专题七 课时作业

专题七课时作业｜理清学通实验基础,全取力学实验的基础性考法1．(2022·全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列问题：(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(2)当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝________m/s；(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝________m/s2(保留2位有效数字)。解析：(1)第1s内的位移为507m，第2s内的位移为587m，第3s内的位移为665m，第4s内的位移为746m，第5s内的位移为824m，第6s内的位移为904m，则相邻1s内的位移之差接近80m，可知飞行器在这段时间内做匀加速运动；(2)当x＝507m时飞行器的速度等于0～2s内的平均速度，则v1＝eq\f(1094,2)m/s＝547m/s；(3)根据a＝eq\f(x36－x03,9T2)＝eq\f(4233－2×1759,9×12)m/s2≈79m/s2。答案：(1)相邻1s内的位移之差接近80m(2)547(3)792．(2023·西安高三质检)某同学利用图甲所示装置研究“小车(含拉力传感器)质量一定时，加速度与合外力的关系”。实验步骤如下：(1)将拉力传感器固定在小车后端，一细绳一端系在拉力传感器上，另一端绕在电动机上，将小车放在长木板的某一位置，调整细绳与长木板平行，启动电动机，使小车沿长木板向下做匀速直线运动，记下此时拉力传感器的示数F0。(2)保持小车质量不变，撤去细绳，让小车由静止开始下滑，设小车受到的合外力为F，则F________F0(选填“＝”“>”或“<”)。某次实验中通过速度传感器得到小车运动的v­t图像如图乙所示，可知小车的加速度为________m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)改变长木板的倾角，重复上述步骤可测出多组F、a数据，作出a­F图像最接近________图。解析：(2)步骤(1)中小车匀速下滑时根据平衡条件有mgsinθ＝F0＋f步骤(2)中小车加速下滑时，受力分析可得F＝mgsinθ－f，联立可得F＝F0。由题图乙根据加速度的定义式可得a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(0.9,1.6)m/s2≈0.56m/s2。(3)由本实验的原理可知，当木板倾角为零时，合外力为零，加速度为零，则a­F的图像一定过坐标原点，故A符合实际。答案：(2)＝0.56(3)A3．(2023·攀枝花高三质检)某研究性学习小组利用含有刻度尺的气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图1所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门，滑块上固定一遮光条，光电门可以记录遮光条通过光电门的时间，用天平测出滑块(含遮光条)的质量，接通气源后部分操作过程如下：(1)图2中用螺旋测微器测出遮光条宽度d＝________mm；(2)取下钩码和细线，轻推滑块使其依次通过光电门1和光电门2，通过的时间分别为Δt1、Δt2，如果Δt1＞Δt2，说明________端较高(填“A”或“B”)，此后通过调节让气垫导轨水平；(3)用细线跨过定滑轮连接滑块和质量为m的钩码，释放滑块，两个光电门记录的时间分别为Δt1、Δt2，已知重力加速度为g，滑块(含遮光条)的质量为M，遮光条宽度为d，要验证机械能守恒还需要测量的物理量是______________________(写出物理量的名称及符号)；(4)若上述物理量满足________________________关系式，则表明在上述过程中，滑块及钩码组成的系统机械能守恒。[用第(3)问中的物理量符号表示]解析：(1)螺旋测微器的读数为d＝3.5mm＋20.0×0.01mm＝3.700mm。(2)如果Δt1＞Δt2，说明滑块做加速运动，即B端较高。(3)要验证机械能守恒，还需要测得滑块从光电门1运动到光电门2的过程中钩码下降的高度，这个高度等于光电门1到光电门2的距离x。(4)如果滑块及钩码组成的系统机械能守恒，则钩码减少的重力势能应等于系统增加的动能，即mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2。答案：(1)3.700(2)B(3)两光电门间的距离x(4)mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))24．某实验小组想要验证力的平行四边形定则，他们只找到三根相同的橡皮筋、图钉若干、固定有白纸的平木板、一把刻度尺和一支铅笔。实验步骤如下：(1)将三根橡皮筋的一端都拴在一个图钉O上。将这三根橡皮筋的另一端分别再拴一个图钉A、B、C，此时四个图钉均未固定在板上；(2)另一同学用刻度尺测出橡皮筋的自由长度L0；(3)使三根橡皮筋互成适当角度适度拉伸(不超过弹性限度)，稳定后把图钉A、B、C钉在木板上，再将图钉O固定在木板上，需要记录_______________、测出____________________；(4)分别算出三根橡皮筋的伸长量x1、x2、x3。选择合适的比例标度，将x1、x2、x3按一定的标度表示出来。以x1、x2为邻边作平行四边形，作出其对角线OF，如图1所示。比较OF与______的长度和方向，若两者大小在误差允许范围内相等且几乎在一条直线上，则达到实验目的；(5)如图2所示，把图钉O从木板上松开，保持力F3不变(即相当于三条橡皮筋的结点O和x3不变)，且F1起始位置与F3垂直，另外保持F1、F2夹角不变，F1、F2从图示位置顺时针缓慢转过一个锐角过程中，下列结论正确的是________。A．F1一定逐渐变大 B．F1可能先变大后变小C．F2一定逐渐变小 D．F2可能先变大后变小解析：(3)本实验需要记录力的大小和方向，其中力的方向即三根橡皮筋的方向；虽然实验中没有弹簧测力计直接测量力的大小，但由于橡皮筋相同，所以劲度系数相同，可以通过橡皮筋的伸长量来间接反映力的大小，在自由长度已经测量的情况下，还需要测量三根橡皮筋的长度。(4)本实验中需要比较F1和F2的合力与F3是否满足大小相等、方向相反的关系，即比较OF与x3的长度和方向，若两者大小在误差允许范围内相等且几乎在一条直线上，则达到实验目的。(5)由题意，根据几何关系以及平衡条件可知F1、F2、F3组成的封闭矢量三角形内接于圆内，如图所示，可知F1、F2从图示位置顺时针缓慢转过一个锐角过程中，由于F1和F2的最终方向未知，所以F1可能先变大后变小，F2一定逐渐变小，故选BC。答案：(3)三根橡皮筋的方向三根橡皮筋的长度(4)x3(5)BC5．某兴趣小组用如图甲所示的装置验证动能定理。甲(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：A．电磁打点计时器B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择______(选填“A”或“B”)。(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图乙所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝________m/s。乙(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用ΔEk＝eq\f(1,2)MvA2算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g。实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出。多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。解析：(1)电磁打点计时器打点计时时振针与纸带之间的摩擦较大；电火花打点计时器是电磁脉冲产生的电火花在纸带上打点，纸带所受阻力较小，故选B项。(2)由于刚开始运动，拉力克服最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种说法中，乙同学正确。(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。用刻度尺量出A左侧第一个点与A右侧第一个点之间的距离l＝1.24cm，再除以0.02s×2＝0.04s，可得vA＝0.31m/s。(4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力。只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力。答案：(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算对)(4)远大于6．(2022·全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：(1)调节导轨水平；(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________kg的滑块作为A；(3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等；(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2；(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示；12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k＝eq\f(v1,v2)0.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝________(保留2位有效数字)；(7)eq\f(v1,v2)的平均值为________(保留2位有效数字)；(8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由eq\f(v1,v2)判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则eq\f(v1,v2)的理论表达式为________(用m1和m2表示)，本实验中其值为________(保留2位有效数字)，若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。解析：(2)应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选0.304kg的滑块作为A。(6)由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得k2＝eq\f(v1,v2)＝eq\f(t2,t1)＝eq\f(0.21,0.67)≈0.31。(7)eq\f(v1,v2)平