1、考點7 力學(xué)實驗1.(2014·新課標(biāo)全國卷)某同學(xué)利用圖甲所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖,如圖乙所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機(jī)得到。回答下列問題:(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖乙可知,a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的原因是。(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是

2、,鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 。【解析】本題考查了驗證牛頓第二定律。(1)根據(jù)圖中描出的各點,作出的圖像不是一條直線。(2)圖像不過原點,有拉力但沒有加速度,原因是摩擦力的影響。(3)平衡摩擦力之后,在滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下,可以得出小車質(zhì)量不變情況下拉力與加速度成正比的結(jié)論。答案:(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量【誤區(qū)警示】根據(jù)牛頓第二定律,只有在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量前提下,鉤碼重力近似等于繩子的拉力。2. (2014·安徽高考)圖甲是“研究平拋物體運(yùn)動”的實驗裝置圖,通過描點畫出平拋小球的運(yùn)動軌跡。(1)以下實驗過程的一些做法

3、,其中合理的有。a.安裝斜槽軌道,使其末端保持水平b.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇c.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放d.為描出小球的運(yùn)動軌跡,描繪的點可以用折線連接(2)實驗得到平拋小球的運(yùn)動軌跡,在軌跡上取一些點,以平拋起點O為坐標(biāo)原點,測量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y,圖乙中y-x2圖像能說明平拋小球運(yùn)動軌跡為拋物線的是。(3)圖丙是某同學(xué)根據(jù)實驗畫出的平拋小球的運(yùn)動軌跡,O為平拋的起點,在軌跡上任取三點A、B、C,測得A、B兩點豎直坐標(biāo)y1為5.0cm、y2為45.0cm,A、B兩點水平間距x為40.0cm。則平拋小球的初速度v0為m/s,若C點的豎直坐標(biāo)y3為60.0cm,則小球

4、在C點的速度vC為m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,g取10m/s2)【解題指南】解答本題注意以下兩點:(1)做平拋運(yùn)動小球的初速度方向水平;(2)做平拋運(yùn)動的小球在水平方向上有x=v0t,在豎直方向上有。【解析】(1)安裝斜槽軌道末端水平,這樣小球離開斜槽時速度方向水平,才能保證小球離開斜槽做平拋運(yùn)動,故選項a正確;為了保證小球多次運(yùn)動是同一軌跡,應(yīng)保證小球離開斜槽的初速度相同,所以小球的釋放點應(yīng)該相同,故選項b錯誤,選項c正確;為描出小球的運(yùn)動軌跡,應(yīng)該用平滑的曲線連接,故選項d錯誤。(2)做平拋運(yùn)動的小球在水平方向上有x=v0t,在豎直方向上有,聯(lián)立解得,可知y-x2圖像是一條直線時,才能

5、說明小球運(yùn)動的軌跡是拋物線。(3)根據(jù)豎直方向有得: ,則s, s,所以平拋小球的初速度小球在C點的豎直速度,根據(jù)運(yùn)動的合成知識可知,小球在C點的速度答案:(1)a、c(2)c(3)2.04.03.(2014·浙江高考)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時,某同學(xué)把兩根彈簧如圖甲連接起來進(jìn)行探究。(1)某次測量如圖乙所示,指針示數(shù)為cm。(2)在彈性限度內(nèi),將50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端,得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如表。用表中數(shù)據(jù)計算彈簧的勁度系數(shù)為N/m(重力加速度g=10m/s2)。由表中數(shù)據(jù)(選填“能”或“不能”)計算出彈簧的勁度系數(shù)。鉤碼數(shù)1234LA/cm15.7119.7

6、123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36【解析】(1)刻度尺讀數(shù)需要估讀到精確位的下一位,從圖可知指針示數(shù)為16.00cm,考慮到誤差范圍,15.9516.05cm均算對。(2)由胡克定律F=kx,結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知彈簧的勁度系數(shù),考慮誤差范圍情況下12.212.8N/m均算正確;對于計算彈簧的勁度系數(shù),只需要測出彈簧的形變量,結(jié)合兩個指針的讀數(shù),可知指針B的變化量減去指針A的變化量,就是彈簧的形變量,所以能求出彈簧的勁度系數(shù)。答案:(1)16.00(15.9516.05)(有效數(shù)字位數(shù)正確)(2)12.5(12.212.8)能【誤區(qū)警示】注意毫米刻度尺讀數(shù)時要估

7、讀到毫米的下一位,否則不得分。4.(2014·福建高考)某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑,示數(shù)如圖甲、乙所示,則該金屬桿的長度和直徑分別為cm和mm。【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下兩點:(1)直尺的精度和估讀;(2)游標(biāo)卡尺是50分度,且不用估讀。【解析】直尺的最小刻度為0.1cm,因此讀數(shù)應(yīng)為60.10 cm,游標(biāo)卡尺是50分度,精確到0.02 mm,因此讀數(shù)為4.20 mm。答案:60.104.205.(2014·四川高考)(1)小文同學(xué)在探究物體做曲線運(yùn)動的條件時,將一條形磁鐵放在桌面的不同位置,讓小鋼珠在水平桌面上從同一位置以相同初速度v0運(yùn)動,得到不同軌跡。圖中a

8、、b、c、d為其中四條運(yùn)動軌跡,磁鐵放在位置A時,小鋼珠的運(yùn)動軌跡是(填軌跡字母代號),磁鐵放在位置B時,小鋼珠的運(yùn)動軌跡是(填軌跡字母代號)。實驗表明,當(dāng)物體所受合外力的方向跟它的速度方向(選填“在”或“不在”)同一直線上時,物體做曲線運(yùn)動。【解析】當(dāng)磁鐵放在A位置時,小鋼珠受到的合外力與b在一條直線上,則小鋼珠的運(yùn)動軌跡為b。當(dāng)磁鐵放在B位置時,小鋼珠受到b到d之間的合外力的作用,則小鋼珠的運(yùn)動軌跡為c。物體做曲線運(yùn)動時所受合外力的方向與速度方向不在一條直線上。答案:bc不在6.(2014·廣東高考)某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律,設(shè)計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系,如圖甲,將輕

9、質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺,在上端的托盤中依次增加砝碼,測量相應(yīng)的彈簧長度,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表,由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k=N/m。(g取9.80m/s2)砝碼質(zhì)量/g50100150彈簧長度/cm8.627.636.66取下彈簧,將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè),如圖乙所示;調(diào)整導(dǎo)軌,使滑塊自由滑動時,通過兩個光電門的速度大小。用滑塊壓縮彈簧,記錄彈簧的壓縮量x;釋放滑塊,記錄滑塊脫離彈簧后的速度v,釋放滑塊過程中,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為。重復(fù)中的操作,得到v與x的關(guān)系如圖丙,由圖可知,v與x成關(guān)系。由上述實驗可得結(jié)論:對同一根彈簧,彈性勢能與彈簧的成正比。【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下三點進(jìn)行分析:(1)胡克定

10、律的推導(dǎo)式F=kx的應(yīng)用以及如何表示彈簧的壓縮量。(2)彈簧的彈性勢能與滑塊的動能是如何轉(zhuǎn)化的。(3)實驗操作中如何用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)。【解析】根據(jù)胡克定律F=kx得:F1=k(L0-L1)F2=k(L0-L2),有F=F2-F1=k(L1-L2)則,同理可得,則勁度系數(shù)為滑塊自由滑動時,滑塊通過兩個光電門的速度大小相等,說明滑塊做勻速直線運(yùn)動,導(dǎo)軌是水平的,沒有重力勢能的變化。根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律可得彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動能。v與x的關(guān)系圖是一條過原點的傾斜直線,說明v與x成正比關(guān)系,彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能,即,又由v與x成正比關(guān)系,所以彈性勢能與彈簧的壓縮量成正比。答案:50.0相等

11、滑塊的動能正比壓縮量7.(2014·山東高考)某實驗小組利用彈簧秤和刻度尺,測量滑塊在木板上運(yùn)動的最大速度。實驗步驟:用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G;將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細(xì)繩和固定彈簧秤相連,如圖甲所示。在A端向右拉動木板,待彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后,將讀數(shù)記作F;改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量,重復(fù)步驟;實驗數(shù)據(jù)如下表所示:G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細(xì)繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h;

12、滑塊由靜止釋放后開始運(yùn)動并最終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞),測量C、D間的距離s。完成下列作圖和填空:(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標(biāo)紙上作出F-G圖線。(2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)=(保留2位有效數(shù)字)。(3)滑塊最大速度的大小v=(用h、s、和重力加速度g表示)。【解題指南】解答本題應(yīng)從以下三點分析:(1)圖甲中滑塊和橡皮泥處于平衡狀態(tài);(2)畫圖像時要注意縱、橫坐標(biāo)的單位和圖像的標(biāo)度,使圖像充滿整個坐標(biāo)系,并由題干結(jié)合圖像分析斜率和截距的物理意義;(3)對圖乙中滑塊可以由運(yùn)動學(xué)規(guī)律或動能定理求最大速度。【解析】(1)圖像如圖所示(2)圖甲中滑塊和橡皮泥處于平衡狀態(tài),由平衡條件

13、得F=G,即;圖像中斜率的大小就表示動摩擦因數(shù),由圖像可得。(3)滑塊運(yùn)動位移為h時速度最大,后一段滑塊做勻減速直線運(yùn)動,由動能定理得: ,所以滑塊運(yùn)動的最大速度的大小。答案:(1)見解析(2)0.40(3)8.(2014·重慶高考)為了研究人們用繩索跨越山谷過程中繩索拉力的變化規(guī)律,同學(xué)們設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置,他們將不可伸長輕繩的兩端通過測力計(不計質(zhì)量及長度)固定在相距為D的兩立柱上,固定點分別為P和Q,P低于Q,繩長為L(L> )。他們首先在繩上距離P點10cm處(標(biāo)記為C)系上質(zhì)量為m的重物(不滑動),由測力計讀出繩PC、QC的拉力大小TP和TQ。隨后,改變重物懸

14、掛點C的位置,每次將P到C點的距離增加10cm,并讀出測力計的示數(shù),最后得到TP、TQ與繩長的關(guān)系曲線如圖乙所示。由實驗可知:曲線中拉力最大時,C與P點的距離為cm,該曲線為(選填“TP”或“TQ”)的曲線。在重物從P移到Q的整個過程中,受到最大拉力的是(選填“P”或“Q”)點所在的立柱。在曲線、相交處,可讀出繩的拉力TQ=N,它與L、D、m和重力加速度g的關(guān)系為TQ=。【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)由題圖判斷曲線的最高點的橫、縱坐標(biāo)的含義。(2)對結(jié)點C受力分析,列水平方向的平衡方程,判斷TP、TQ的大小關(guān)系。(3)曲線交點處,TP=TQ,畫出受力分析圖,結(jié)合幾何知識求解。【解

15、析】由曲線的最高點拉力最大,對應(yīng)的橫坐標(biāo)=60cm,設(shè)PC和QC與水平面的夾角為和,由C點的平衡條件可知TP·cos=TQ·cos,開始C點靠近P點,因>,則,即TP>TQ,結(jié)合兩曲線左側(cè)部分,曲線靠上,則曲線為TP的曲線。比較兩圖像的頂點大小可知,曲線的最高點更大,代表Q點所在立柱受到最大拉力。兩曲線的交點表示左右的繩拉力大小相等,讀出縱坐標(biāo)為TP=TQ=4.30N。設(shè)CQ繩與立柱的夾角為,如圖所示,則Lsin=D,cos=;對結(jié)點C,由平衡條件,可知2TQcos=mg,則。答案:60(5664)TPQ4.30(4.254.35)9.(2014·江蘇

16、高考)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。(1)實驗記錄紙如圖所示,O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計共同作用時,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點;一個彈簧測力計拉橡皮筋時,拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力。(2)仔細(xì)分析實驗,小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化,影響實驗結(jié)果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度,發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同,于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。實驗裝置如圖所示,將一張白紙固定在豎直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O點,

17、下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,在白紙上記錄下N的軌跡。重復(fù)上述過程,再次記錄下N的軌跡。兩次實驗記錄的軌跡如圖所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點,則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為。(3)根據(jù)(2)中的實驗,可以得出的實驗結(jié)果有()(填寫選項前的字母)A.橡皮筋的長度與受到的拉力成正比B.兩次受到的拉力相同時,橡皮筋第2次的長度較長C.兩次被拉伸到相同長度時,橡皮筋第2次受到的拉力較大D.兩次受到的拉力相同時,拉力越大,橡皮筋兩次的長度之差越大(4)根據(jù)小明的上述實驗探究,請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。【解題指南】本題

18、難點主要是第(2)問,因為物體保持平衡態(tài),所以構(gòu)建平衡模型,得到彈力相等,想到這點,剩余的就好解決了。【解析】(1)用直尺作出如圖所示的力的示意圖,得到F合=4.64.9N都算對。(2)根據(jù)力的平衡F=mgtan,所以Fa=Fb,為橡皮筋被拉伸的方向與豎直方向的夾角。(3)選B、D。根據(jù)題圖,兩次受到的拉力相同時,橡皮筋第2次的長度較長,B項正確;根據(jù)題圖,兩次被拉伸到相同長度時,即Oa=Ob,根據(jù)F=mgtan,橡皮筋第2次受到的拉力較小,C項錯誤;從題圖可以看出,兩次受到的拉力相同時,拉力越大,橡皮筋兩次的長度之差越大,D正確,A錯誤。(4)橡皮筋拉伸不宜過長;選用新橡皮筋。(或拉力不宜過

19、大;選用彈性好的橡皮筋;換用彈性好的彈簧)答案:(1)見解析圖(2)Fa=Fb(3)B、D(4)橡皮筋拉伸不宜過長;選用新橡皮筋。(或拉力不宜過大;選用彈性好的橡皮筋;換用彈性好的彈簧)10.(2014·新課標(biāo)全國卷)某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系。實驗裝置如圖甲所示;一均勻長彈簧豎直懸掛,7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處;通過旁邊豎直放置的刻度尺,可以讀出指針的位置,P0指向0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時,各指針的位置記為x0;掛有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,各指針的位置記為x。測

20、量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù),取重力加速度為9.80m/s2)。已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個彈簧的自由長度為11.88cm。P1P2P3P4P5P6x0/cm2.044.066.068.0510.0312.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/N·m-116356.043.633.828.81k/m·N-10.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:,。(2)以n為橫坐標(biāo), 為縱坐標(biāo),在圖乙給出的坐標(biāo)紙上畫出-n圖像。(3)圖乙中畫出的直線可

21、近似認(rèn)為通過原點。若從實驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧,該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k=N/m;該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k=N/m。【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下三點:(1)掛有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,作用于每圈彈簧上的彈力均相等;(2)彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比;(3)彈簧的長度不同其勁度系數(shù)也不同。【解析】(1)彈簧的勁度系數(shù)(2)如圖所示(3)由圖像知,直線的斜率為,故直線方程滿足,即(N/m)(在之間均可)。由于60圈彈簧的總長度為11.88cm,所以n圈彈簧的原長滿足,代入得: (N/m)(在之間均可)。答案:(

22、1)81.70.0122(2)見解析圖(3) (在之間均可)(在之間均可)11.(2014·天津高考)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上,將細(xì)繩一端拴在小車上,另一端繞過定滑輪,掛上適當(dāng)?shù)你^碼,使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動,以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。若要完成該實驗,必需的實驗器材還有哪些。實驗開始時,他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個(填字母代號)。A.避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力平衡摩擦力后,當(dāng)他用多個鉤碼牽引小車時,發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動過快,致使打出的紙帶上點數(shù)較少,難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下,請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法:。他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功,經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的(填字母代號)。