專題限時訓練13力學實驗與創(chuàng)新時間：45分鐘1(2018·武漢華師一附中模擬)為了探究加速度與力、質量的關系，甲、乙、丙三位同學分別設計了如圖所示的實驗裝置，小車總質量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固連的滑輪)，鉤碼總質量用m表示(1)為便于測量合外力的大小，并得到小車總質量一定時，小車的加速度與所受合外力成正比的結論，下列說法正確的是(BC)A三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力B三組實驗都需要平衡摩擦力C三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件D三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件(2)若乙、丙兩位同學發(fā)現某次測量中力傳感器和測力計讀數相同，通過計算得到小車加速度均為a，ag，g為當地重力加速度，則乙、丙兩人實驗時所用小車總質量之比為12，乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質量之比為12.解析：(1)為了便于測量合外力的大小，甲圖通過鉤碼的總質量對應的重力即為合外力，而乙圖是力傳感器的示數，丙圖則是測力計的2倍，因此它們都必須平衡摩擦力，故A錯誤，B正確；由于甲圖通過鉤碼的總質量對應的重力即為合外力，因此三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件，故C正確，D錯誤(2)根據牛頓第二定律，則有：FM乙a,2FM丙a；因此乙、丙兩人實驗時所用小車總質量之比為12；由牛頓第二定律，對砝碼進行研究，則有m乙gFm乙a，而m丙gFm丙2a，因ag，解得m乙m丙12；即乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質量之比為12.2小白用如圖所示的裝置驗證“力的平行四邊形定則”，其部分實驗操作如下(1)請完成下列相關內容：a在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O.b卸下鉤碼，然后將兩繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測力計將彈簧末端拉到同一位置O，記錄細繩套AO、BO的方向及兩彈簧測力計相應的讀數圖中B彈簧測力計的讀數為11.40 N.c小白在坐標紙上畫出兩彈簧拉力FA、FB的大小和方向如圖所示，請你用作圖工具在圖中坐標紙上作出FA、FB的合力F.d已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力F如圖所示e最后觀察比較F和F，得出結論答案：圖見解析(2)本實驗采用的科學方法是C.A理想實驗法 B控制變量法C等效替代法 D建立物理模型法解析：b.圖中B彈簧測力計的讀數為11.40 N；c.圖線如圖：3如圖甲所示，某組同學借用“探究a與F、m之間的定量關系”的相關實驗思想、原理及操作，進行“研究合外力做功和動能變化的關系”的實驗：(1)為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，通過調整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線(或勻速)運動(2)連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖乙所示的紙帶紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數點A、B、C、D、E、F、G.實驗時小車所受拉力為0.2 N，小車的質量為0.2 kg.請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化Ek.補填表中空格(結果保留至小數點后第四位).OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 50.111_5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 70.110_5分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內WEk，與理論推導結果一致(3)實驗前已測得托盤質量為7.7×103 kg，實驗時該組同學放入托盤中的砝碼質量應為0.015 kg(g取9.8 m/s2，結果保留至小數點后第三位)解析：(1)若已平衡摩擦力，則小車在木板上做勻速直線運動(2)從紙帶上的O點到F點，WF·0.2×0.557 5 J0.111 5 J，打F點時速度vF m/s1.051 m/s，EkMv×0.2×1.0512 J0.110 5 J.(3)打B點時小車的速度為vB m/s0.655 5 m/s，所以小車的加速度a m/s20.99 m/s2.小車所受的拉力F(m0m)(ga)，所以盤中砝碼的質量mm0 kg0.015 kg.4如圖甲為某一同學探究功與速度變化關系的實驗圖，在水平臺面上放一長木板，板的右端有一個定滑輪，細繩一端連接小車，另一端跨過定滑輪，連接裝有砝碼的托盤，將小車同紙帶移近打點計時器，由靜止釋放托盤，每次托盤下落高度一定，木板足夠長，小車沒有碰到右側滑輪(小車在碰到右側滑輪之前，托盤已經著地)，將小車中的砝碼依次移至托盤中，釋放托盤，多次實驗打下紙帶，實驗中小車質量為M，托盤質量為m0，每個砝碼的質量也為m0，所有砝碼與托盤的總質量為m，托盤下落的高度為h，當地重力加速度為g.(1)減小實驗誤差，實驗操作中先將長木板放置在水平桌面上，接下來再進行一項調節(jié)是B.(填正確答案標號)A將長木板一端墊高，釋放空托盤讓其拖動小車拉著紙帶運動并打點，判斷小車是否做勻速運動B將長木板一端墊高，撤除細繩，用手撥動小車后讓其拉著紙帶運動并打點，判斷小車是否做勻速運動C將長木板一端墊高，撤除細繩，讓小車自行下滑拉著紙帶并打點，然后判斷小車是否做勻加速運動D每移動一次砝碼，小車對木板的壓力都不同，導致摩擦力不同，所以都應平衡一次摩擦力(2)實驗中，用不同數目的砝碼拉動小車拖動紙帶圖乙是一條實驗紙帶，O為初始點，紙帶上的點為打點計時器打下的原始點，則對紙帶上的數據處理正確的是C(填正確答案標號)A選取OA間距，求OA間的平均速度B選取DE間距，求DE間的平均速度C選取DG間距，求DG間的平均速度D選取AG間距，求AG間的平均速度(3)實驗對多次做功的定量記錄和對紙帶的分析，探究功與速度的變化的關系，在數據處理時采用了圖象法處理，縱軸為小車最大速度的平方v2，橫軸為n(托盤中的砝碼個數n碼n1)，得到圖丙，圖線為過原點的傾斜直線，說明做功與速度變化的關系是合外力做的功與速度的平方成正比，圖線斜率的表達式k.解析：(1)為了使細繩對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細繩與長木板平行接下來還需要進行的一項操作是將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤除細繩，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，即平衡摩擦力，故A、C錯誤，B正確；平衡摩擦力只需要平衡一次，每移動一次砝碼，不需要重新平衡摩擦力，故D錯誤(2)我們要求出最后勻速運動時的速度，所以選取后面點跡比較均勻的DG段，求DG間的平均速度，故C正確，A、B、D錯誤(3)對小車、砝碼以及托盤整體，根據動能定理得：(n1)m0m0gh(mM)v2整理得：v2n，若v2­n圖線為過原點的傾斜直線，則說明合外力做的功與速度的平方成正比，v2­n圖線斜率的表達式為：k.5(2018·全國卷)某同學用圖甲所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細線保持水平，在木塊上方放置砝碼緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數即為木塊受到的滑動摩擦力的大小某次實驗所得數據在表中給出，其中f4的值可從圖乙中彈簧秤的示數讀出砝碼的質量m/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列問題：(1)f42.75 N；(2)在圖丙的坐標紙上補齊未畫出的數據點并繪出f­m圖線；答案：如圖所示(3)f與m、木塊質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數及重力加速度大小g之間的關系式為f(Mm)g，f­m圖線(直線)的斜率的表達式為kg；(4)取g9.80 m/s2，由繪出的f­m圖線求得0.40.(保留2位有效數字)解析：(1)對彈簧秤進行讀數得2.75 N(2)在圖象上添加(0.05 kg, 2.15 N)、(0.20 kg, 2.75 N)這兩個點，畫一條直線，使盡可能多的點落在這條直線上，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側，如答圖所示(3)由實驗原理可得f(Mm)g, f­m圖線的斜率為kg.(4)根據圖象求出k3.9 N/kg，代入數據得0.40.7