1力学基础性实验

二、实验题部分1力学基础性实验1.(2023·河北保定一模)用如图a所示的装置研究平抛运动,请完成相关实验内容。(1)将斜轨固定在桌面上,反复调节斜轨末端成水平。(2)在末端出口处安装光电门并调节其到适当位置。将贴有坐标纸的木板紧靠在斜轨出口处竖直放置,并在坐标纸上将出口处标为O点,过O点作水平线为x轴、竖直线为y轴。(3)用螺旋测微器测量小球的直径d,读数如图b所示,则d=mm。

(4)从斜轨上释放小球,用每隔130(5)从数字计时器读得小球通过光电门的遮光时间为6.2×103s,则小球通过光电门时的瞬时速度为v1=m/s。(结果保留2位有效数字)

(6)根据频闪照片中记录的信息,在图a的坐标纸上标出小球离开斜轨后的5个连续位置A、B、C、D、E,读得A、E两位置的水平距离为12.00cm,由此可求得小球做平抛运动的初速度为v2=m/s。(结果保留2位有效数字)

(7)多次实验发现总是有v1>v2,导致这个结果的可能原因有。(填选项前的字母,多选)

A.小球在轨道斜面上受摩擦阻力B.小球平抛运动过程受空气阻力C.小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行D.小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度解析:(3)小球的直径d=6mm+20.0×0.01mm=6.200mm。(5)小球通过光电门时的瞬时速度为v1=dt=6(6)相邻两点间的距离和时间间隔分别为3.00cm、130s,所以小球做平抛运动的初速度为v2=xt=(7)轨道斜面的作用是使小球获得一个水平初速度,小球在轨道斜面上受摩擦阻力并不影响v2的大小,故A不符合题意;小球平抛运动过程受空气阻力,使得小球水平方向做减速运动,水平位移偏小,v2值偏小,故B符合题意;小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行,会造成小球运动过程中在坐标纸上的水平投影位移偏大,v2偏大,故C不符合题意;小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度,会造成遮光时间变短,则造成v1偏大,故D符合题意。答案:(3)6.200(5)1.0(6)0.90(7)BD2.(2023·湖南湘潭模拟)某实验小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和弹簧长度L的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置,然后在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度,通过分析数据得出实验结论。(1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小来代替弹簧弹力的大小,这样做依据的物理规律是。

(2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立平面直角坐标系,依据实验数据作出FL图像,如图乙所示。由图像可知,弹簧自由下垂时的长度L0=cm,弹簧的劲度系数k=N/m。(结果均保留2位有效数字)

(3)该小组的同学将该弹簧制成一把弹簧测力计,某次测量时弹簧测力计的指针如图丙所示,弹簧测力计所测力的大小F=N。

解析:(1)钩码静止时其所受重力大小等于弹力的大小,这样做依据的物理规律是共点力的平衡条件。(2)根据胡克定律F=k(LL0),可得题图乙的FL图像的横截距即为弹簧的自然长度L0,斜率即为弹簧的劲度系数k,所以可得L0=4.0cm,k=16-0(20-4(3)题图丙中弹簧测力计的示数为F=8.00N。答案:(1)共点力的平衡条件(2)4.01.0×102(3)8.003.(2023·湖北卷,11)某同学利用测质量的小型家用电子秤,设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图甲所示,木板和木块A放在水平桌面上,电子秤放在水平地面上,木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮,使其与木块A间的轻绳水平,与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g),向左拉动木板的同时,记录电子秤的对应示数m。(1)实验中,拉动木板时(选填“必须”或“不必”)保持匀速。

(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量,则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m=。

(3)根据测量数据绘制出mn图像,如图乙所示,可得木块A和木板间的动摩擦因数μ=(结果保留2位有效数字)。

解析:(1)无论木板是否匀速,木块始终保持静止状态,所受合力为零,且木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关,则实验拉动木板时不必保持匀速。(2)对木块、砝码以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg,解得m=mBμ(mA+nm0)。(3)根据m=mBμmAμm0·n,结合图像可知μm0=56-答案:(1)不必(2)mBμ(mA+nm0)(3)0.404.用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动,槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降,从而露出标尺,标尺上的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持相同。

A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F(2)如果两个钢球质量和转动半径相等,则是在研究向心力的大小F与的关系。

A.质量m B.半径r C.角速度ω(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力之比为1∶9,则根据实验可知,与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为(填选项前的字母)。

A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1(4)实验得到的向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系表达式为。

解析:在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时,需先控制其中两个物理量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法。(1)根据控制变量法的原理可知,在研究向心力的大小F与质量m的关系时,要保持其他的物理量不变。即保持角速度与半径相同,故A正确。(2)两球质量和转动半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,故C正确。(3)两球的向心力之比为1∶9,半径和质量相等,根据F=mω2r,则转动的角速度之比为1∶