力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與創(chuàng)新含答案及解析

力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與創(chuàng)新含答案及解析力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與創(chuàng)新附答案及解析1.(2018·全國卷Ⅰ)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置，簡化為圖中的指針．現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)．當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為____________cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮取9.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為____________N/m(保留3位有效數(shù)字)．解析標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度，準(zhǔn)確度為0.05mm，游標(biāo)的第15個(gè)刻度與主尺刻度對齊，則讀數(shù)為37mm＋15×0.05mm＝37.75mm＝3.775cm．彈簧形變量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825cm，砝碼平衡時(shí)，mg＝kx，所以勁度系數(shù)k＝mgx＝0.100×9.801.825×10－2N/m≈53.7N/m.(保留3位有效數(shù)字)答案3.77553.72．(2017·全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則〞實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在桌面上，如圖(a)所示．將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長．(1)用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O.此時(shí)拉力F的大小可由測力計(jì)讀出．測力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為____________N．(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)，現(xiàn)使用兩個(gè)測力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)．此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N．(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；(ⅱ)F合的大小為____________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________________．若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．解析(1)由題給測力計(jì)示數(shù)可知，讀數(shù)為4.0N．(2)作圖，F(xiàn)2長度為28mm，F(xiàn)1長度為21mm，平行四邊形如圖，量出合力長度約為20mm，大小代表4.0N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長度，其比值就是F合與拉力F的夾角的正切值．答案(1)4.0(2)(ⅰ)如下圖(ⅱ)4.00.053．(2018·全國卷Ⅱ)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼．緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即為木塊遭到的滑動(dòng)摩擦力的大?。炒螌?shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出．砝碼的質(zhì)量m/kg0.050.100.150.200.25滑動(dòng)摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列問題：(1)f4＝____________N；(2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f-m圖線；(3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝____________，f-m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝____________；(4)g取9.80m/s2，由繪出的f-m圖線求得μ＝____________.(保留2位有效數(shù)字)解析(1)由圖b可讀出彈簧秤的示數(shù)f4＝2.75N．(2)f-m圖線如下圖．(3)摩擦力表達(dá)式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg．(4)圖線的斜率k＝ΔfΔm＝2.93－2.150.25－0.05＝3.9解得μ≈0.40．答案(1)2.75(2)見解析圖(3)μ(M＋m)gμg(4)0.404．圖為測試飛機(jī)滑跑階段動(dòng)力性能的監(jiān)控屏幕截圖．飛機(jī)前端裝有d＝6mm的擋光片，跑道上隔一段距離有一個(gè)感光裝置．圖中上方的兩個(gè)時(shí)間表示擋光片經(jīng)過感光裝置的擋光時(shí)間，圖中秒表表示飛機(jī)到達(dá)感光裝置的時(shí)刻．若飛機(jī)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，請根據(jù)圖中提供的信息，完成下列問題．(1)飛機(jī)的加速度大小a＝____________m/s2(2)最后一個(gè)圖片是飛機(jī)起飛前的霎時(shí)，則飛機(jī)起飛的瞬時(shí)速度v＝____________km/h；(3)請結(jié)合所給圖片，估算飛機(jī)的長度l＝__________m(結(jié)果保留到個(gè)位數(shù))．解析(1)飛機(jī)經(jīng)過左邊擋光片的速度為v1＝6×10－31.5×10－4m/s＝40m/s飛機(jī)經(jīng)過右邊擋光片的速度為v2＝6×10－31.0×10－4m/s＝60m/s飛機(jī)經(jīng)過兩擋光片所用時(shí)間為10s由加速度定義式a＝ΔvΔt＝60－4010m/s2＝2m/s2；(2)最后一個(gè)圖片是飛機(jī)起飛速度為v2＝6×10－31.0×10－4m/s＝60m/s＝216km/h；(3)這段時(shí)間內(nèi)飛機(jī)的位移x＝v1＋v22t＝500m，這段距離大約是飛機(jī)身長的10倍，所以飛機(jī)的長度l＝x10＝50m．答案(1)2(2)216(3)50(49～55均可)5．探究“加速度與力、質(zhì)量關(guān)系〞的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．小車后面固定一條紙帶，穿過電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，細(xì)線一端連著小車，另一端通過光滑的定滑輪和動(dòng)滑輪與掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器相連，拉力傳感器用于測小車遭到拉力的大?。?1)關(guān)于平衡摩擦力，下列講法正確的是____________．A．平衡摩擦力時(shí)，需要在動(dòng)滑輪上掛上鉤碼B．改變小車質(zhì)量時(shí)，需要重新平衡摩擦力C．改變小車?yán)r(shí)，不需要重新平衡摩擦力(2)實(shí)驗(yàn)中____________(選填“需要〞或“不需要〞)知足所掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量．(3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關(guān)系圖象如圖乙所示，圖線不過原點(diǎn)的原因是____________．A．鉤碼質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量B．平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大C．平衡摩擦力時(shí)木板傾角過小或未平衡摩擦力解析(1)平衡摩擦力時(shí)，小車不受外力作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以不能在動(dòng)滑輪上掛上鉤碼，故A錯(cuò)誤；平衡摩擦?xí)r有：mgsinα＝μmgcosα，即有g(shù)sinα＝μgcosα，所以以質(zhì)量無關(guān)，故B錯(cuò)誤，C正確．(2)由于本實(shí)驗(yàn)中的力傳感器能夠讀出繩的拉力，所以不需要知足所掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量；(3)由圖象可知，當(dāng)沒有掛鉤碼時(shí)小車具有加速度，講明平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大，故B正確．答案(1)C(2)不需要(3)B6．某組同學(xué)用圖甲所示裝置測量重力加速度，鐵架臺上固定著光電門，讓直徑為d的小球從一定高度處由靜止開場自由下落，小球球心正好通過光電門．光電門可記錄小球通過光電門的時(shí)間．(1)用游標(biāo)卡尺測量小球直徑時(shí)，卡尺的刻度如圖(乙)所示，則小球的直徑為____________cm．(2)某次實(shí)驗(yàn)中小球的下邊緣與光電門間的距離為h，小球通過光電門的時(shí)間為Δt，若小球通過光電門的速度可表示為dΔt，重力加速度可表示為g＝____________(用字母表示)．(3)嚴(yán)格來講dΔt并不等于小球球心經(jīng)過光電門時(shí)的速度，由此計(jì)算出的速度比真實(shí)值____________(填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)．解析(1)由20刻度的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則知小球的直徑d＝(2.5＋8×0.005)cm＝2.540cm．(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2＝2gh??????dΔt2＝2g?????h＋d2，解得g＝d22h＋dΔt2．(3)dΔt為小球通過光電門的平均速度，是通過光電門時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度，而小球球心通過光電門的速度為位移中點(diǎn)的瞬時(shí)速度，由位移中點(diǎn)的瞬時(shí)速度大于時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度知速度比真實(shí)值偏?。鸢?1)2.540(2)d22h＋dΔt2(3)偏小7．(2019·廈門外國語學(xué)校模擬)某物理研究小組利用圖甲裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，在鐵架臺上安裝有一電磁鐵(固定不動(dòng))和一光電門(可上下移動(dòng))，電磁鐵通電后將鋼球吸住，然后斷電，鋼球自由下落，并通過光電門，計(jì)時(shí)裝置可測出鋼球通過光電門的時(shí)間．(1)用10分度的游標(biāo)卡尺測量鋼球的直徑，示數(shù)如圖乙所示，可知鋼球的直徑D＝____________cm.(2)屢次改變光電門的位置，測量出光電門到電磁鐵下端O的距離為h(h?D)，并計(jì)算出小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v，若空氣阻力能夠忽略不計(jì)，則下列關(guān)于v2-h的圖象正確的是____________．(3)鋼球通過光電門的平均速度____________(選填“大于〞或“小于〞)鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度．解析(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：0.9cm，游標(biāo)尺上第6個(gè)刻度和主尺上某一刻度對齊，游標(biāo)讀數(shù)為0.1×6mm＝0.6mm，所以最終讀數(shù)為：0.96cm；(2)利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度，故：v＝Dt根據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式有：mgh＝12mv2，那么關(guān)于v2-h的圖象應(yīng)該是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，故B正確；(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個(gè)經(jīng)過中中間時(shí)刻速度，所以鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度．答案(1)0.96(2)B(3)小于8．(2019·廣東揭陽模擬)某實(shí)驗(yàn)小組采用圖甲所示的裝置“探究動(dòng)能定理〞即探究小車所受合外力做功與小車動(dòng)能的變化之間的關(guān)系．該小組將細(xì)繩一端固定在小車上，另一端繞過定滑輪與力傳感器、重物相連．實(shí)驗(yàn)中，小車在細(xì)繩拉力的作用下從靜止開場加速運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，力傳感器記錄細(xì)繩對小車的拉力大?。?1)實(shí)驗(yàn)中為了把細(xì)繩對小車的拉力視為小車的合外力，要完成的一個(gè)重要步驟是____________；(2)若實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量，對本實(shí)驗(yàn)____________影響(填“有〞或“沒有〞);(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列物理量中必須測量的是__________．A．長木板的長度LB．重物的質(zhì)量mC．小車的總質(zhì)量M(4)實(shí)驗(yàn)中，力傳感器的示數(shù)為F，打出的紙帶如圖乙所示．將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O，在紙帶上依次取A、B、C三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，測得A、B、C三點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為x1、x2、x3.則從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)經(jīng)過中，探究結(jié)果的表達(dá)式是：______________________________(用題中所給字母表示)．解析(1)小車下滑時(shí)遭到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使細(xì)線的拉力等于其合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來平衡摩擦力；(2)由于有力傳感器測量繩的拉力，則沒必要使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物和力傳感器的總質(zhì)量，即對實(shí)驗(yàn)沒有影響；(3)由題