专题09 力学创新实验
22．（5分）（2017湖北八校联考）如图所示为实验室常用的力学实验装置．
（1）关于该装置，下列说法正确的是__________．
A．利用该装置做研究匀变速直线运动的实验时，需要平衡小车和木板间的摩擦力
B．利用该装置探究小车的加速度与质量关系时，每次改变小车的质量后必须重新平衡小车与木板间的摩擦力
C．利用该装置探究功与速度变化关系实验时，可以将木板带有打点计时器的一端适当垫高，目的是消除摩擦力对实验的影响
D．将小车换成滑块，可以利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数，且不需要满足滑块的质量远大于钩码的质量
（2）某学生使用该装置做“研究匀变速直线运动”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图所示，已知图中所标的相邻两个计数点之间还有四个点未画出，计时器所用交流电周期为T，则利用此纸带得到小车的加速度的表达式为__________．（用x2、x5、T来表示）
O A x2 B C E x5 F 【参考答案】(1)CD （2分） (2) ax5x2（3分）
75T2【名师解析】（1）利用该装置做研究匀变速直线运动的实验时，不需要平衡小车和木板间的摩擦力，选项A错误。利用该装置探究小车的加速度与质量关系时，每次改变小车的质量后不需要重新平衡小车与木板间的摩擦力，选项B错误。利用该装置探究功与速度变化关系实验时，可以将木板带有打点计时器的一端适当垫高，目的是消除摩擦力对实验的影响，选项C正确。将小车换成滑块，可以利用该装置测定滑块与木板间的动摩擦因数，且不需要满足滑块的质量远大于钩码的质量，选项D正确。
2
（2）由△x=a（5T）和逐差法可得ax5x2。
275T2.重力加速度是重要的物理常数，可以设计多种测量重力加速度的方法。物理兴趣小组同学设计出了一种测量方案：如右图所示，两个质量已知（A块的质量mA、B物块的质量mB）且质量不同小物块A和B，分别系在一条跨过滑的定滑轮（质量不计）的轻软绳两端，而定滑轮通过一弹簧测力计竖直悬
某物光挂
B A
着，若选定物块A由静止开始下落进行研究。
（1）要测出重力加速度，还需要测出的物理量是（选填“物块A下落的距离h”或“物块A下落的距离h所用的时间t”或“测力计的示数F”）。
（2）由已知的物理量和测出的物理量得到重力加速度的表达式g=（用已知的物理量和测出的物理量符号表示）。
【参考答案】（1）测力计的示数F；（2）gF(mAmB)
4mAmB【名师解析】设轻软绳中拉力为F1，对小物块A，分析受力，由牛顿第二定律可得：mAg- F1= mAa， 对小物块B，分析受力，由牛顿第二定律可得： F1-mBg = mBa，对定滑轮，测力计的示数F=2 F1，联立解得g的示数F。
3．如题6-8图甲所示，在水平放置的气垫导轨上有一带有方盒的滑块，质量为M，气垫导轨
右端固定一定滑轮，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，设每个钩码的质量为m，且M=4m．
（1）用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，读数如题6-8图乙所示，则宽度d=cm；
接气源 气孔 F(mAmB)。据此可知，要测出重力加速度，还需要测出的物理量是测力计
4mAmB挡光片 滑块 光电门
滑块 气垫 导轨 题6-8图乙 甲
0
0
1
10
6-8图乙 题
2
3 cm
5 15 20
（2）某同学打开气源，将滑块由静止释放，滑块上的挡光片通过光电门的时间为t，则滑块
通过光电门的速度为▲(用题中所给字母表示)；
（3）开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，由静止释放后细线上的拉力为F1，接着每次实
验时将1个钩码移放到滑块上的方盒中，当只剩3个钩码时细线上的拉力为F2，则F1 ▲2F2（填“大于”、“等于”或“小于”）；
（4）若每次移动钩码后都从同一位置释放滑块，设挡光片距光电
门的距离为L，钩码的个数为n，测出每次挡光片通过光电门的时间为t，测出多组数据，并绘出nn 1 图像，已知2t图线斜率为k，则当地重力加速度为（用题中字母表示）．
【参考答案】（1）0.520cm； （2）
O
题6-8图丙
1t2d； t5d2（3）小于； （4）
kL【名师解析】根据游标卡尺读数规则，挡光片宽度d=0.50cm+4×0.05mm=0.520cm；滑块通过光电门的速度为d/t.。细线另一端挂有6个钩码，由静止释放后，由牛顿第二定律，6mg=(M+6m)a，F1=Ma，联立解得细线上的拉力F1=2.4mg；当只剩3个钩码时，由静止释放后，由牛顿第二定律，3mg=(M+6m)a，F2=(M+3m)a，联立解得细线上的拉力为F2=2.1mg，所以，F1小于2F2。对细绳端挂有n个钩码，由静止释放后，由牛顿第二定律，nmg=(M+6m)a，v=d/t，
5d215d25d2v=2aL，联立解得：n=。图线斜率k=，则当地重力加速度为g=。
kLLgt2Lg2
4.(12分)某班级同学用如图7所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系。
图7
甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上，小车甲上固定一个力传感器，小车乙上固定一个加速度传感器(可以测量乙在任意时刻的加速度大小)，力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接，在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始运动，利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小。
(1)下列关于实验装置和操作的说法中正确的是( ) A.轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力 B.轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力 C.实验中，在小车乙向下运动的过程中均可采集数据 D.实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集数据
(2)四个实验小组选用的小车乙(含加速度传感器)的质量分别为m1＝0.5 kg、m2＝1.0 kg、m3＝1.5 kg和m4＝2.0 kg，其中有三个小组已经完成了a－F图象，如图8所示。最后一个小组的实验数据如下表所示，请在图8中完成该组的a－F图线。
图8
实验次数 拉力F(N) 加速度a(m/s) 21 24.5 16.3 2 20.0 13.3 3 17.5 11.7 4 12.0 8.0 5 8.1 5.4 6 4.8 3.2 (3)在验证了a和F的关系后，为了进一步验证a和m的关系，可直接利用图8的四条图线收集数据，然后作图。请写出具体的做法：
①如何收集数据？________________________________________________ ________________________________________________________________；
②为了更直观地验证a和m的关系，建立的坐标系应以 为纵轴，以 为横轴。 【参考答案】 (1)BD (2)如图所示 (3)①在a－F图线上作一条垂直于横轴的直线(即F相同)，记录下与四条图线的交点纵坐标a，分别与各图线对应的m组成四组数据 ②加速度
a 质量的倒数1/m
【名师解析】 (1)本实验是研究小车乙的加速度a和力F、质量m的关系，所以轨道倾斜是为了平衡乙的摩擦力，故A错误，B正确；实验中只能在小车乙加速运动过程中采集数据，C错误，D正确，故选BD。 (3)正比关系更直观，容易判定。
5.（2016·洛阳联考）．重力加速度是重要的物理常数，可以设计多种测量重力加速度的方法。某物理兴趣小组同学设计出了一种测量方案：如右图所示，两个质量已知（A物块的质量mA、B物块的质量mB）且质量不同小物块A和B，分别系在一条跨过光滑的定滑轮（质量不计）的轻软绳两端，而定滑轮通过一弹簧测力计竖直悬挂着，若选定物块A由静止开始下落进行研究。
（1）要测出重力加速度，还需要测出的物理量是（选填“物块A下落的距离h”或“物块A下落的距离h所用的时间t”或“测力计的示数F”）。
（2）由已知的物理量和测出的物理量得到重力加速度的表达式g=（用已知的物理量和测出的物理量符号表示）。
B A F(mAmB)【参考答案】（1）测力计的示数F；（2）g
4mAmB【名师解析】设轻软绳中拉力为F1，对小物块A，分析受力，由牛顿第二定律可得：mAg- F1= mAa， 对小物块B，分析受力，由牛顿第二定律可得： F1-mBg = mBa，对定滑轮，测力计的示数F=2 F1，联立解得g的示数F。
6.(2016·四川广安二模) 某学生用图（甲）所示的实验装置研究超重现象。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，实验过程中所得到的纸带的一部分如图（乙）所示，图中标出了5个计数点之间的距离，相邻两点间有4个点未画出。（不计一切摩擦与空气阻力）
F(mAmB)。据此可知，要测出重力加速度，还需要测出的物理量是测力计
4mAmB
（甲） （乙）
（1） 重物A运动的加速度a=________m/s，打c点时重物B的速度V=________m/s（计算结果取两位小数）
（2） 实验前用手持B且保持A、B不动，图中弹簧秤的读数为F1，下落过程中弹簧秤的读数为F2，实验后取下重物B用弹簧秤直接称B的读数为F3，用天平测得重物A与B的质量分别为M1、M2。不计弹簧秤、纸带和绳的质量。可验证超重的等式是（填正确答案标号） A.M2a=F2-F3 B.M2a=F1-F2 C.( M1+ M2) a=F1+F3
【参考答案】：（6分）（1）0.13（2分）； 0.36 （2分）；（2） A （2分）
【名师解析】：根据纸带上标注的数据，利用△x=aT和逐差法，得到重物A运动的加速度a=0.13m/s。打c点时重物B的速度v=
2
2
2
3.65+3.52-2
×10m/s=0.36m/s。
20.10实验中，重物B加速向上运动，处于超重状态。细绳中拉力等于弹簧秤读数F2，由牛顿第二定律，M2a=F2-F3，所以验证超重的等式是A。
7.（2016·天星调研卷）某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动。
他们到物理实验室取来电子秤，铁架台，系有长度为L细线的小球等。 （1）将铁架台放在电子秤上，其读数为M；将小球放在电子秤上其读数为m。
（2）组装好实验装置如图所示。保持细线自然长度将小球拉至使细线处于水平位置，此时电子秤读数为（填写“M+m”或“M”或“大于M+m”或“处于M和M+m之间”）。
（3）小球松手后，向下运动，此时看到电子秤读数（填写“逐渐增大”或“逐渐减小”或“保持不变”）
（4）当小球运动到最低点时，电子秤的读数为。细线的拉力为 。 【参考答案】：（2）M （3）逐渐增大 （4）M+3m 3mg
【名师解析】：将小球拉至使细线处于水平位置时，细线中拉力为零，此时电子秤读数为铁架台的质量M。
小球松手后，向下运动，细线中拉力逐渐增大，此时看到电子秤读数逐渐增大。 小球松手后向下运动过程，只有重力做功，由机械能守恒定律，mgL=12
mv， 2v2当小球运动到最低点时，设细线中拉力为F,对小球，由牛顿第二定律，F-mg=m，
L联立解得：F=3mg。
隔离铁架台，分析受力，设电子秤对铁架台的支持力为FN,由平衡条件得：FN =Mg+F, 根据牛顿第三定律，电子秤受到的压力等于FN =Mg+F, 电子秤的读数为FN /g=M+3m.
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