力学实验(B卷)(45分钟，100分)1.(10分)(2022·宁波二模)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是 。(2)本实验采用的科学方法是 。A.理想实验法 B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法(3)实验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E.只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F.比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是 和 ；②遗漏的内容分别是 和 。【解析】(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。-8-\n(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故B正确。(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E。②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O。答案：(1)F′ (2)B (3)①C E ②记下两条细绳的方向 把橡皮条的结点拉到同一位置O2.(12分)(2022·温州二模)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=1kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出)。已知打点计时器每隔0.02s打一点，当地的重力加速度为g=9.80m/s2。那么：(1)纸带的 (选填“左”或“右”)端与重物相连。(2)根据图中所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律。(3)从O点到(2)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp= J，动能增加量ΔEk= J(结果保留3位有效数字)。【解析】因O点为打出的第一个点，所以O端，即左端与重物相连，用OB段验证机械能守恒定律，则重力势能的减少量为ΔEp=mghOB=1.88J动能的增加量为ΔEk=12mvB2-0vB=hAC2T=hOC-hOA2T由以上两式得ΔEk=1.87J。答案：(1)左 (2)B (3)1.88 1.873.(12分)(2022·绍兴二模)为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”，查资料得知，弹簧的弹性势能Ep=12kx2，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧长度的变化量。某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题。为了研究方便，把小球放在水平桌面上做实验，让小球在弹力作用下运动，即只有弹簧推力做功。该同学设计实验如下：-8-\n首先进行如图甲所示的实验：将轻质弹簧竖直挂起来，在弹簧的另一端挂上小球，静止时测得弹簧的伸长量为d。(1)在此步骤中，目的是要确定物理量 ，用m、d、g表示为 。(2)接着进行如图乙所示的实验：将这根弹簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球压缩，测得压缩量为x，释放弹簧后，小球被推出去，从高为h的水平桌面上抛出，小球在空中运动的水平距离为L。小球的初动能Ek1= 。小球的末动能Ek2= 。弹簧对小球做的功W= (用m、x、d、g表示)。对比W和Ek2-Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”，即在实验误差允许范围内，外力所做的功等于物体动能的变化。【解析】(1)在图甲所示的实验中，目的是确定弹簧的劲度系数k，由平衡条件得：mg=kd，即k=mgd。(2)在图乙所示的实验中，小球的初动能Ek1=0。又根据小球做平抛运动得：h=12gt2 L=vt所以Ek2=12mv2=12m(Lg2h)2=mgL24h弹簧对小球做的功等于弹性势能的减少量，所以W=12kx2=mgx22d答案：(1)弹簧劲度系数k mgd (2)0 mgL24h mgx22d4.(16分)(2022·绍兴二模)(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：A.电磁打点计时器；B.天平(带砝码)；C.秒表；D.低压直流电源；E.纸带和复写纸；F.导线；G.细绳；H.小车；I.砂和小桶；J.一端附有滑轮的长木板；K.砝码。-8-\n其中多余的器材是 (填代号)，缺少的器材是 和 。(2)如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间是0.1s，距离如图所示，单位是cm，小车的加速度是 m/s2。(3)在探究加速度a与质量m的关系时，应以 为纵坐标、 为横坐标作图像，这样就能直观地看出其关系。【解析】(1)实验的重点是在质量一定时，根据不同力作用下打出的纸带，求出加速度；在力一定时，根据在不同质量条件下打出的纸带，求出加速度，故只要明确打点计时器工作原理和实验步骤，则可判断多余的器材是C、D；缺少的器材是低压交流电源和刻度尺。(2)利用逐差法求加速度：a=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)9T2=(40.65-13.15)-13.159×0.12×10-2m/s2=1.59m/s2(3)探究加速度a与质量m的关系时，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出的图像为经过原点的倾斜直线，这样很容易看出它们的关系。答案：(1)C、D 低压交流电源 刻度尺(2)1.59 (3)a 1m5.(16分)(2022·衢州二模)某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。打点计时器工作频率为50Hz。-8-\n(1)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条、…，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，…；橡皮筋对小车做功后使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第4次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为 m/s。(2)若根据多次测量数据画出的W-v草图如图所示，根据图线形状，对W与v的关系做出猜想，如果猜想W∝v2是正确的，则画出的W-v2图像应是 。(3)在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是 。(只要回答出一种原因即可)【解析】(1)由纸带后半部分两点间距离相同，可知小车做匀速运动，可求得：v=xT=0.04m0.02s=2m/s。(2)若W∝v2，由函数关系可知W-v2图像应该是一条过原点的直线。(3)影响实验效果的可能原因是橡皮筋粗细不均匀，木板倾斜不够或太过倾斜等。答案：(1)2 (2)过原点的一条直线 (3)见解析6.(16分)(2022·新课标全国卷Ⅰ)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：-8-\n①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s。②调整轻滑轮，使细线水平。③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a。④多次重复步骤③，求a的平均值a。⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图乙所示，其读数为 cm。(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a= 。(3)动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ= 。(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于 (选填“偶然误差”或“系统误差”)。【解析】(1)20分度游标卡尺的精确度为0.05mm，主尺读数0.9cm，游标尺读数=12×0.005cm=0.060cm，所以游标卡尺的读数为0.960cm。(2)遮光片经过光电门A和B的平均速度分别表示A、B位置的瞬时速度，vA=dΔtA，vB=dΔtB，又由速度位移公式得：a=vB2-vA22s=12s(dΔtB)2-(dΔtA)2。(3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：F-μMg=Ma，mg-F=ma，即-8-\nmg-μMg=(M+m)a，所以μ=mg-(M+m)aMg。(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差是实验原理不完善引起的系统误差。答案：(1)0.960 (2)12s(dΔtB)2-(dΔtA)2(3)mg-(M+m)aMg (4)系统误差7.(18分)现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、打点计时器一个、米尺。(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，从纸带上记下所用的时间t。②用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度a= 。③用米尺测量A1相对于A2的高度h，设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F= 。④改变 ，重复上述测量。⑤以h为横坐标，1t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。(2)在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度h0。②进行(1)中的各项测量。③计算与作图时用(h-h0)代替h。对此方案有以下几种评论意见：A.方案正确可行B.方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动C.方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关其中合理的意见是 。(3)若考虑摩擦力，则斜面的动摩擦因数μ= ；【解析】(1)由匀变速直线运动规律：s=12at2，可得：a=2st2。-8-\n(2)如图所示，由几何知识：sinθ=hs不考虑摩擦力，则合外力为mghs。改变斜面倾角，多次测量，在误差允许范围内验证是否满足：mghs=ma即mghs=m2st2，即可验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”。小车所受摩擦力与斜面倾角有关，故方案不可行。若消除摩擦阻力影响，采用较光滑的斜面，斜面倾角适当大些。(3)对小车受力分析，根据牛顿第二定律：mghs-μmgs2-h2s=m2st2即可求得：μ=ght2-2s2gt2s2-h2。答案：(1)②2st2 ③mghs④斜面倾角(或填h的数值) (2)C (3)ght2-2s2gt2s2-h2-8-
