力学实验1．(2019·长沙模拟)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(选填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图乙可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是__________．(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_________________．钩码的质量应满足的条件是________________．2．(2019·郑州模拟)如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置．现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平．(1)为完成实验，还需要的器材有________．A．刻度尺B．0～6 V直流电源C．秒表D．0～6 V交流电源(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为________m/s(结果保留三位有效数字)．(3)采用重物下落的方法，根据公式12mv2＝mgh验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是______________________________________________________________________________________，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近________(重力加速度g取10 m/s2)．(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v2-h图；象如图丙所示，则图线斜率的物理意义是_________________________________________________________________________________________________________________________________________.3．(2018·天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木块一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________．A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．4．(2018·全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为__________________(用L、L1和g表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g＝9.80 m/s2，L＝30.0 cm，L1＝10.4 cm.乙的反应时间为__________s(结果保留两位有效数字)．(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：__________________________________________________________________________________________________________________________.5．(2019·唐山模拟)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度x数据如表所示．重力加速度大小g取9.80 m/s2.单位：cm(1)物块的加速度a＝________m/s2(保留三位有效数字)．(2)因为______________________________，可知斜面是粗糙的．6．(2019·揭阳模拟)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x1，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，由静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间为t，用米尺测量A、O之间的距离x2.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v＝________．(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________(选填字母序号)．A．弹簧原长B．当地重力加速度C．滑块(含遮光片)的质量(3)若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能的测量值与真实值比较将________(选填字母序号)．A．偏大B．偏小C．相等7．(2019·石家庄模拟)小明同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间．小明同学进行了如下操作：(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为________mm.(2)该小球质量为m 、直径为d .现使小球从红外线的正上方高h 处自由下落，记录小球挡光时间t ，已知重力加速度为g ，则小球下落过程中动能增加量的表达式为____________；重力势能减少量的表达式为________(用所给字母表示)．(3)改变小球下落高度h ，多次重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能的减少量，你认为可能的原因是____________(至少写出一条)．答案解析1．(2019·长沙模拟)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(选填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图乙可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是__________．(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_________________．钩码的质量应满足的条件是________________．解析：(1)由描点作图可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系．(2)由题给图象可知，当小车的加速度为0时，砝码质量不为0，说明此时存在摩擦力．(3)对小车受力分析，有F T－F f＝Ma，mg－F T＝ma.联立两式可得a＝mgM＋m －F fM＋m.可知应平衡摩擦力，平衡摩擦力后a＝mgM＋m，F T＝MmgM＋m.为使F T＝mg，应使m≪M.答案：(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量2．(2019·郑州模拟)如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置．现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平．(1)为完成实验，还需要的器材有________．A ．刻度尺B ．0～6 V 直流电源C ．秒表D ．0～6 V 交流电源(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s ，根据纸带计算出打下D 点时重物的速度大小为________m/s(结果保留三位有效数字)．(3)采用重物下落的方法，根据公式12mv 2＝mgh 验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是______________________________________________________________________________________，为验证和满足此要求，所选择的纸带第1、2点间的距离应接近________(重力加速度g 取10 m/s 2)． (4)该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v 2-h 图；象如图丙所示，则图线斜率的物理意义是____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________.解析：(1)通过打点计时器计算时间，不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故A 、D 正确，B 、C 错误．(2)由图可知CE 间的距离为x ＝19.41 cm －12.40 cm ＝7.01 cm ＝0.070 1 m ，则由平均速度公式得D 点的速度v D ＝x 2T ＝0.070 10.04m/s ≈1.75 m/s.(3)用公式12mv 2＝mgh 时，对纸带上起点的要求是重物是从初速度为零开始下落，打点计时器的打点频率为50Hz ，打点周期为0.02 s ，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度h ＝12gT 2＝12×10×0.022m ＝2 mm ，所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm.(4)由机械能守恒mgh ＝12mv 2得v 2＝2gh ，由此可知图象的斜率是k ＝2g .答案：(1)A 、D (2)1.75 (3)重物的初速度为零 2 mm (4)当地重力加速度的2倍3．(2018·天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木块一块，白纸，量程为5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________． A ．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B ．重复实验再次进行验证时，结点O 的位置可以与前一次不同C ．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D ．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O 、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．解析：(1)实验结果应具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，故A 错误；在一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O 位置相同，不需要每次实验的O 位置相同，故B 正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时应正对弹簧测力计的刻度，故C 正确；合力可以大于任何一分力，也可以小于任一分力，故D 错误．(2)A 、D 实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B 图和C 图选用的标度相同，但C 中力太小，不利于作平行四边形，故B 符合题意．答案：(1)BC (2)B4．(2018·全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L 的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L 刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L 1，重力加速度大小为g ，则乙的反应时间为__________________(用L 、L 1和g 表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g ＝9.80 m/s 2，L ＝30.0 cm ，L 1＝10.4 cm.乙的反应时间为__________s(结果保留两位有效数字)．(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：______________ _______________________________________________________ _____________________________________________________.解析：根据题述，在乙的反应时间t 内，尺子下落高度h ＝L －L 1，由自由落体运动规律，h ＝12gt 2，解得t＝2（L －L 1）g，代入数据得：t ＝0.20 s.答案：(2)2（L －L 1）g(3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子．5．(2019·唐山模拟)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示，拍摄时频闪频率是10 Hz ；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x 1、x 2、x 3、x 4.已知斜面顶端的高度h 和斜面的长度x 数据如表所示．重力加速度大小g 取9.80 m/s 2.单位：cm(1)物块的加速度a ＝________m/s 2(保留三位有效数字)． (2)因为______________________________，可知斜面是粗糙的． 解析：(1)根据逐差法求出加速度a ＝（x 3＋x 4）－（x 1＋x 2）4T2＝4.30 m/s 2. (2)设斜面倾角为θ，根据牛顿第二定律，物块沿光滑斜面下滑的加速度a ′＝g sin θ＝g h x＝5.88 m/s 2，由于a <a ′，可知斜面是粗糙的．答案：(1)4.30 (2)物块加速度小于g h x≈5.88 m/s 2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度) 6．(2019·揭阳模拟)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 1，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A ，由静止释放，计时器显示遮光片从B 到C 所用的时间为t ，用米尺测量A 、O 之间的距离x 2.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v ＝________． (2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________(选填字母序号)． A ．弹簧原长 B ．当地重力加速度 C ．滑块(含遮光片)的质量(3)若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能的测量值与真实值比较将________(选填字母序号)． A ．偏大 B ．偏小 C ．相等解析：(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用BC 段的平均速度表示离开时的速度，则有v ＝x 1t.(2)由系统机械能守恒可知弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式E k ＝12mv 2可知，应测量滑块的质量，故A 、B 错误，C 正确．(3)若气垫导轨左端比右端略高，导致通过两光电门的时间将减小，那么测得速度偏大，因此弹性势能的测量值也偏大，故A 正确，B 、C 错误．答案：(1)x 1t(2)C (3)A7．(2019·石家庄模拟)小明同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间．小明同学进行了如下操作：(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为________mm.(2)该小球质量为m 、直径为d .现使小球从红外线的正上方高h 处自由下落，记录小球挡光时间t ，已知重力加速度为g ，则小球下落过程中动能增加量的表达式为____________；重力势能减少量的表达式为________(用所给字母表示)．(3)改变小球下落高度h ，多次重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能的减少量，你认为可能的原因是____________(至少写出一条)．解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为18.0 mm ，可动刻度为30.5×0.01 mm ＝0.305 mm ，所以读数为18.0 mm ＋0.305 mm ＝18.305 mm.(2)已知经过光电门时的时间，小球的直径，可以由平均速度表示经过光电门时的速度，即v ＝d t，则小球下落过程中动能增加量的表达式为ΔE k ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 2，重力势能减少量的表达式为ΔE p ＝mgh .(3)根据能量守恒定律分析，重力势能的减少量ΔE p 往往大于动能的增加量ΔE k 的原因是阻力做负功． 答案：(1)18.305 (2)12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 2mgh (3)阻力做负功。