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1、力学实验拓展与创新1.(2018河南省鹤壁市调研)某同学用如图1所示的实验装置测量滑块和木板之间的动摩擦因数，滑块上有一宽度为l的挡光片.图1(1)他首先测量滑块的加速度.该同学设计的思路是将滑块从距离光电门不同位置处由静止释放，用毫米刻度尺测量出该距离x，用光电门测出对应挡光片的挡光时间t.测出多组x、t的数据.该同学在直角坐标系中作出x的图象，如果作出的图象为直线，图线的斜率为k，则滑块运动的加速度大小a_.(2)实验中一共挂了三个钩码，如果每个钩码的质量为m，滑块的质量为5m，根据题中所给的数据可求出滑块与木板之间的动摩擦因数_.(已知重力加速度为g)2.(2018福建省宁德市质检)图2
2、甲所示是测量圆盘转动的角速度的实验装置.水平放置的圆盘绕通过圆心的竖直轴匀速转动，圆盘转动时其边缘上固定的挡光片从光电门的狭缝中经过时，光电数字计时器可显示出光线被遮住的时间.图乙是用螺旋测微器测量挡光片的宽度，读数为_mm；图丙是用游标卡尺测量圆盘的直径，读数为_cm；若光电数字计时器显示的时间为50.0ms，则圆盘匀速转动的角速度为_rad/s(保留两位有效数字).图23.(2019福建省龙岩市质检)某兴趣小组想测量一卷弹性可忽略的尼龙线可承受的最大拉力，他们选择使用拉力传感器和钢卷尺来完成实验.他们首先从整卷线上剪下一段样品线(重力不计)，穿上一个质量很小且光滑度很高的小环，然后将线两端
3、分别固定在两根竖直杆上的两个适当位置A、B，如图3所示，用拉力传感器拉住小环，竖直向下逐渐增大拉力，直到将线拉断.图3(1)第一次实验测量时，发现传感器的示数已经很大了但仍没有拉断尼龙线，他们分析发现尼龙线的长度不合适，应当将尼龙线长度_(填“加长”或“缩短”).(2)正确调整后进行第二次实验，竖直向下拉光滑小环，逐渐增大拉力，当观察到传感器示数为F时细线被拉断.(3)该兴趣小组要想得到尼龙线可承受的最大拉力，还需要测量的物理量是_(并写出相应的符号).(4)写出计算承受最大拉力的表达式，Fm_.4.(2018湖北省部分重点中学联考)学习了“机械能守恒定律”之后，某研究性学习小组自行设计了“探
4、究弹簧的弹性势能与形变量的关系”实验.他们的方法如下：(1)如图4甲所示，将轻弹簧上端连在固定于铁架台的力传感器上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出.用刻度尺测量弹簧的原长和伸长后的长度，从而确定伸长量.测量数据如表格所示.伸长量x/(102m)2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.603.194.756.388.02(2)以x为横坐标，F为纵坐标，请你在图乙中描绘出弹力与伸长量关系的图线.并由图线求得该弹簧的劲度系数k_(保留两位有效数字).图4(3)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图丙所示.调整导轨至水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的时间近似相
5、等.(4)用天平称得滑块的质量m300g.(5)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为_.(6)多次重复(5)中的操作，在弹簧弹性限度内得到v与x的数据整理如下表所示：123456x/(102m)1.002.003.004.005.006.00x2/(104m2)1.004.009.0016.0025.0036.00v/(ms1)0.1610.3200.4790.6480.8000.954v2/(m2s2)0.0260.1020.2290.4200.64000.910mv2/J0.00390.01530.03440.0
6、6300.09600.1365(7)结合上面测出的劲度系数k和滑块质量m，可得到表达式：_.(8)由上述实验可得的结论：_.答案精析1.(1)(2)解析(1)滑块到达光电门处的速度v，滑块从释放点运动到光电门处，由运动学公式有2axv2，联立解得x，可知x图象的斜率k，解得a.(2)因为不满足钩码的质量远小于滑块的质量，故需要对钩码和滑块整体受力分析，根据牛顿第二定律得3mg5mg8m，解得.2.7.98020.251.6解析由螺旋测微器读出挡光片的宽度为d7.5mm48.00.01mm7.980mm；由游标卡尺读数得圆盘的直径D202mm50.1mm202.5mm20.25cm.圆盘角速度，
7、而2，综合两式并代入数据可得rad/s1.6rad/s.3.(1)缩短(3)两杆之间的距离d，尼龙线的长度l(4)解析(1)对小环受力分析，如图所示.根据平衡条件得2FTcosF，解得FT，当尼龙线的长度缩短时，两尼龙线之间的夹角增大，则cos减小，故在相同大小的力F作用下，拉力FT增大，更容易达到尼龙线的最大拉力，故应缩短尼龙线的长度.(3)(4)设两杆之间的距离d，两杆之间细线的有效长度l，由几何关系得cos，则Fm.4.(2)见解析图80N/m(8085均可)(5)滑块的动能(7)kx2mv2或者kx2mv2(8)在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比解析(2)根据数据画出的Fx图象如图：根据图象可得k80N/m.(5)释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为滑块的动能.(7)根据测出的数据，归纳可得kx2mv2.(8)由上述实验可得的结论：在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比.6
