專題限時訓練專題限時訓練 13力學實驗與創(chuàng)新力學實驗與創(chuàng)新時間：時間：45 分鐘分鐘1(2018武漢華師一附中模擬武漢華師一附中模擬)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系系，甲甲、乙乙、丙三位同學分別設(shè)計了如圖所示的實驗裝置丙三位同學分別設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，小車總質(zhì)小車總質(zhì)量用量用 M 表示表示(乙圖中乙圖中 M 包括小車與傳感器，丙圖中包括小車與傳感器，丙圖中 M 包括小車和與包括小車和與小車固連的滑輪小車固連的滑輪)，鉤碼總質(zhì)量用，鉤碼總質(zhì)量用 m 表示表示(1)為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時，小車為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時，小車的加速度與所受合外力成正比的結(jié)論，下列說法正確的是的加速度與所受合外力成正比的結(jié)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(zhì)量三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量 m 遠小于小車遠小于小車的總質(zhì)量的總質(zhì)量 M 的條件的條件D 三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量 m 遠小于小車的總質(zhì)遠小于小車的總質(zhì)量量 M 的條件的條件(2)若乙、丙兩位同學發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計讀數(shù)相若乙、丙兩位同學發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計讀數(shù)相同，通過計算得到小車加速度均為同，通過計算得到小車加速度均為 a，a13g，g 為當?shù)刂亓铀俣葹楫數(shù)刂亓铀俣龋瑒t乙、丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為則乙、丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為 12，乙、丙兩人實驗，乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為用的鉤碼總質(zhì)量之比為 12.解析：解析：(1)為了便于測量合外力的大小，甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量為了便于測量合外力的大小，甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應的重力即為合外力對應的重力即為合外力， 而乙圖是力傳感器的示數(shù)而乙圖是力傳感器的示數(shù)， 丙圖則是測力計丙圖則是測力計的的 2 倍，因此它們都必須平衡摩擦力，故倍，因此它們都必須平衡摩擦力，故 A 錯誤，錯誤，B 正確；由于甲正確；由于甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應的重力即為合外力圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應的重力即為合外力， 因此三組實驗中只有甲因此三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量 m 遠小于小車的總質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量 M 的條件的條件，故故 C正確，正確，D 錯誤錯誤(2)根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律，則有則有：FM乙乙a,2FM丙丙a；因此乙因此乙、丙丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為 12；由牛頓第二定律，對砝碼進；由牛頓第二定律，對砝碼進行研究行研究，則有則有 m乙乙gFm乙乙a，而而 m丙丙gFm丙丙2a，因因 a13g，解解得得 m乙乙m丙丙12；即乙即乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為 12.2小白用如圖所示的裝置驗證小白用如圖所示的裝置驗證“力的平行四邊形定則力的平行四邊形定則”，其部，其部分實驗操作如下分實驗操作如下(1)請完成下列相關(guān)內(nèi)容：請完成下列相關(guān)內(nèi)容：a在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置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彈簧末端拉到同一位置 O，記錄細繩套，記錄細繩套 AO、BO 的方向及兩彈簧測的方向及兩彈簧測力計相應的讀數(shù)圖中力計相應的讀數(shù)圖中 B 彈簧測力計的讀數(shù)為彈簧測力計的讀數(shù)為 11.40 N.c 小白在坐標紙上畫出兩彈簧拉力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示，請你用作圖工具在圖中坐標紙上作出 FA、FB的合力的合力 F.d已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力 F 如圖所示如圖所示e最后觀察比較最后觀察比較 F 和和 F，得出結(jié)論，得出結(jié)論答案：答案：圖見解析圖見解析(2)本實驗采用的科學方法是本實驗采用的科學方法是 C.A理想實驗法理想實驗法B控制變量法控制變量法C等效替代法等效替代法D建立物理模型法建立物理模型法解析：解析：b.圖中圖中 B 彈簧測力計的讀數(shù)為彈簧測力計的讀數(shù)為 11.40 N；c.圖線如圖：圖線如圖：3如圖甲所示，某組同學借用如圖甲所示，某組同學借用“探究探究 a 與與 F、m 之間的定量關(guān)之間的定量關(guān)系系”的相關(guān)實驗思想的相關(guān)實驗思想、 原理及操作原理及操作， 進行進行“研究合外力做功和動能變研究合外力做功和動能變化的關(guān)系化的關(guān)系”的實驗：的實驗：(1)為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，通過調(diào)整墊片的為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置位置， 改變長木板傾斜程度改變長木板傾斜程度， 根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直勻速直線線(或勻速或勻速)運動運動(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(shù)點的相鄰計數(shù)點 A、B、C、D、E、F、G.實驗時小車所受拉力為實驗時小車所受拉力為 0.2 N，小車的質(zhì)量為小車的質(zhì)量為 0.2 kg.請計算小車所受合外力做的功請計算小車所受合外力做的功 W 和小車動能的變化和小車動能的變化Ek.補填表補填表中空格中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位結(jié)果保留至小數(shù)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(shù)據(jù)可知分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)在實驗誤差允許的范圍內(nèi) WEk，與理論與理論推導結(jié)果一致推導結(jié)果一致(3)實驗前已測得托盤質(zhì)量為實驗前已測得托盤質(zhì)量為 7.7103kg， 實驗時該組同學放入實驗時該組同學放入托盤中的砝碼質(zhì)量應為托盤中的砝碼質(zhì)量應為 0.015 kg(g 取取 9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點后，結(jié)果保留至小數(shù)點后第三位第三位)解析：解析：(1)若已平衡摩擦力，則小車在木板上做勻速直線運動若已平衡摩擦力，則小車在木板上做勻速直線運動(2)從紙帶上從紙帶上的的O點點到到F點點， WFOF0.20.557 5 J0.111 5J，打，打 F 點時速度點時速度 vFBG2T0.667 70.457 50.2m/s1.051 m/s，Ek12Mv2F120.21.0512J0.110 5 J.(3)打打 B 點時小車的速度為點時小車的速度為 vBAC2T0.286 10.155 00.2m/s0.655 5 m/s ， 所 以 小 車 的 加 速 度， 所 以 小 車 的 加 速 度 a vFvB4T1.0510.655 540.1m/s20.99 m/s2.小車所受的拉力小車所受的拉力 F(m0m)(ga)，所以盤中砝碼的質(zhì)量，所以盤中砝碼的質(zhì)量 mFgam00.29.80.997.7103kg0.015 kg.4如圖甲為某一同學探究功與速度變化關(guān)系的實驗圖，在水平如圖甲為某一同學探究功與速度變化關(guān)系的實驗圖，在水平臺面上放一長木板臺面上放一長木板，板的右端有一個定滑輪板的右端有一個定滑輪，細繩一端連接小車細繩一端連接小車，另另一端跨過定滑輪一端跨過定滑輪， 連接裝有砝碼的托盤連接裝有砝碼的托盤， 將小車同紙帶移近打點計時將小車同紙帶移近打點計時器器，由靜止釋放托盤由靜止釋放托盤，每次托盤下落高度一定每次托盤下落高度一定，木板足夠長木板足夠長，小車沒小車沒有碰到右側(cè)滑輪有碰到右側(cè)滑輪(小車在碰到右側(cè)滑輪之前小車在碰到右側(cè)滑輪之前，托盤已經(jīng)著地托盤已經(jīng)著地)，將小車將小車中的砝碼依次移至托盤中中的砝碼依次移至托盤中，釋放托盤釋放托盤，多次實驗打下紙帶多次實驗打下紙帶，實驗中小實驗中小車質(zhì)量為車質(zhì)量為 M，托盤質(zhì)量為托盤質(zhì)量為 m0，每個砝碼的質(zhì)量也為每個砝碼的質(zhì)量也為 m0，所有砝碼與所有砝碼與托盤的總質(zhì)量為托盤的總質(zhì)量為 m，托盤下落的高度為，托盤下落的高度為 h，當?shù)刂亓铀俣葹椋數(shù)刂亓铀俣葹?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，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(diào)節(jié)是接下來再進行一項調(diào)節(jié)是 B.(填正確答案標號填正確答案標號)A將長木板一端墊高將長木板一端墊高，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并打點，判斷小車是否做勻速運動B將長木板一端墊高將長木板一端墊高，撤除細繩撤除細繩，用手撥動小車后讓其拉著紙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將長木板一端墊高將長木板一端墊高，撤除細繩撤除細繩，讓小車自行下滑拉著紙帶并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打點，然后判斷小車是否做勻加速運動D每移動一次砝碼每移動一次砝碼，小車對木板的壓力都不同小車對木板的壓力都不同，導致摩擦力不導致摩擦力不同，所以都應平衡一次摩擦力同，所以都應平衡一次摩擦力(2)實驗中，用不同數(shù)目的砝碼拉動小車拖動紙帶圖乙是一條實實驗中，用不同數(shù)目的砝碼拉動小車拖動紙帶圖乙是一條實驗紙帶驗紙帶，O 為初始點為初始點，紙帶上的點為打點計時器打下的原始點紙帶上的點為打點計時器打下的原始點，則對則對紙帶上的數(shù)據(jù)處理正確的是紙帶上的數(shù)據(jù)處理正確的是 C(填正確答案標號填正確答案標號)A選取選取 OA 間距，求間距，求 OA 間的平均速度間的平均速度B選取選取 DE 間距，求間距，求 DE 間的平均速度間的平均速度C選取選取 DG 間距，求間距，求 DG 間的平均速度間的平均速度D選取選取 AG 間距，求間距，求 AG 間的平均速度間的平均速度(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(guān)系的變化的關(guān)系， 在數(shù)據(jù)處理時采用了圖象法處理在數(shù)據(jù)處理時采用了圖象法處理， 縱軸為小車最大速縱軸為小車最大速度的平方度的平方 v2，橫軸為，橫軸為 n(托盤中的砝碼個數(shù)托盤中的砝碼個數(shù) n碼碼n1)，得到圖丙，得到圖丙，圖線為過原點的傾斜直線圖線為過原點的傾斜直線， 說明做功與速度變化的關(guān)系是說明做功與速度變化的關(guān)系是合外力做的合外力做的功與速度的平方成正比功與速度的平方成正比，圖線斜率的表達式，圖線斜率的表達式 k2m0ghMm.解析：解析：(1)為了使細繩對小車的拉力等于小車所受的合外力，先為了使細繩對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度， 使細繩與長木板平行使細繩與長木板平行 接下來還需要進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?shù)母叨刃械囊豁棽僮魇菍㈤L木板的一端墊起適當?shù)母叨龋?讓小車連著已經(jīng)穿讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶過打點計時器的紙帶，撤除細繩撤除細繩，給打點計時器通電給打點計時器通電，輕推小車輕推小車，從從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動， 即平衡摩擦力即平衡摩擦力， 故故 A、 C 錯誤錯誤，B 正確正確；平衡摩擦力只需要平衡一次平衡摩擦力只需要平衡一次，每移動一次砝碼每移動一次砝碼，不需要重新不需要重新平衡摩擦力，故平衡摩擦力，故 D 錯誤錯誤(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均勻的 DG 段，求段，求 DG 間的平均速度，故間的平均速度，故 C 正確，正確，A、B、D 錯誤錯誤(3)對小車、砝碼以及托盤整體，根據(jù)動能定理得：對小車、砝碼以及托盤整體，根據(jù)動能定理得：(n1)m0m0gh12(mM)v2整理得：整理得：v22m0ghMmn，若若 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，的平方成正比，v2n 圖線斜率的表達式為：圖線斜率的表達式為：kv2n2m0ghMm.5(2018全國卷全國卷)某同學用圖甲所示的裝置測量木塊與木板之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(shù)間的動摩擦因數(shù) 跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連連，滑輪和木塊間的細線保持水平滑輪和木塊間的細線保持水平，在木塊上方放置砝碼在木塊上方放置砝碼緩慢向左緩慢向左拉動水平放置的木板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)滑當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時動時， 彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小 某次實驗所某次實驗所得數(shù)據(jù)在表中給出，其中得數(shù)據(jù)在表中給出，其中 f4的值可從圖乙中彈簧秤的示數(shù)讀出的值可從圖乙中彈簧秤的示數(shù)讀出砝碼的質(zhì)量砝碼的質(zhì)量 m/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力滑動摩擦力 f/N2.152.362.55f42.93回答下列問題：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(shù)據(jù)點并繪出在圖丙的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出 fm 圖線；圖線；答案：答案：如圖所示如圖所示(3)f 與與 m、木塊質(zhì)量、木塊質(zhì)量 M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)及重力及重力加速度大小加速度大小 g 之間的關(guān)系式為之間的關(guān)系式為 f(Mm)g，fm 圖線圖線(直線直線)的斜率的斜率的表達式為的表達式為 kg；(4)取取 g9.80 m/s2，由繪出的，由繪出的 fm 圖線求得圖線求得0.40.(保留保留 2 位有位有效數(shù)字效數(shù)字)解析解析：(1)對彈簧秤進行讀數(shù)得對彈簧秤進行讀數(shù)得 2.75 N(2)在圖象上添加在圖象上添加(0.05 kg,2.15 N)、(0.20 kg, 2.75 N)這兩個點這兩個點，畫一條直線畫一條直線，使盡可能多的點落使盡可能多的點落在這條直線上在這條直線上， 不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)， 如答圖所如答圖所示示(3)由實驗原理可得由實驗原理可得 f(Mm)g, fm 圖線的斜率為圖線的斜率為 kg.(4)根根據(jù)圖象求出據(jù)圖象求出 k3.9 N/kg，代入數(shù)據(jù)得，代入數(shù)據(jù)得0.40.