2力学创新性实验

2力学创新性实验1.(2023·湖南岳阳模拟)某学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证牛顿第二定律,并测量当地的重力加速度。绕过定滑轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A(由多个相同的小物块叠放组成)和重物B。主要实验步骤如下:①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m;②将A中的小物块取下一个放在B上,接通打点计时器的电源后,由静止释放B,取下纸带,算出加速度大小,并记下放在B上的小物块的质量;③重复步骤②,获得B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多组数据。(1)某次实验打出的纸带如图乙所示,相邻两计数点间还有四个计时点未画出,已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz,则本次实验中A的加速度大小为m/s2(结果保留3位有效数字)。

(2)利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范围内,满足重物A的加速度大小a=(用m、Δm和当地的重力加速度大小g表示),则牛顿第二定律得到验证。

(3)利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多组数据,以Δm为横坐标,a为纵坐标作出aΔm图像。若图线的斜率为k,则当地的重力加速度大小可表示为g=(用k、m表示)。

解析:(1)根据题意可知,交流电源的频率为50Hz,相邻两计数点间还有四个计时点未画出,则相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s,由逐差法有(164.946.046.0)×103=a(3T)2,解得a=0.810m/s2。(2)根据牛顿第二定律,对A、B组成的系统有(m+Δm)g(mΔm)g=2ma,解得a=gΔ(3)由(2)的结果变形可得a=gm·Δm,则有k=g答案:(1)0.810(2)gΔ2.(2023·湖南株洲二模)某同学发现用传统的仪器验证机械能守恒定律存在较大误差,他设计了一个实验装置验证机械能守恒定律,如图a所示,用一个电磁铁吸住重物,在重物上固定一挡光片,挡光片正下方有一光电门,可以测出挡光片经过光电门的时间,重物下落过程中挡光片始终保持水平,该同学按照以下步骤进行实验:(1)给电磁铁通电,将质量为m(含挡光片)的重物放在电磁铁下端,并保持静止。(2)测出挡光片中心到光电门中心(光源处)的竖直距离h。(3)测量时,应(选填“A”或“B”,其中A为“先电磁铁断电,让重物由静止开始下落,后接通数字计时器”;B为“先接通数字计时器,后电磁铁断电,让重物由静止开始下落”)。光电门记录挡光片挡光的时间Δt。

(4)测出挡光片的尺寸如图b所示,则挡光片经过光电门时的速度大小可表示为(用上述测量的物理量符号表示),根据这个表达式算出的挡光片经过光电门时的速度比挡光片中心通过光电门中心的实际速度偏(选填“大”或“小”)。

(5)利用实验数据验证机械能守恒定律,已测得当地重力加速度大小为g,如果重物的机械能守恒,应满足的关系式为(用实验中测得的物理量符号表示)。

解析:(3)重物下落比较快,先电磁铁断电,让重物由静止开始下落,后接通数字计时器,可能重物通过光电门时,数字计时器没有正常工作,故应先接通数字计时器,后电磁铁断电,让重物由静止开始下落,故B正确。(4)重物通过光电门的时间比较短,可以用挡光片经过光电门时的平均速度替代挡光片中点经过光电门的速度,则v=dΔ根据图像可知挡光片经过光电门时的速度v比挡光片中心通过光电门中心的实际速度v′偏小。(5)以光电门处为零势能参考平面,下落时的机械能为mgh,则如果重物的机械能守恒,应满足的关系式为mgh=12m(dΔt)2,即2gh=(d答案:(3)B(4)dΔt小(5)2gh=(d3.(2023·河北石家庄二模)某探究性实验小组用如图1所示的实验装置来测量重力加速度。他们将两个完全相同的圆柱形小磁铁叠放在一起并用细线悬挂起来构成一个能在竖直平面内摆动的单摆。在细线的悬挂点正下方放有一根与小磁铁摆动平面垂直的粗直导体棒,导体棒通过导线与电流传感器一起构成一个闭合回路。当小磁铁摆动时,在回路中就会产生感应电流,电流传感器可以通过计算机记录相应的电流随时间变化的图像,如图2所示。(1)某同学用20分度的游标卡尺测量一个圆柱形小磁铁的厚度,读数如图3所示,则其厚度d=cm,另一同学用卷尺测得细线悬挂点到与小磁铁的连接点之间的长度为l=99.67cm。

(2)图2中图线上(下)方标出的数据分别表示的是感应电流取极值时对应的时刻,由图可知,小磁铁摆动的周期为T=s(结果保留2位小数),进一步计算重力加速度g的表达式为(用题目所给的符号表示)。

解析:(1)小磁铁的厚度d=3mm+6×0.05mm=0.330cm。(2)感应电流连续两个最大值(或最小值)对应的时间差等于小磁铁摆动的周期T=14×[(2.290.29)+(4.302.29)+(3.301.29)+(5.303.30)]s≈2.01s,根据T=2πl+d答案:(1)0.330(2)2.01g=44.(2023·山东威海一模)用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。实验步骤如下:①用绳子将质量为mA和mB的小球A和B悬挂在天花板上,两绳长相等;②在A、B两球之间放入少量炸药,引爆炸药,两球反方向摆起,用量角器记录两球偏离竖直方向的最大夹角分别为α、β;③多次改变炸药的量,使得小球摆起的最大角度发生变化,记录多组α、β值,以1cosα为纵轴,1cosβ为横轴,绘制(1cosα)(1cosβ)图像,如图乙所示。回答下列问题。(1)若两球动量守恒,应满足的表达式为(用mA、mB、α、β表示)。

(2)图乙中(1cosα)(1cosβ)图像的斜率为k,则A、B两球的质量之比为。

(3)若本次实验存在一定的误差,请分析可能的原因。

解析:(1)设绳长为L,对A、B球爆炸后由动能定理得mAg(LLcosα)=012mAv12,mBg(LLcosβ)=012mBv22,由动量守恒定律得mAv1=mBv2,联立解得m(2)整理mA1-cosα=mB1-cosβ,可得1cosα=(mBmA)2(1cosβ),所以(1cosα)(1cosβ)图像的斜率k=((3)若