【创新设计】2021高考物理二轮复习(江苏专用)-专题提升训练-第11讲-力学实验中常考的4个问题

第11讲力学试验中常考的4个问题1．请正确填写下列基本仪器的读数：图5－11－21 (1)用游标尺为20分度的卡尺测量某物体的长度如图5－11－21甲所示，由图可知其长度为________cm； (2)用螺旋测微器测量某导线直径如图乙所示，由图可知其直径为________mm； (3)用多用电表的电阻“×10” (4)图丁中电阻箱的读数为________Ω. 解析(1)游标尺零刻度线对应的主尺上整数部分为50mm，游标尺第3条刻度线与主尺53mm刻度线对齐，3×0.05mm＝0.15mm，故读数为50.15mm，即5.015cm. (2)螺旋测微器读数为4.5mm＋19.8×0.01mm＝4.698mm(4.696～4.700mm均正确)． (3)多用电表测电阻不需要估读．用多用电表测电阻的方法：电阻的测量值＝表的示数×倍率．故答案为22×10Ω＝220Ω. (4)电阻箱的读数方法：将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到电阻箱的实际阻值．故读数为84580.2Ω. 答案(1)5.015 (2)4.698(4.696～4.700均正确) (3)220(4)84580.22．某同学利用图5－11－22甲所示的器材探究“力的平行四边形定则”，试验步骤如下：图5－11－22 ①将一轻质小圆环(可视为质点)与三根轻绳相连，如图甲所示，竖直方向的轻绳挂上弹簧秤，另外两根轻绳分别挂上钩码(每个钩码的重量已知)．试验时用力沿竖直方向缓慢拉弹簧秤，使三根轻绳处于伸直状态．现缓慢转变弹簧秤的示数，使轻质小圆环在三根轻绳的作用下处于静止状态． ②保持弹簧秤的示数不变，将画有同心圆的平纸片置于圆环与轻绳的背后，缓慢移动纸片，使同心圆的圆心O与圆环重合，然后固定纸片，如图乙所示． ③登记左右两边两根轻绳与纸片边缘的交点A和B，以及竖直方向轻绳与纸片边缘的交点C.同时还要登记_________________________________________________________________ _________________________________________________________________. ④取下纸片，用刻度尺连接OA、OB及OC.设左右两边的轻绳对圆环的拉力分别为F1、F2，弹簧秤的拉力为F3. 试回答下列问题：图5－11－23 (1)某次试验中弹簧秤的读数如图5－11－23所示，则此时弹簧秤的读数为F3＝________N. (2)完成步骤③中所缺少的试验内容． (3)试验中每个钩码的重量为1N，同心圆中相邻两圆之间的距离也表示1N，某次试验中的试验数据记录如图5－11－22乙所示，用平行四边形定则作出F1、F2的合力F′.过圆心O作出与F3等大反向的力F3′，比较F′与F3′的大小和方向可以得出的结论是_______________________________. 解析(1)由题图5－11－23读出弹簧秤的读数为F3＝5.0N. (2)在该试验中除了要记录三个力的方向外，还要记录三个力的大小．试验中登记左右两边两根轻绳与纸片边缘的交点A和B，以及竖直方向轻绳与纸片边缘的交点C，实际上就是记录了三个拉力的方向．这三个力的大小的记录方式是：竖直方向的拉力通过弹簧秤来记录，两边的拉力通过所挂已知质量的钩码来测量，若知道了钩码的个数，就知道了两边拉力的大小，所以要记录的内容是：登记两边轻绳所挂的钩码个数以及弹簧秤的读数． (3)所作的图如图所示；比较F′与F3′的大小和方向可知F′与F3′在误差允许范围内大小相等、方向相同． 答案(1)5.0 (2)两边轻绳所挂的钩码个数以及弹簧秤的读数 (3)如解析图所示F′与F3′在误差允许范围内大小相等、方向相同3．(2022·常州市训练学会同学学业水平监测)如图5－11－24所示是测量物块与木板间动摩擦因数的试验装置．长木板固定在水平桌面上，打点计时器固定在长木板上，纸带穿过打点计时器，与带滑轮的物块相连．沙桶和力传感器通过绕在滑轮上的细绳相连．调整沙桶的质量，当放开沙桶时，使物块在木板上做匀加速直线运动．(重力加速度为g，滑轮的质量和摩擦可以忽视)图5－11－24 (1)在某次测量中读出力传感器示数为F，为进一步测量动摩擦因数，下列物理量中还需测量的有________(填题首字母)． A．木板的长度L B．物块的质量m C．沙桶的质量M D．纸带的加速度a (2)利用测得的物理量写出动摩擦因数的表达式μ＝________. (3)为使试验结果更精确，该同学转变沙桶的质量，重复以上操作，得到多组数据如下表所示．以弹簧秤的示数F为横轴，以加速度a为纵轴建立如图5－11－25所示坐标系，作出a－F图象，已知重力加速度g＝9.8m/s2，则由图象可得动摩擦因数μ＝________(保留一位有效数字)，物块的质量m＝________kg(保留一位有效数字).F/N1.52.02.53.04.0a/(m·s－2)0.481.01.561.953.0图5－11－25 解析(1)以物块为争辩对象，由牛顿其次定律得2F－μmg＝ma，整理得μ＝eq\f(2F－ma,mg)，所以要测动摩擦因数μ，还需要测量物块质量m和物块的加速度a(即纸带的加速度)，故本题答案为选项B、D.(2)动摩擦因数的表达式为μ＝eq\f(2F－ma,mg).(3)由2F－μmg＝ma得a＝－μg＋eq\f(2,m)F，作出a－F图象如答案图所示，由图线截距－μg＝－1.00和斜率eq\f(2,m)＝1.0得动摩擦因数为μ＝0.1、物块质量为m＝2kg. 答案(1)BD (2)eq\f(2F－ma,mg) (3)如图所示0.09(或0.1)24．(2022·苏北四市高三第一次调研测试)某同学用如图5－11－26所示的装置探究小车加速度与合外力的关系．图中小车A左端连接一纸带并穿过打点计时器B的限位孔，右端用一轻绳绕过滑轮系于拉力传感器C的下端，A、B置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上．不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量．试验时，先接通电源再释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．该同学在保证小车A质量不变的状况下，通过转变P的质量来转变小车A所受的外力，由传感器和纸带测得的拉力F和加速度a数据如下表所示．图5－11－26次数12345F/N0.100.180.260.300.40a/(m·s－2)0.080.220.37____0.59 (1)第4次试验得到的纸带如图5－11－27所示，O、A、B、C和D是纸带上的五个计数点，每两个相邻点间有四个点没有画出，A、B、C、D四点到O点的距离如图．打点计时器电源频率为50Hz.依据纸带上数据计算出小车加速度a为________m/s2.图5－11－27 (2)在试验中，________(选填“需要”或“不需要”)满足重物P的质量远小于小车A的质量． (3)依据表中数据，在图5－11－28坐标系中做出小车加速度a与力F的关系图象．图5－11－28 (4)依据图象推想，试验操作中重要的疏漏是________． 解析(1)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔：T＝0.1s； 依据图中数据运用逐差法计算加速度 a＝eq\f(CD＋BC－AB－OA,4T2)＝eq\f(0.0435－0.0131－0.0131,4×0.01)m/s2≈0.43m/s2. (2)由于绳子拉小车的力可以由拉力传感器直接测量出来，故不需要满足重物P的质量远小于小车的质量． (3)运用描点，拟合直线法，描绘的a－F图线如下图所示． (4)从上图中发觉直线没过原点，当F≤0.1N时，a＝0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了．该同学试验操作中遗漏了平衡摩擦力这个步骤．所以缘由是没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够． 答案(1)0.43(2)不需要(3)如解析中所示 (4)没有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足5．(2022·德州二模)某同学设计了如图5－11－29甲的试验装置测定一个物块的质量，他将一端带有定滑轮的长木板水平放置，物块一端通过细线与力传感器和重物连接，一端连接穿过打点计时器的纸带．他通过转变重物的质量使物块在不同的拉力作用下运动，物块所受拉力F的大小由力传感器读出，物块运动的加速度a由纸带上打点计时器打出的点计算出，该同学通过多次试验测得的数据画出了物块加速度a与所受拉力F的关系图线如图乙．图5－11－29 (1)该同学测得物块的质量m＝________kg. (2)利用该同学的数据还可得出物块和长木板之间的动摩擦因数μ＝________(已知当地重力加速度g＝10m/s2) (3)下面做法可以减小物块质量的测量误差的是________ A．尽量减小定滑轮处的摩擦 B．尽量使重物的质量远小于物块的质量 C．试验前将长木板右侧适当抬高来平衡摩擦力 D．转变重物的质量进行多次试验 答案(1)0.5(2)0.2(3)AD6．一名同学想测量U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度的大小，试验中假设该磁场为匀强磁场．方案设计如下：图5－11－30 将两条间距为d、电阻可忽视不计的长直金属导轨固定在倾斜的木板上，在导轨一端用导线接入肯定值电阻R，将一横截面为方形的长度略大于d的金属细杆与纸带相连，垂直放在导轨上，金属细杆质量为m，电阻为r；纸带另一端穿过打点计时器．导轨中间有几个完全相同的紧挨在一起的U形磁铁(未在图中画出)，形成可认为仅分布在MN和PQ之间的匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面斜向上，装置如图5－11－30所示． 接通打点计时器的电源，然后由静止释放金属细杆．金属细杆带动纸带沿导轨下滑，打点计时器电源频率为50Hz；在纸带上打下一系列的点，如图5－11－31(纸带上)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K是计数点，每相邻两计数点间还有4个点没有标出．其中AB＝1.81cm、BC＝4.80cm、CD＝7.80cm、DE＝10.81cm、EF＝13.06cm、FG＝13．81cm、GH＝13.80cm、HI＝13.80cm、IJ＝14.56cm、JK＝17.55cm.图5－11－31 (1)分析纸带可推知，金属杆在沿导轨下滑的过程中，未进入磁场前做________运动，加速度大小为a＝______m/s2，经过磁场时做________运动，速度大小为v＝________m/s.(计算结果均保留两位有效数字) (2)若金属杆进入磁场前的加速度为a，在磁场中运动的速度为v，则试验测得U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度B的表达式为________(用题中所给字母表示)． 解析(1)从纸带AE段数据可以看出：任意相邻两段的位移差都接近3.00cm，金属杆在沿导轨下滑的过程中，未进入磁场前做匀变速直线运动；依据匀变速直线运动的特征式Δx＝aT2，Δx＝3.00cm，T＝0.1s，可知加速度a＝eq\f(Δx,T2)＝3.0m/