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1、力学实验力学实验 1. （全国新课标 I 卷，22） （5 分）某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz30Hz、和40Hz。打出纸带的一部分如图（b） 所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其 它题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B 点 时，重物下落的速度大小为_，打出 C 点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得1238.89cm9.50cm10.10cmSSS，当地重力加速度大小为29.80m
2、/s，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%，由此推算出f为_Hz。【答案】12()2fSS ，23()2fSS ，231()2fSS ；40【解析】由于重物匀加速下落，ABCD、各相邻点之间时间间隔相同，因此B点应是 从A运动到C的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得：B点的速度Bv等于AC段的平均速度，即12 2BSSvt由于1tf ，故12()2BfvSS同理可得23()2CfvSS匀加速直线运动的加速度vat故2231231()()2()12CBfSSSSvvfaSSt f 重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得： gmF =ma阻由已知条件0.01 gF =m阻由得0.9
3、9ga 代入得：231()2faSS ，代入数据得40Hzf 2.（全国新课标 II 卷，22） （6 分）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如 图（a）所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通 过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能图 a 实验中涉及到下列操作步骤： 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是 （填入代表步骤的序号） 图（b）中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到
4、的实际打点结果打点计时 器所用交流电的频率为 50Hz由 M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块 脱离弹簧时的速度为 m / s比较两纸带可知， （填“M”或“L” ） 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大图 b 【答案】 1.29 M 【解析】：略脱离弹簧后物体应该匀速直线运动，则22.582.57101.29/0.04vm s由能量守恒可知，物体的末动能越大，则弹簧被压缩时的弹性势能越大，则PMPLEE3. （全国新课标 III 卷，23）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。途中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨
5、过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5 个，每个质量均为 0.010kg。实验步骤如下：（1）将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车 9（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。（3）对应于不同的 n 的 a 值见下表。n=2 时的 s-t 图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度
6、（保留 2 位有效数字） ，将结果填入下表。n123452/ m sag0.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出 a-n 图像。从图像可以看出：当物体质量一定是=时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用an图像求得小车（空载）的质量为_kg（保留 2 位有效数字，重力加速度取g=9.8 ms2） 。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1） ，下列说法正确的是_（填入正确选项钱的标号）Aan图线不再是直线Ban图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大【答案】 （3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC【解
7、析】 （3）因为小车做初速度为 0 的匀加速直线运动，故将（2,0.78）代入21 2xat可得20.39/am s根据描点法可得如图所示图线（4）根据描点法可得如图所示图线（5）根据牛顿第二定律可得(5)nmgn mM a，代入m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得0.45Mkg（6）若不平衡摩擦力，则满足 F-f=ma 的形式，所以直线不过原点，但仍是直线，A 错 B 对；随着 n 的增大，小车的总质量在增大，斜率变大，C 正确；4.（北京卷，21（2） ） （2）利用图 2 装置做“验证机械能守恒定律”实验。为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点
8、间的。动能变化量与势能变化量A.速度变化量和势能变化量B.速度变化量和高度变化量除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹） 、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A.交流电源 B.刻度尺 C.天平（含砝码）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图 3 所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打点到打点的过程中，重物的重力势能变化量pE ，动能变化量kE 。大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是。A利用公式vg
9、t计算中午速度B利用公式2vgh计算重物速度C存在空气阻力和摩擦力阻力的影响D没有采用多次试验去平均值的方法某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O 的距离 h，计算对应计数点的重物速度 v，描绘2vh图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确。【解析】 （2）根据机械能守恒定律可得21 2mghmv，故需要比較动能变化量，A 正确；电磁打点计时器使用的是交流电源，故 A 正确；因为在计算重力势能变化量时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故 B 正确；根据21 2mghmv可
10、得等式两边的质量抵消，故不需要天平，C 错； 重力势能改变量为 PBEmgh,由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻规律可得 B 点的速度为2CA BhhvT,所以2211()222CA kBhhEmvmT实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C 正确；该同学的判断依据不正确，在重物下落 h 的过程中，若阻力 f 恒定，根据22102()2fmghfhmvvghm可知，2vh图像就是过原点的一条直线。要向通过2vh图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近 2g5. （上海卷，26.） （3 分）在“用 DIS 研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是
11、传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。 （选填： “大”或“小” ） 。 【答案】光电门；大 【解析】在实验中，摆锤的速度通过光电门进行测量，测量的速度是通过小球直径 d 与挡光时间的比值进行计算，为dvt，当摆锤直径大于真实值时，小球直径 d 变大，导致计算出的小球速度变大，故小球动能也会变大。6.（天津卷，9（2） ） （2）某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动实验中必要的措施是 A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力他实验时将打点计时器接到频率为 50HZ的交流电源上，得到一条纸带，打
12、出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有 4 个点，图中未画出） ；s1=3.59cm；s2=4.41cm；s3=5.19cm；s4=5.97cm；s5=6.78cm；s6=7.64cm；则小车的加速度 a= m/s2（要求充分利用测量数据） ，打点计时器在打 B 点时小车的速度 vB= m/s；（结果均保留两位有效数字）【答案】AB 0.80 0.407.（江苏卷，11） （10 分）某同学用如题 111 图所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方在钢球底部竖直地粘住一片宽带为d的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过
13、光电门的挡光时间t可由计时器测出，取dvt作为钢球经过A点时的速度记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小 Ek，就能验证机械能是否守恒（1）用 Ep=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的竖直距离（A）钢球在A点时的顶端（B）钢球在A点时的球心（C）钢球在A点时的底端（2）用 Ek=21 2mv计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如题112 图所示，其读数为 cm某次测量中，计时器的示数为 0.0100 s，则钢球的速度为v=m/s（3）下表为该同学的实验结果：他发现
14、表中的 Ep与 Ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的你是否同意他的观点？请说明理由（4）请你提出一条减小上述差异的改进建议【答案】 （1）B （2）1.50（1.491.51 都算对） 1.50（1.491.51 都算对） （3）不同意，因为空气阻力会造成 Ek小于 Ep，但表中 Ek大于 Ep （4）分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算 Ek时，将v折算成钢球的速度lvvL 【解析】试题分析：(1)小球下落的高度为初末位置球心间的距离，所以选 B；（2）由题图知读数为 1.50cm，小球的速度为dvt，代入数据解得v=1.50m/s；（3）若是空气阻力造成的，则 Ek小于 E
15、p，根据表格数据知 Ek大于 Ep，故不是空气阻力造成的8. （四川卷，8） （17 分）I （6 分）用如图 所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点； 在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连。先 用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。 （1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_。 （2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_。 A弹簧原长B当地重力加速度C滑块（含遮光片）的质量 （3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_。 A增大B减小 C不变【答案】 （1）svt（2）C （3）B 9.（浙江卷，21） （10 分）某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为 500N/m。如图 1 所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长 1
