实验题18分练(2)
1.(10分)根据要求，完成“验证力的平行四边形定则”实验。
(1)如图1甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，另一端B连有两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点B位于O处，记下________和两条轻绳的方向，取下滑轮及钩码。
图1
(2)如图乙所示，取某单位长度表示1 N，用力的图示作出两条轻绳的拉力F1和F2；再用一个弹簧秤把结点也拉至O处，记下弹簧秤的读数F′＝________N，取下弹簧秤。 (3)在图丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示。
(4)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是_____________________________________________________(填一个原因)。 解析 (1)为使两次实验产生的效果相同，那么两次拉橡皮筋，橡皮筋的伸长量应相等，为达到这一目的，开始拉橡皮筋拉到某一位置O时，要记录这一位置，只要第二次将橡皮筋拉到同一位置即可。 (2)弹簧秤的读数为5.0 N。
(3)测量值与理论值是存在误差的，因此图中的测量值F′与理论值F是不重合的。所作的图示如图所示。
(4)本实验中的误差来源主要有测量误差；作图误差；弹簧秤自身重力的影响；滑轮与轻绳之间摩擦力的影响等。
答案 (1)O的位置(2分) (2)5.0(2分) (3)见解析(3分) (4)测量存在误差；作图不准；弹簧秤自身存在重力；滑轮与轻绳之间有摩擦等(写出一个即可)(3分)
2.(10分)现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图2甲所示)、小车(假设小车的质量为M，未具体测出)、计时器、米尺、弹簧秤，还有钩码若干。实验步骤如下(不考虑摩擦力的影响，重力加速度为g)，完成下列实验步骤中所缺的内容：
图2
(1)按图甲安装好实验器材。
(2)用弹簧秤沿斜面向上拉小车保持静止，测出此时的拉力F。
(3)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t，用米尺测量A1与A2之间的距离s，从运动学角度得小车的加速度a＝________。 (4)已知A1与A2之间的距离s，实验时在小车中加钩码，所加钩码总质量为m，要保持小车与钩码的合外力F不变，可采用如下方法：用弹簧秤沿着斜面拉着小车，将斜面的________，直到弹簧秤的读数为________为止。
(5)多次增加钩码，然后重复步骤(4)。在小车与钩码的合外力保持不变的情况下，利用(3)和(4)的测量和计算结果，可得钩码总质量m与小车从A1到A2时间t的关系式为m＝________。
(6)利用实验中所测得的数据作出了如图乙所示的m－t2图象，若该图象的斜率为k，图象在纵轴上截距的绝对值为b，那么根据该图象求得小车的质量M＝________，小车所受的合外力大小为F＝________。(用k、b和s表示，用其他物理量表示均不给分) 12s
解析 (3)由初速度为零的匀加速直线运动位移公式有s＝at2，故加速度为a＝2。
2t(4)由平衡条件得F＝
（m＋M）gh
，可见在小车中增加钩码的同时为保持小车所受的合s
外力不变，应调整斜面的高度，将斜面的高度降低，直到弹簧秤的读数为F为止。 2s
(5)由牛顿第二定律有F＝(m＋M)a＝(m＋M)2，
tF2
即m＝·t－M。
2s
F2
(6)由m＝·t－M可知，图象在纵轴上截距的绝对值表示小车的质量，因此小车的质量
2sF
为M＝b。图象的斜率为k＝，故小车所受的合外力为F＝2sk。
2s
2sFt2
答案 (3)2(2分) (4)高度适当降低(1分) F(1分) (5)－M(2分) (6)b(2分) 2sk(2
t2s分)
3.(10分)(2015·盐城市高三第三次模拟)为测量木块与木板间的动摩擦因数，将木板倾斜，木块以不同的初速度沿木板向上滑到最高点后再返回，用光电门测量木块来回的速度，用刻度尺测量从光电门向上运动的最大距离。为确定木块向上运动的最大高度，让木块推
动轻质卡到最高点，记录这个位置，实验装置如图3所示。
图3
(1)本实验中，下列操作合理的是________。 A.遮光条的宽度应尽量小些 B.实验前将轻质卡置于光电门附近
C.为了实验成功，木板的倾角必须大于某一值
D.光电门与轻质卡所能达到的最高点间的距离即为木块向上运动的最大距离 (2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图4所示读数为________mm。
图4 图5
(3)改变木块的初速度，测量出它向上运动的最大距离与木块来回经过光电门时速度的平方差，结果如下表所示，试在图5坐标纸上作出Δv2－t的图象。经测量木板倾角的余弦值为0.6，重力加速度取g＝9.80 m/s2，则木块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留两位有效数字)。
序号 x/m Δv2/(m2·s2) －1 16.0 0.04 2 36.0 0.09 3 60.0 0.15 4 70.0 0.19 5 88.0 0.22 (4)由于轻质卡的影响，使得测量的结果________(填“偏大”或“偏小”)。
解析 (1)遮光条宽度与时间的比值是木块的平均速度，可以认为是木块通过光电门时的瞬时速度，遮光条宽度越小，平均速度越接近瞬时速度，实验误差越小，因此遮光条的宽度应尽量小些，故A正确；实验时轻质卡应与木块一起向上运动，实验前将轻质卡与木块靠在一起，故B错误；当木板倾角大于某一值时，木块重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，木块到达最高点后可以反向下滑，否则木块到达最高点后将静止，实验不能成功，所以为了实验成功，木块的倾角必须大于某一值，故C正确；木块向上运动的最大距离为光电门与轻质卡所能达到的最高点间的距离，选项D正确。
(2)该螺旋测微器固定刻度读数为3.5 mm，可动刻度读数为20.0×0.01 mm＝0.200 mm，故螺旋测微器读数为3.700 mm。
(3)Δv2－x图象见答案。对木块来回经过光电门的过程，由动能定理可得－μmgcos θ·2x
11222＝mv2－mv2x，即以速度的平方差Δv2为纵轴，以0，整理可得v0－v＝Δv＝4μgcos θ·2211x为横轴，则图象为倾斜直线，斜率为4μgcos θ，由图象求得斜率为，故有μ＝
416gcos θ≈0.011。
(4)由于轻质卡阻碍了木块向上的运动，故使得μ的测量值偏大。 答案 (1)ACD(2分) (2)3.700(2分) (3)如图所示(2分) 0.011(2分)
(4)偏大(2分)
4.(10分)(2015·江西九江市高三一模)图6甲所示是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g。则
图6
(1)小圆柱的直径d＝________cm。
(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。
(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则验证小圆柱做圆周运动时在最低点向心力的公式还需要测量的物理量是________(用文字和字母表示)，若等式F＝________成立，则可验证小圆柱做圆周运动时在最低点向心力的公式。
解析 (1)主尺读数为1 cm，游尺读数为0.1×2＝0.2 mm，故小圆柱的直径d＝1.02 cm； d12d2
(2)小圆柱到达最低点的速度为v＝，若mgl＝mv，即gl＝，则说明小圆柱体
Δt22（Δt）2下摆过程机械能守恒。
v2
(3)小圆柱体在最低点时有F－mg＝m，因而只需要测量出小圆柱体的质量，就可知道
l绳子的拉力F。
d2d2
答案 (1)1.02 cm(2分) (2)(3分) (3)小圆柱的质量m(2分) m＋mg(3
2（Δt）2l（Δt）2分)
5.(10分)某同学利用如图7所示的实验装置，探究加速度与力、质量的关系。实验中，将一端带滑轮的长木板放在水平实验台上，实验小车通过轻细线跨过定滑轮与钩码相连，小车与纸带相连，打点计时器所用交流电的频率为f＝50 Hz。在保持实验小车质量不变的情况下，放开钩码，小车加速运动，处理纸带得到小车运动的加速度a；改变钩码的个数，重复实验。
图7
(1)实验过程中打出的一条纸带如图8所示，在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这个点上标明A，第六个点上标明B，第十一个点上标明C，第十六个点上标明D，第二十一个点上标明E。测量时发现B点已模糊不清，于是测得AC的长度为12.30 cm，CD的长度为6.60 cm，DE的长度为6.90 cm，则小车运动的加速度a＝________m/s2。
图8
(2)根据实验测得的数据，以小车运动的加速度a为纵轴，钩码的质量m为横轴，得到如图9所示的a－m图象，已知重力加速度g＝10 m/s2。
图9
①由图象求出实验小车的质量为________kg；
②平衡摩擦力时，长木板与水平实验台夹角的正切值约为________。
解析 (1)设A、B之间的距离为x1，B、C之间的距离为x2，C、D之间的距离为x3，D、E之间的距离为x4，由Δx＝aT2得x3－x1＝2a1T2，x4－x2＝2a2T2，所以小车的加速度ax4＋x3－x2－x1xCE－xAC1
＝(a1＋a2)＝＝＝0.3 m/s2 2224T4T
mgg
(2)由题意可知a＝－k，故a－m图线的斜率等于，由题图8可得M车＝1.0 kg；平
M车M车衡摩擦力时，长木板与水平实验台的夹角较小，其正切值近似等于正弦值，由题图丙可知摩擦力约为0.1 N，故夹角的正切值约为0.01。