________________________________________。 答案　(1)　(2)-mgh3　k1＝k2　(3)BD (4)重錘從靠近打點計時器處釋放或調(diào)節(jié)打點計時器限位孔在同一豎直線上 3．(2016鎮(zhèn)江一模)某同學在探究“質(zhì)量一定時，物體的加速度與受力的關(guān)系”實驗時，設(shè)計了如圖3甲所示的實驗裝置，實驗過程中主要步驟如下： ①在水平放置的長木板上A、B兩點處各安裝一個速度傳感器，測出A、B兩點間距離L。 ②將拉力傳感器固定在小車的左端，把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連。 ③將小車從速度傳感器A的右側(cè)無初速度釋放，小車在細線的拉力作用下運動，通過拉力傳感器和速度傳感器記錄細線拉力F的大小以及小車經(jīng)過A、B兩點處的速率vA、vB。 ④改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)操作③，測量多組數(shù)據(jù)。 ⑤進行數(shù)據(jù)處理，畫出如圖乙所示的a-F關(guān)系圖線。 圖3 (1)小車加速度的表達式a＝____________。(用vA、vB和L表示) (2)理論上，小車的a-F圖象是經(jīng)過原點的一條直線，而本次實驗得到的圖線卻如圖乙所示，其中可能的原因是___________________________________________ __________________________________________________________________。 (3)在本實驗中，下列不必要的實驗要求是________。 A．要保持小車(含拉力傳感器)的總質(zhì)量不變 B．要保證小車(含拉力傳感器)的總質(zhì)量遠大于所掛鉤碼的總質(zhì)量 C．要測出所掛鉤碼的質(zhì)量 D．要保持細線方向與木板平面平行 E．兩個速度傳感器間的距離要適當大些 (4)在處理數(shù)據(jù)時，某同學又記錄了每次所掛鉤碼的總重力，并以它作為小車所受到的合力F，畫出小車的a-F圖象如圖丙所示，則造成該圖線上端發(fā)生彎曲的可能原因是____________________________________________________ ___________________________________________________________。 解析　(1)根據(jù)運動學公式有v-v＝2aL， 得a＝。 (2)F＝0時小車有加速度，說明平衡摩擦力過度，長木板傾角過大。 (3)該實驗探究“質(zhì)量一定時，物體加速度與受力的關(guān)系”，故要保持小車的質(zhì)量不變，A項正確；小車前端有力傳感器，故不要求小車的總質(zhì)量遠大于所掛鉤碼的總質(zhì)量，也不要求測出所掛鉤碼的質(zhì)量，B、C選項錯誤；實驗要保證細線的拉力不能影響小車受到的支持力，故細線方向要與木板平面平行，D項正確；兩個速度傳感器間的距離適當大些，經(jīng)過兩位置時速度變化大些，實驗誤差會小一些，E項正確。 (4)以鉤碼的總重力作為小車所受合力時，就要求鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，隨著鉤碼質(zhì)量變大，圖線上端會發(fā)生彎曲。 答案　(1)　(2)長木板傾角過大，平衡摩擦力過度 (3)BC　(4)隨著所掛鉤碼數(shù)的增加，小車及拉力傳感器的總質(zhì)量未遠大于所掛鉤碼的總質(zhì)量 4．(2016全國卷Ⅲ，23)某物理課外小組利用圖4中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg。實驗步驟如下： 圖4 (1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。 (2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。 (3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n＝2時的s-t圖象如圖5所示；由圖5求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。 n 1 2 3 4 5 a/ms-2 0.20 0.58 0.78 1.00 圖5 (4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖6中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象。從圖象可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。 圖6 (5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 ms-2)。 (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標號) A．a(chǎn)-n圖線不再是直線 B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點 C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 解析　(3)因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將圖(b)中點(2，0.78)代入s＝at2可得，a＝0.39 m/s2。 (4)根據(jù)描點法可得如圖所示圖線。 (5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.45 kg (6)若不平衡摩擦力，則有nmg-μ[M＋(5-n)m]g＝(M＋5m)a，則a＝n-，所以a-n圖線仍是直線，但直線不過原點，斜率變大，故B、C正確。 答案　(3)0.39　(4)見解析圖　(5)0.45　(6)BC