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力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1．【2017新課標(biāo)Ⅰ卷】（5分）某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖（a）所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。（已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴） （1）由圖（b）可知，小車在桌面上是____________（填“從右向左”或“從左向右”）運(yùn)動(dòng)的。 （2）該小組同學(xué)根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖（b）中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為___________m/s，加速度大小為____________m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字） 【答案】（1）從右向左 （2）0.19 0.037 【解析】（1）小車在阻力的作用下，做減速運(yùn)動(dòng)，由圖（b）知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)；（2）已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，所以相鄰兩水滴間的時(shí)間間隔為：，所以A點(diǎn)位置的速度為：，根據(jù)逐差法可求加速度：，解得a=0.037 m/s2。 【考點(diǎn)定位】勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 【名師點(diǎn)睛】注意相鄰水滴間的時(shí)間間隔的計(jì)算，46滴水有45個(gè)間隔；速度加速度的計(jì)算，注意單位、有效數(shù)字的要求。 2．【2017新課標(biāo)Ⅲ卷】（6分）某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm）的紙貼在水平桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長。 （1）用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時(shí)拉力F的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為_______N。 （2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖（a）中兩條虛線所示的方向，由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N。 （i）用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平形四邊形定則畫出它們的合力F合； （ii）F合的大小為_______N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 【答案】（1）4.0 （2）（i）如圖 （ii）4.0 0.05 【考點(diǎn)定位】驗(yàn)證力的平行四邊形定則 【名師點(diǎn)睛】驗(yàn)證力的平行四邊形定則中的作圖法要注意標(biāo)明：力的標(biāo)度、刻度、方向箭頭、大小和物理量名稱。 3．【2017新課標(biāo)Ⅱ卷】（6分）某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。 實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①如圖（a），將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑； ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測得光線被擋光片遮住的時(shí)間?t； ③用?s表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長度，如圖（b）所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的?t時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出–?t圖，如圖（c）所示。 完成下列填空： （1）用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則與vA、a和?t的關(guān)系式為= 。 （2）由圖（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字） 【答案】（1） （2）52.1 16.3（15.8~16.8） 【考點(diǎn)定位】勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 【名師點(diǎn)睛】此題主要考查學(xué)生對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的運(yùn)用能力；解題時(shí)要搞清實(shí)驗(yàn)的原理，能通過運(yùn)動(dòng)公式找到圖象的函數(shù)關(guān)系，結(jié)合圖象的截距和斜率求解未知量。 4．【2017天津卷】如圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 ①對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是______________。 A．重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B．兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正 C．精確測量出重物的質(zhì)量 D．用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物 ②某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有____________。 A．OA、AD和EG的長度 B．OC、BC和CD的長度 C．BD、CF和EG的長度 D．AC、BD和EG的長度 【答案】①AB ②BC 【考點(diǎn)定位】實(shí)驗(yàn)——驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 【名師點(diǎn)睛】本題的難點(diǎn)是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。 5．【2017北京卷】（18分）如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。 （1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是_______（選填選項(xiàng)前的字母）。 A．直流電源 B．交流電源 （2）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_______（選填選項(xiàng)前的字母）。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物且_______（選填選項(xiàng)前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn) （3）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W=_________，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=_________。 （4）以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2–W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_________________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_________。 （5）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2–W關(guān)系的是________。 【答案】（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=（4.5~5.0） kg–1 質(zhì)量 （5）A 【解析】（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器均使用交流電源，選B。 （2）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它們平衡，選A；平衡摩擦力時(shí)需要讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，紙帶跟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔間會(huì)有摩擦力，且可以通過紙帶上打出的點(diǎn)跡判斷小車的運(yùn)動(dòng)是否為勻速直線運(yùn)動(dòng)，選B。 （3）小車拖動(dòng)紙帶移動(dòng)的距離等于重物下落的距離，又小車所受拉力約等于重物重力，因此W=mgx2；小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，因此打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為打AC段的平均速度，則。 （4）由圖3可知，圖線斜率k≈4.7 kg–1，即v2=4.7 kg–1W；設(shè)小車質(zhì)量為M，根據(jù)動(dòng)能定理有，變形得，即k=，因此與圖線斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量。 （5）若m不滿足遠(yuǎn)小于M，則由動(dòng)能定理有，可得，v2與W仍然成正比關(guān)系，選A。 【考點(diǎn)定位】探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn) 【名師點(diǎn)睛】實(shí)驗(yàn)總存在一定的誤差，數(shù)據(jù)處理過程中，圖象讀數(shù)一樣存在誤差，因此所寫函數(shù)表達(dá)式的比例系數(shù)在一定范圍內(nèi)即可；第（5）問有一定的迷惑性，應(yīng)明確寫出函數(shù)關(guān)系，再進(jìn)行判斷。 6．【2017江蘇卷】（8分）利用如題10–1圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系．小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電． （1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_____________________． （2）掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如題10–2圖所示．選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，記錄在紙帶上．計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1=______m/s． （3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對(duì)小車做的功W．利用算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量．計(jì)算結(jié)果見下表． 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出圖象． （4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，總是略小于W．某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的．用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F=__________N． 【答案】（1）小車做勻速運(yùn)動(dòng) （2）0.228 （3）如圖所示 （4）0.093 【解析】（1）小車能夠做勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶上打出間距均勻的點(diǎn)，則表明已平衡摩擦；（2）相臨計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T=0.1 s，；（3）描點(diǎn)畫圖，如圖所示。 ； （4）對(duì)整體，根據(jù)牛頓第二定律有：mg=（m+M）a，鉤碼：mg–FT=ma，聯(lián)立解得繩上的拉力：． 【考點(diǎn)定位】探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 【名師點(diǎn)睛】本題中的計(jì)算，要當(dāng)心數(shù)據(jù)的單位、有效數(shù)字的要求．用整體法、隔離法，根據(jù)牛頓第二定律求繩上的拉力，題目比較常規(guī)，難度不大．