2013届高中新课标二轮物理总复习（湖南用）专题7 第1讲 力学实验
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1.如图1是用来探究“互成角度的两个力的合成”的实验装置图，本实验采用的科学方法是( )
图1
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．极限法
2.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图2所示，实验主要过程如下：
图2
①设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…
②分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3…
③作出W－v图；
④分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系．
以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是 D .
A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…
B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜
C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小
D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算
3.某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图3.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上．在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间．
图3
实验步骤如下：
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；
②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；
③将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t；
④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；
⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cos α；
⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，作出f－cos α关系曲线．
(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g)：
①斜面倾角的余弦cos α＝
________________________________________________________________________；
②滑块通过光电门时的速度v＝
________________________________________________________________________；
③滑块运动时的加速度a＝
________________________________________________________________________；
④滑块运动时所受到的摩擦阻力
f＝________________________________________________________________________.
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图4所示，读得d＝ 3.62 cm .
图4
4.(2012·山东卷)某同学利用图5甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示．打点计时器电源的频率为50Hz.
,图5)
(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点 6 和 7(或7；6)之间某时刻开始减速．
(2)计数点5对应的速度大小为 1.00 m/s，计数点6对应的速度大小为 1.20 m/s.(保留三位有效数字)
(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝ 2.00 m/s2，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值 偏大 (填“偏大”或“偏小”)．
5.如图6所示为气垫导轨的实验装置．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：
图6
(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？ 取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等 .
(2)用上述装置“探究滑块的加速度与力的关系”．
①若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是 D .
A．m1＝5g B．m2＝15g
C．m3＝40g D．m4＝400g
②在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为： a＝ .(用Δt1、Δt1、D、s表示)
(3)若用上述装置做“探究恒力做功与滑块动能改变的关系”，需要直接测量的物理量是 砝码的质量m，滑块的质量M，通过两光电门时光束被遮挡的时间Δt1、Δt2，两光电门之间的距离s挡光片的宽度D ，探究结果的表达式是 mgs＝ .(用相应的符号表示)
(4)某学习小组还想用此装置来“验证机械能守恒定律”，是否可行？ 可行 ，写出需要验证的表达式________________________________________________________________________．
6.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图7，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．
图7
(1)实验主要步骤如下：
①测量 小车 和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；
②将小车停在C点， 释放小车 ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．
③在小车中增加砝码，或 改变钩码数量 ，重复②的操作．
(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v－v|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中ΔE3＝0.600 ，W3＝ 0.610 .(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1，请在图8中的方格纸上作出ΔE－W图线．(图略)
表1数据记录表
次数
M/kg
|v－v|/(m/s)2
ΔE/J
F/N
W/J
1
0.500
0.760
0.190
0.400
0.200
2
0.500
1.65
0.413
0.840
0.420
3
0.500
2.40
ΔE3
1.220
W3
4
1.000
2.40
1.20
2.420
1.21
5
1.000
2.84
1.42
2.860
1.43
图8
限时训练(十八)
1．B 解析：合力与分力是等效替代关系．
2．D 解析：探究动能定理实验选用相同的橡皮筋，并且使橡皮筋的形变相同，实现每根橡皮筋对小车做的功相同，A项正确；在进行本实验之前，由于小车和木板之间存在阻力，所以需要先平衡摩擦力，方法就是使木板的一段略微垫高一点，B正确；某同学打出的纸带中间稀疏两边密集，说明刚开始在橡皮筋的作用下加速，当速度达到最大后，又要减速，所以是平衡摩擦力不足造成的；在平衡摩擦力之后，当橡皮筋不对小车施加力的作用后，小车将做匀速直线运动，故C正确．不正确的选项是D.
3．(1)① ② ③
④mg－m (2)3.62 cm
解析：(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，受重力、支持力、滑动摩擦力．
①根据三角形关系可得到cosα＝，
②根据v＝＝
③根据运动学公式v2＝2as，有s＝，即有a＝
④根据牛顿第二定律mgsinθ－f＝ma，
则有f＝mg－m.
(2)在游标卡尺中，主尺上是3.6cm，在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是10分度，所以读数为3.6cm＋0.1×1mm＝3.61cm或者3.62cm也对．
4．(1)6 7(或7；6) (2)1.00 1.20 (3)2.00 偏大
解析：(1)从纸带上的数据可以看出在误差允许的范围内记数点6之前的五组数据相同时间内位移差为定值，说明加速度保持不变，重物还未落地．记数点7之后的四组数据相同时间内位移差也为定值，说明加速度也不变，重物已经落地，物体只受摩擦力，由此判断重物是在打6,7点之间的某时刻落地，物体开始减速．
(2)点5在匀加速阶段v5＝＝＝m/s＝1.00m/s，点6之前是匀加速度运动，之后某时刻开始减速，所以根据a＝＝m/s2＝2.00m/s2，v6＝v5＋at＝(1.00＋2.00×0.1)m/s＝1.20m/s
(3)a＝＝m/s2＝－2.00m/s2，所以大小为2.00m/s2，由于物块减速过程中阻力来源除了滑动摩擦力，还有空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦阻力，所以ma>μmg，所以用来求μ，结果比真实值偏大．
5．(1)取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等 (2)①D ②a＝ (3)砝码的质量m，滑块的质量M，通过两光电门时光束被遮挡的时间Δt1、Δt2，两光电门之间的距离s挡光片的宽度D mgs＝M[()2－()2] (4)可行 mgs＝(M＋m)()2－(M＋m)()2
解析：(1)取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等．
(2)①实验只有在满足m?M的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑块的拉力，所以D项是不合适的．
②由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门的瞬时速度等于这很短时间内的平均速度，即有v1＝，v2＝，再根据运动学方程v－v＝2as得：
a＝.
(3)根据动能定理，Fs＝Mv－mv，研究对象是滑块，拉力等于砝码的重力F＝mg，所以有表达式为：
mgs＝M[()2－()2]
故需要测的量为：砝码的质量m，滑块的质量M，通过两光电门时光束被遮挡的时间Δt1、Δt2，两光电门之间的距离s，挡光片的宽度D.
(4)可行．机械能守恒定律的研究对象是系统．对滑块和砝码组成的系统，有
mgs＝(M＋m)()2－(M＋m)()2.
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