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1、力学实验 1.(2017江苏单科,10,8分)利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小 车的质量为M=200.0 g,钩码的质量为m=10.0 g,打点计时器的电源为50 Hz的交流电。 图1,A组 自主命题江苏卷题组,五年高考,(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到 。 (2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一 个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离x,记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的 速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1= m/s。 图2 (3)将钩码的重力视为
2、小车受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mgx算出拉力对小车做的功W。 利用Ek= Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量Ek。计算结果见下表。,请根据表中的数据,在方格纸上作出Ek-W图像。 (4)实验结果表明,Ek总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。 用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= N。,答案 (1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)如图所示 (4)0.093,解析 本题考查恒力做功与动能变化的关系。 (1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡,故在此状态下小车获 得速度后能匀速运动。 (2)由题意知
3、相邻计数点间时间间隔T=0.1 s,由 = 得v1= = m/s=0.228 m/s。 (3)首先确定标度:为充分利用方格纸,依据给定数据范围及方格纸上格数多少,确定纵坐标、横 坐标皆从2.010-3 J开始,且每小格表示0.110-3 J。然后描点、连线,图像见答案。 (4)对钩码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立可得:F= g= 9.8 N0.093 N。,方法指导 作图法处理实验数据 利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用,为此,坐标可以不从零开始。连线 的原则是作出平滑的曲线或直线,使尽可能多的点落在所连出的图线上,不在线上的点,要使它 们尽量对称地分布在线的两侧,
4、显著偏离线的点要舍去。,2.(2016江苏单科,11,10分)某同学用如图1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 度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器 测出,取v= 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。,图1,(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
5、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= mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为 cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v= m/s。,图2,(3)下表为该同学的实验结果:,他发现表中的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
6、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v= v。,解析 (1)要考虑钢球重力势能的改变量大小,需要测量钢球球心下降的高度h,因此要测量钢球 在释放点和A点时球心之间的竖直距离,选项B正确。 (2)刻度尺的读数为1.50 cm,钢球的速度v= = m/s=1.50 m/s。 (3)由动能定理可知,mgh-Wf=Ek,即Ep-Wf=Ek,EpEk,所以空气阻力会造成EpEk,但表中 为EkEp,因此不同意他的观点。 (4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球心到悬 点的长度L和l,遮光条在光电门处的速度v= ,则钢球的速度v= l,可
7、以减小表中差异。,3.(2015江苏单科,11,10分)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实 验装置如图1所示,打点计时器的电源为50 Hz的交流电。 图1 (1)下列实验操作中,不正确的有 。 A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B.纸带穿过限位孔,压在复写纸下面 C.用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落 D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 (2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验”),将磁铁从管口处释放,打出一条纸带,取开 始下落的一段,确定一合适的点为O点,每隔一个计时点取一个计数点,标为1,2,8。用刻度尺,量出各计数点的相邻两计时点到O点的
8、距离,记录在纸带上,如图2所示。 图2 计算相邻计时点间的平均速度 ,粗略地表示各计数点的速度,抄入下表。请将表中的数据补充 完整。,(3)分析上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是 ;磁铁受到阻尼作用的变化情况是 。 (4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实验操作(记为“实验”),结果 表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验是为了说明什么?对比实 验和的结果可得到什么结论?,解析 (1)本实验的目的是研究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律,故实验中必 须保证小磁铁除受重力、磁力外不受其他力的作用,故铜管需竖直地固
9、定在限位孔正下方以保 证磁铁在下落过程中不与铜管摩擦与碰撞,A正确。纸带穿过限位孔可以保证纸带的正确方位, 置于复写纸下面可以保证打点清晰,B正确。释放纸带前应手提纸带上端使纸带竖直,小磁铁静 止,故C错误。释放小磁铁前应先接通打点计时器的电源,待其工作稳定后方可放开纸带,D错 误。(2)由图2可得 = cm/s=39.0 cm/s。(3)由表中数据可以看出,磁铁运动的速度在相 等时间内的增量逐渐减小,最终保持39.8 cm/s的速度不变,即磁铁运动中加速度逐渐减小,最终为 零,则由mg-f=ma知阻尼作用逐渐增大直到等于重力。(4)见答案。,答案 (1)CD (2)39.0 (3)逐渐增大到
10、39.8 cm/s 逐渐增大到等于重力 (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻 尼作用。,4.(2014江苏单科,11,10分)小明通过实验验证力的平行四边形定则。 (1)实验记录纸如图1所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力 F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小 分别为:F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。 图1 (2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响
11、实验结果。他 用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程 对橡皮筋弹性的影响。,图2 图3,两次实验记录的轨迹如图3所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别 被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为 。 (3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些?( )(填写选项前的字母),实验装置如图2所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂 一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次 记录下N的轨迹。,A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力
12、相同时,橡皮筋第2次的长度较长 C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大 (4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。,答案 (1)如图 F合=4.64.9 N都算对 (2)Fa=Fb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡 皮筋;换用弹性好的轻弹簧),解析 (1)略。(2)分析端点N受力,设橡皮筋与竖直方向间的夹角为,由平衡条件易得橡皮筋的 拉力F=mg/cos ,可见相同时橡皮筋拉力相同。(3)图3中 表示两次拉力相同时橡皮筋的长度
13、之差,易知A错误、B正确。由图中的两轨迹间的距离变化可知,越大时长度差越大,结合F=mg/ cos 知对应的拉力越大,故D正确。因同样拉力下橡皮筋第2次长度较长,故同样长度下橡皮筋 第2次所受拉力较小,C错误。(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑有:橡皮筋不宜过长,O点 位置应靠近木板边缘,所选标度不能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑有: 拉力不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两次测量中力的作用效果相同 的角度考虑有:选用新的、弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻弹簧等。,5.(2013江苏单科,11,10分)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如
14、图所示。 倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关K,电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M, M与触头瞬间分开,第1个小球开始下落,M迅速恢复,电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞 击M时,M与触头分开,第2个小球开始下落。这样,就可测出多个小球下落的总时间。,(1)在实验中,下列做法正确的有 。 A.电路中的电源只能选用交流电源 B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方,C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时 (2)实验测得小球下落的高度H=1.980 m,10个小球下落的总时间T=6.5 s。可求出重力加速度g= m/s2。(结果保
15、留两位有效数字) (3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的两个办法。 (4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间t磁性才消失,因此,每个小球的实际下落时间 与它的测量时间相差t,这导致实验误差。为此,他分别取高度H1和H2,测量n个小球下落的总时 间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除t对实验结果的影响?请推导说明。,答案 (1)BD (2)9.4 (3)增加小球下落的高度;多次重复实验,结果取平均值。(其他答案只要合理也可) (4)由H1= g 和H2= g 可得g= ,因此可以消去t的影响。,解析 (1)M与触头接触期间,电磁铁应保持磁性存在,故电源用直流电源和交流电源均
16、可,A项错 误;实验中要通过小球撞击M断开电路来释放下一小球,故M必须在电磁铁正下方,B项正确;小球 下落的高度应为电磁铁下端到M的竖直距离减去小球直径,C项错误;手敲击M瞬间,小球1即开 始下落,故应同时开始计时,D项正确。 (2)H= gt2= g( )2 所以g= = m/s2 =9.4 m/s2 (3)由g= 可知,误差主要来源于H和T的测量,故增加H,或者对H、T多次测量求平均值,均可 有效减小误差,另外,作出H-T2图像,从图线斜率k= 求得g,也可有效减小误差。 (4)见答案。,1.(2017江苏单科,11,10分)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图1所 示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁 被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻约20 ,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如 下表所示。,
