其它力学实验

第77节其它力学实验.吕叔湘中学庞留根1.2015年理综重庆卷6．（1）同学们利用如题6图1所示方法估测反应时间。首先，甲同学捏住直尺上端，使直尺保持竖直状态，直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时，立即用手指捏直尺，若捏住位置的刻度读数为x，则乙同学的反应时间为（重力加速度为g）。基于上述原理，某同学用直尺制作测量反应时间的工具，若测量范围为0～0.4s，则所用直尺的长度至少为cm（g取10m/s2）；若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线，则每个时间间隔在直尺上对应的长度是的(选填“相等”或“不相等”).答案：2xg，80，不相等解析：①直尺在人的反应时间内做自由落体运动，有2102xgt，解得2xtg；②反应时间最长为0.4ts，需要直尺的长度为80cm0.8m4010212122.gth；③自由落体运动从计时开始连续相等时间的位移为1:4:9:16，而相等时间内的位移为1:3:5:7，故长度不相等。2.2015年理综新课标I卷22.(6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。完成下列填空：（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_____kg；（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：序号12345m（kg）1.801.751.851.751.90（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_____N；小车通过最低点时的速度大小为_______m/s。（重力加速度大小取9.80m/s2，计算结果保留2位有效数字）凹形桥模拟器托盘秤图（a）图（b）01289kg甲同学乙同学题6图1答案：（2）1.40（4）7.91.4解析：（2）根据秤盘指针可知量程是10kg，指针所指示数为1.4kg.（4）记录的托盘称各次示数并不相同，为减小误差，取平均值，即m=1.81kg。而模拟器的重力为G=m'g=9.8N，所以小车经过凹形桥最低点的压力为N=mg-m'g≈7.94N。沿半径方向的合力提供向心力即Rv221kg)(1.4kg9.8m/s1kg)(1.4kg.94N7将R=0.20m代入得v=1.4m/s3.2013年重庆卷6．（1）我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣。他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系。要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是。忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据定律（定理），可得到钢球被阻拦前的速率。答：高度（距水平木板的高度）；刻度尺：机械能守恒或动能定理解析：此题考查探究初速度与物体运动位移的关系，由机械能守恒定律或动能定理可求得初速度（已知高度），用刻度尺可测长度或高度。4.2016年新课标Ⅱ卷22．（6分）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物快，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。（1）实验中涉及下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是__________（填入代表步骤的序号）。钢球橡皮条木板打点计时器固定栓物块纸带图（a）1.15M1.511.892.582.57L1.561.551.540.99单位cm图（b）（2）图（b）中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_______m/s。比较两纸带可知，_________（填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。【答案】（1）④①③②（2）1.29M【解析】（1）打点计时器应先通电后释放物块，正确的顺序为④①③②（2）物块脱离弹簧时速度最大；1.29m/sm/s0.02102.582txv；由动能定理221mvEP，根据纸带可知M纸带获得的最大速度较大，则弹性势能较大。5.2016年四川卷8．（17分）Ⅰ．（6分）用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离x，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。（1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_______。（2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_______。A．弹簧原长B．当地重力加速度C．滑块（含遮光片）的质量（3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_____。A．增大B．减小C．不变【答案】(1)xvt(2)C(3)B【解析】(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是xvt(2)弹簧的弹性势能全部转化成了滑块得到的动能，为求出弹簧的弹性势能，还需要测量滑块（含遮光片）的质量，故选C。(3)增大A、O之间的距离x，弹簧的压缩量变大，滑块得到的速度变大，则滑块经过计时器显示时间t将减小，故选B。6.2011年理综四川卷22．（1）（7分）某研究性学习小组进行了如下实验：如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水中放一个红蜡做成的小圆柱体R。将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与y轴重合，在R从坐标原点以速度v0=3cm/s匀速上浮的同时，玻璃管沿x轴正方向做初速为零的匀加速Ox/cmy/cmRv0ABCO滑块遮光片光电门气垫导轨第17题图3第17题图2第17题图1直线运动。同学们测出某时刻R的坐标为（4，6），此时R的速度大小为cm/s，R在上升过程中运动轨迹的示意图是。（R视为质点）解析：“研究运动的合成与分解”实验中：小圆柱体R在竖直方向匀速运动有tvy0，s2cm/s3cm60vyt，在水平方向做初速为0的匀加速直线运动x＝12at2，得a＝2cm/s2，R的速度大小为cm/s52220tavv，轨迹示意图是D。7.2018年浙江卷（4月选考）17．（5分）（1）用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时，除了图中已给出的实验器材外，还需要的测量工具有___C_____（填字母）；A．秒表B．天平C．刻度尺D．弹簧测力计（2）用图2所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，释放重物前有以下操作，其中正确的是__AC__（填字母）；A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上B．手提纸带任意位置C．使重物靠近打点计时器（3）图3是小球做平抛运动的频闪照片，其上覆盖了一张透明的方格纸。已知方格纸每小格的边长均为0.80cm。由图可知小球的初速度大小为__0.66~0.74____m/s（结果保留两位有效数字）解析：（1）实验“探究功与速度变化的关系”使用打点计时器测速度，不需要秒表，故A错误；因为运动中质量不变，在找关系时不需要天平测质量，B错误；由纸带上的点计算速度需要用刻度尺测量计数点的间距，故C正确。每次实验时橡皮筋成倍数地增加，形变量不变，功的关系不需要测力，故D错误。故选C。（2）图2是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，需要把两限位孔调到同一竖直线上，减小限位孔与纸带间的摩擦力，故A正确；要使重物靠近打电计时器再释放，以纸带上打出ByxOyxOyxOyxOABCDtv图30T2T3T4T5Tv1v2v3v4v5纸带打点计时器图1重物小车O图2BCDEFA尽可能多的点，B错误C正确。故选AC。（3）由图可知，竖直方向上cm6.18.022gty，则t=0.4s水平方向上tvx0，4.008.05.30v可解得，v0=0.70m/s8.2018年北京卷、21．（18分）用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有和（填选项前的字母）。A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平（含砝码）（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出．．计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是。v-t图像斜率的物理意义是。（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度xt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是（选填“越小越好”或“与大小无关”）；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差（选填“有关”或“无关”）。tv答图10T2T3T4T5Tv1v2v3v4v5图4（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。答案：（1）AC（2）如答图1，C点的坐标为（3T，v3）（3）小车的速度随时间均匀变化，加速度（4）越小越好，有关（5）如果小球的初速度为0，其速度tv，那么它通过的位移2xt。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。解析：（1）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度，故需要的仪器选AC（2）利用所给点迹描点连线，得图像见答图1，其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3（3）结合图像可以看出，小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图像的斜率代表了运动时的加速度。（4）Δt越小，则tx越接近计数点的瞬时速度，所以Δt越小越好，计算速度需要用到Δx的测量值,所以Δx大小与速度测量的误差有关。（5）如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。（要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证。）9.2013年浙江卷21．（10分）如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上。一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的a、b、c……均为打点计时器打出的点。（1）任选一条纸带读出b、c两点间的距离为；（2）任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为，纸带①和②上c、e两点间的平均速度v①v②（填“大于”、”等于”或“小于”）；（3）图中_______（填选项）A．两条纸带均为用装置甲实验所得B．两条纸带均为用装置乙实验