專題8 力學(xué)實驗 1．(2020全國理綜) 圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源，打點的時間間隔用Δt表示.在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”. 圖1 （1）完成下列實驗步驟中的填空： ①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列________的點. ②按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼. ③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙袋，在紙袋上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m. ④按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③. ⑤在每條紙帶上清晰的部分，沒5個間隔標(biāo)注一個計數(shù)點.測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，….求出與不同m相對應(yīng)的加速度a. ⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上做出關(guān)系圖線.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則與m處應(yīng)成_________關(guān)系（填“線性”或“非線性”）. （2）完成下列填空： （?。┍緦嶒炛?，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是_______________________. （ⅱ）設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2、s3.a可用s1、s3和Δt表示為a=__________.圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1=__________mm，s3=__________.由此求得加速度的大小a=__________m/s2. （ⅲ）圖3為所得實驗圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為___________，小車的質(zhì)量為___________. 解析：（1）間距相等的點.（2）線性 （2）（i）遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量 (ii) (iii)設(shè)小車的質(zhì)量為，則有，變形得,所以圖象的斜率為，所以作用力，圖象的截距為，所以. 2．（2）（2020廣東卷）某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系. ①將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)，彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在______方向（填“水平”或“豎直”） ②彈簧自然懸掛，待彈簧______時，長度記為L0，彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6，數(shù)據(jù)如下表表： 代表符號 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 數(shù)值（cm） 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為_______.由表可知所用刻度尺的最小長度為______. ③圖16是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與_________的差值（填“L0或L1”）. ④由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_________N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為_________g（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8m/s2）. 解析：①彈簧的軸線必須沿重力方向,所以應(yīng)沿豎直方向. ②由于表中測量值已經(jīng)估讀到0.1 mm,所以刻度尺的最小刻度應(yīng)是1mm. ③因為，整理得，所以橫軸應(yīng)為彈簧長度與Lx的差值. ④從上式可以看出圖象的斜率表示k的大小，即 3.(2020全國新課標(biāo)).（5分） 某同學(xué)利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度.該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖（a）所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖（b）所示.圖（a）所示讀數(shù)為_________mm，圖（b）所示讀數(shù)為_________mm，所測金屬板的厚度為_________mm. 答案：0.010, 6.870, 6.860 解析：螺旋測微器又叫千分尺，精確度為0.01mm，故讀數(shù)應(yīng)以mm為單位時，小數(shù)點后面應(yīng)有三位，即讀到毫米的千分位上. 4.（2020上海卷）．（8分）在“利用單擺測重力加速度：的實驗中 （1）某同學(xué)嘗試用DIS測量周期.如圖，用一個磁性小球代替原先的擺球，在單擺下方放置一個磁傳感器，其軸線恰好位于單擺懸掛點正下方.圖中磁傳感器的引出端A應(yīng)接到__________.使單擺做小角度擺動，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度測量值最大時，磁性小球位于__________.若測得連續(xù)N個磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值之間的時間間隔為t，則單擺周期的測量值為__________（地磁場和磁傳感器的影響可忽略）. （2）多次改變擺長使單擺做小角度擺動，測量擺長L及相應(yīng)的周期T.虎后，分別取L和T的對數(shù)，所得到的lgT-lgL圖線為______（填“直線”、“對數(shù)曲線”或“指數(shù)曲線”）；讀得圖線與縱軸交點的縱坐標(biāo)為c，由此得到該地的重力加速度g＝__________. 解析：（1）數(shù)據(jù)采集器，最低點（或平衡位置），，（2）直線，4p2/102c， 圖中磁傳感器的引出端A應(yīng)接到數(shù)據(jù)采集器，磁性小球位于最低點測量誤差較小，因為t=(N-1)*T/2，所以周期T=. （2）因為，兩邊取對數(shù)的，為直線，依題意有，解得. 砂、砂桶 圖1 小車、砝碼、打點計時器 ● □ □ □ □ 接交流電源 5.（2020安徽卷）.（18分）Ⅰ.（10分）圖1為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖.砂和砂桶的總質(zhì)量為，小車和砝碼的總質(zhì)量為.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮? (1)試驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行.接下來還需要進(jìn)行的一項操作是 A. 將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動. B. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動. C. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動. (2)實驗中要進(jìn)行質(zhì)量和的選取，以下最合理的一組是 A. =200, =10、15、20、25、30、40 B. =200, =20、40、60、80、100、120 C. =400, =10、15、20、25、30、40 D. =400, =20 40、60、80、100、120 （3）圖2 是試驗中得到的一條紙帶，、、、、、、為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出.量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為=4.22 cm、=4.65 cm、=5.08 cm、=5.49 cm、=5.91 cm、=6.34 cm .已知打點計時器的工作效率為50 Hz,則小車的加速度= m/s2 （結(jié)果保留2位有效數(shù)字）. A 圖2 ● ● ● ● ● ● ● B C D E F G 答案：（1）B；(2)C；（3）0.42 解析：要使砂和砂桶的重力mg近似等于小車所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后還要滿足m＜＜M.而平衡摩擦，不需掛砂桶，但要帶紙帶，故（1）選B，（2）選C.（3）用逐差法，求得. 6. （2020江蘇卷）．（10分）為測定木塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)，小亮設(shè)計了如圖所示的裝置進(jìn)行實驗，實驗中，當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點時，重物B剛好接觸地面，將A拉到P點，待B穩(wěn)定后靜止釋放，A最終滑到Q點，分別測量OP、OQ的長度h和s，重復(fù)上述實驗，分別記錄幾組實驗數(shù)據(jù) （1）實驗開始時，發(fā)現(xiàn)A釋放后會撞到滑輪，請?zhí)岢鰞蓚€解決方案； （2）請根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)作出s-h關(guān)系圖像 h（cm） 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s（cm） 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5 （3）實驗測得A、B的質(zhì)量分別為m=0.40kg、M=0.50kg，根據(jù)s-h圖像可計算出A木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ=__________（結(jié)果保留一位有效數(shù)字） （4）實驗中，滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致μ的測量結(jié)果_________（選填“偏大”、或“偏小” 解析：（3）在B下落至臨落地時，據(jù)動能定理，有， 在B落地后，A運動到Q，據(jù)動能定理，有，解得：.將，代入得=，從圖象得斜率，即，代入上式得. 本題易錯點：認(rèn)為A/B末速度都為0，根據(jù)，解得. （4）滑輪組的摩擦?xí)?dǎo)致偏小，從而偏大. 7.（2020四川卷）．（17分）(1)某物理興趣小組采用如圖所示的裝置深入研究平拋運動.質(zhì)量分別為mA和mB的A、B小球處于同一高度，M為A球中心初始時在水平地面上的垂直投影.用小錘打擊彈性金屬片，使A球沿水平方向飛出，同時松開B球，B球自由下落.A球落到地面N點處，B球落到地面P點處.測得mA=0.04 kg，mB=0.05kg，B球距地面的高度是1.225m，M、N點間的距離為1.500m，則B球落到P點的時間是____s，A球落地時的動能是____J.（忽略空氣阻力，g取9.8m/s2） 解析：由自由落體運動公式，代入數(shù)據(jù)可知時間；根據(jù)和機(jī)械能守恒聯(lián)立可得：. 8．（2）（2020天津卷）某同學(xué)用實驗的方法探究影響單擺周期的因素. ①他組裝單擺是，在擺線上端的懸點處，用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線，再用鐵架臺的鐵夾將橡皮夾緊，如圖所示，這樣做的目的是 （填字母代號） A．保證擺動過程中擺長不變 B．可使周期測量得更加準(zhǔn)確 C．需要改變擺長時便于調(diào)節(jié) D．保證擺球在同一豎直平面內(nèi)擺動 解析：用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線增加了線與懸掛處的摩擦保證擺長不變；改變擺長時用力拉不會將擺線拉斷，方便調(diào)節(jié)擺長；AC正確. ②他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的情況下，用毫米刻度尺從懸點量到擺球的最低端的長度L=0.9990m，再用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑，結(jié)果如圖所示，則擺球的直徑為 mm，單擺擺長為 m 解析：用10分度游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為12mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0，則擺球的直徑為12mm+0×0.1mm=12.0mm. 單擺擺長為mm ③下列振動圖像真實地描述了對擺長約為1m的單擺進(jìn)行周期測量的四種操作過程，圖中橫坐標(biāo)遠(yuǎn)點表示計時開始，A、B、C均為30次全振動的圖像，已知sin5°=0.087，sin15°=0.26，這四種操作過程合乎實驗要求且誤差最小的是 （填字母代號） 解析：單擺的振動在擺角小于5度才能看作簡諧振動，在測量周期時計時起點應(yīng)該選擇在平衡位置（速度大誤差?。? 根據(jù)擺角估算振幅m=8.6cm，A B振幅合理. m=25cm，C D振幅不合理錯誤. A中振動圖像的計時起點在平衡位置是合理的，B中振動圖像的計時起點在正的最大位置是不合理的.答案A. 10.（2020山東卷）．（13分）某同學(xué)利用圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律.物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上（尚未到達(dá)滑輪處）.從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示.打點計時器電源的頻率為50Hz. ①通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在相鄰計數(shù)點 和 之間某時刻開始減速. ②計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為 m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為 m/s.（保留三位有效數(shù)字）. ③物塊減速運動過程中加速度的大小為a= m/s2，若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)（g為重力加速度），則計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值 （填“偏大”或“偏小”）. 解析：①由于計數(shù)點前后的間隔距離都小于它們的間隔距離，說明計數(shù)點6之前物塊在加速，計數(shù)點7之后物塊在減速，則開始減速的時刻在6和7之間.答案6；7【或7；6】. ②計數(shù)點5對應(yīng)的速度等于4和6間的平均速度m/s，同理 m/s，又可解得計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為1.20 m/s. ③在減速階段cm，則加速度為m/s2.在減速階段產(chǎn)生加速度的力是滑動摩擦力和紙帶受到的阻力，所以計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值 “偏大”.