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课时巩固过关练(十三)
力学实验
(45分钟100分)
1.(12分)(2015·德州一模)如图甲,一个圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。圆盘加速转动时,纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示,用此装置打出的一条纸带如图丙所示(打点计时器所接交流电的频率为50Hz,A、B、C、D…为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出)。
(1)根据图乙读出圆盘的直径为cm。
(2)根据图丙计算,打D点时圆盘转动的角速度为rad/s。
(3)由图丙可知,纸带运动的加速度大小为m/s2。
【解析】(1)整数部分为60mm,小数部分为零,由于精确度为0.05mm,故需写到0.001cm处,故读数为6.000cm;故直径为6.000cm。
(2)打下计数点D时,速度为
v D===0.39m/s
故ω==rad/s=13rad/s
(3)纸带运动的加速度为
a===m/s2=0.60m/s2
答案：(1)6.000 (2)13 (3)0.60
2.(12分)(2015·全国卷Ⅰ)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=0.20 m)。
完成下列填空：
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图甲所示,托盘秤的示数为
1.00 kg。
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图乙所示,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值如表所示：
(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9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析：
(1)掌握托盘秤的读数规则。
(2)注意读数和力的换算。
(3)在轨道的最低点根据牛顿第二定律分析。
【解析】(2)托盘秤的最小标度为0.1 kg,则读数为
1.00 kg+4.0×0.1 kg=1. 40 kg;
(4)小车经过最低点时对桥的压力为
F=-1.00g=7.9 N,
在桥的最低点,由牛顿第二定律得
F-mg=m,
其中m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,
再代入其他数据解得v=1.4 m/s。
答案：(2)1.40 (4)7.9 1.4
3.(14分)图中所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系。倾角为θ的斜面体固定在实验台上,将光电门固定在斜面体的底端O点,让小球从斜面上的不同位置由静止释放,释放点到光电门的距离d依次为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。
(1)用游标卡尺测量小球的直径,如图乙所示,小球的直径D= cm。
(2)该实验(选填“需要”或“不需要”)测量小球的质量;小球通过光电门经历的时间为Δt,小球通过光电门的速度为(填字母),不考虑误差的影响,从理论上来说,该结果(选填“<”“>”或“=”)球心通过光电门的瞬时速度。
(3)为了探究做功与速度变化的关系,依次记录的实验数据如下表所示。
/(m·s-1
从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系”的结论是
。
【解析】(1)螺旋测微器：固定刻度为 5.5mm,可动刻度为12.5×
0.01mm=0.125mm,则读数为5.5mm+0.125mm=5.625mm=0.5625cm。(2)根据动能定理mgd=mv2得,本实验要验证v2=2gd,故不需要测量小球的质量。由平均速度表示经过光电门时的速度,故小球通过光电门的速度为v=,根据匀变速直线运动的规律得：小球通过光电门的平均速度等于这个过程中间时刻的速度,所以小球通过光电门的平均速度小于球心通过光电门的瞬时速度。
(3)根据表格中记录的数据可得,释放点到光电门的距离d与物体的速度以及速度的平方根都不存在正比例的关系,与速度的平方接近正比例关系,所以可选择v2为坐标系的纵坐标。将表格中的数据在d-v2坐标系中描点连线如图。从图像中得到的直接结论是d与v2成正比;从而间接得到做功与物体速度变化的规律是合外力做功与v2成正比。
答案：(1)0.5625
(2)不需要<
(3)合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比
4.(14分)(2015·深州二模)在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置的两种不同的实验方案进行实验。
①在图甲中,下落物体应选择密度(选填“大”或“小”)的重物;在图乙中,两个重物的质量关系是m1(选填“>”“=”或“<”)m2。
②采用图乙的方案进行实验,还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和。
③比较两种实验方案,你认为图(选填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理,理由是。(2)有一同学采用了图甲所示的方案,选出一条纸带如图丙所示,其中O点为起始点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以50Hz交流电,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重物的质量为0.5kg,g取9.8m/s2。根据以上数据,打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了J,这时它的动能是J,根据上面这两个数据你能得到的结论是。(结果保留三位有效数字)
