任務群檢測練(七)力學實驗1．某同學利用如圖甲所示裝置驗證動量定理，器材包括：氣墊導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、天平、砝碼盤和砝碼等。用細線跨過輕質定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，調節(jié)滑輪高度，使細繩保持與導軌平面平行。滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從氣墊導軌的右邊開始運動，與計算機連接的光電門能測量出遮光片經過A、B兩處光電門時的遮光時間t1、t2及遮光片從A到B所用時間Δt。測出砝碼盤和砝碼的總質量為m1、滑塊(含遮光片)的質量為m2，已知重力加速度為g。①用游標卡尺測得遮光片的寬度如圖乙所示，則d＝____________mm；②實驗開始前，調節(jié)氣墊導軌水平，即在滑塊未連接輕繩時，開動氣泵，調節(jié)氣墊導軌，輕推滑塊，使滑塊上的遮光片分別經過兩個光電門的遮光時間t1____________(選填“>”“＝”或“＜”)t2；③在遮光片隨滑塊從A到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力大小視為滑塊所受的拉力大小，則拉力沖量的大小I＝____________，滑塊動量變化量的大小Δp＝____________；(均用題中給定的字母表示)④為盡量減小實驗誤差，本實驗要求砝碼盤和砝碼的總質量m1____________(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)滑塊(含遮光片)的質量m2。解析：①游標卡尺讀數(shù)為d＝1.1cm＋14×eq\f(1,20)mm＝11.70mm。②實驗開始前，需平衡摩擦力，則輕推滑塊，滑塊在導軌上做勻速直線運動，滑塊上的遮光片分別經過兩個光電門的遮光時間相等。③如果將砝碼和砝碼盤所受重力大小視為滑塊所受的拉力大小，則拉力沖量的大小I＝m1gΔt，滑塊經過A時的速度為v1＝eq\f(d,t1)，滑塊經過B時的速度為v2＝eq\f(d,t2)，滑塊動量變化量的大小為Δp＝m2v2－m2v1＝m2deq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t2)－\f(1,t1)))。④對砝碼盤和砝碼、滑塊(含遮光片)組成的整體，根據(jù)牛頓第二定律有m1g＝(m1＋m2)a，而對滑塊有T＝m2a，聯(lián)立解得T＝m1geq\f(1,1＋\f(m1,m2))，若要將砝碼和砝碼盤所受重力大小視為滑塊所受的拉力大小，則需要滿足m1?m2，即砝碼盤和砝碼的總質量m1遠小于滑塊(含遮光片)的質量m2。答案：①11.70②＝③m1gΔtm2deq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t2)－\f(1,t1)))④遠小于2．(2023·全國乙卷)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________。(多選，填正確答案標號)A．用刻度尺量出橡皮條的長度B．用刻度尺量出兩細線的長度C．用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向③撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到________，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細線標記此時F的方向。④選擇合適標度，由步驟②的結果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標度在白紙上畫出力F的圖示。⑤比較F′和F的________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。解析：②實驗中保證兩次操作使橡皮條產生相同的彈力作用，故應標記小圓環(huán)的位置以及每個力的大小和方向，力的大小由測力計讀出，方向即為細線的方向，故C、D正確；橡皮條與細線的長度沒必要測出，A、B錯誤。③撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到已標記的小圓環(huán)位置，記錄此時拉力F的大小和方向。⑤比較F′和F的大小和方向，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。答案：②CD③標記位置⑤大小和方向3．兩實驗小組的同學分別用圖甲和圖乙所示的裝置進行“驗證機械能守恒定律”的實驗。(1)在圖甲中，下落物體應選擇密度______(選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個重物的質量關系是m1______(選填“＞”“＝”或“＜”)m2。(2)某同學采用圖乙裝置進行實驗時，測出多個計數(shù)點對應的重物的速度大小v及對應重物m2上升的高度h，作出的eq\f(v2,2)-h圖像如圖丙所示，若圖像的斜率k＝______(用含m1、m2和g的式子表示)，即可驗證機械能守恒。(3)假設圖乙所示裝置機械能不守恒，則作出的eq\f(v2,2)-h圖像與圖丙的區(qū)別是_________________。解析：(1)物體下落過程受到的阻力應遠小于重力，故應采用質量大而體積小的重物，即密度要大；在題圖乙中，m2下面連著穿過打點計時器的紙帶，應向上運動，故兩個重物的質量關系是m1＞m2。(2)題圖乙裝置機械能守恒，則有m1gh＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＋m2gh整理得eq\f(v2,2)＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)gheq\f(v2,2)-h圖像的斜率為k＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)g。(3)乙方案若機械能不守恒，根據(jù)能量守恒有m1gh＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＋m2gh＋Q，整理得eq\f(v2,2)＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)gh－eq\f(Q,m1＋m2)，所以若機械能不守恒，作出的圖像與題圖丙相比，斜率不變，但不過原點。答案：(1)大＞(2)eq\f(m1－m2,m1＋m2)g(3)見解析4．小勇同學在學習完“自由落體運動”的內容后，利用手機在課外進一步進行實驗研究。他將小球固定在刻度尺的旁邊由靜止釋放，用手機拍攝小球下落的視頻，然后用相應的軟件處理得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置就可以得出小球的速度等信息。圖1為實驗裝置圖，圖2為小球下落過程中三幅連續(xù)相鄰的分幀圖片。已知相鄰兩幀之間的時間間隔為0.16s，刻度尺為毫米刻度尺。(1)圖2中小球的瞬時速度約為____________m/s。(結果保留兩位小數(shù))(2)關于實驗裝置和操作，以下說法正確的是____________。A．刻度尺應固定在豎直平面內B．選擇材質密度小的小球C．重垂線的作用是檢驗小球是否沿豎直方向下落D．固定手機時，攝像鏡頭應正對刻度尺(3)該同學利用多幀圖片測算小球對應的速度v和下落的高度h，繪制的v2-h圖像如圖所示。其中P、Q分別為兩個大小相同、質量不同的小球下落的圖像(空氣阻力不變)，由圖像可知兩球質量大小關系是mP____________(選填“大于”“等于”或“小于”)mQ。解析：(1)根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得題圖2中小球的瞬時速度約為v2＝eq\f(0.772－0.025,0.16×2)m/s≈2.33m/s。(2)小球做自由落體運動，為了測量小球下落的位置，刻度尺應固定在豎直平面內，A正確；為了減小實驗誤差，應該選擇密度較大的小球，B錯誤；重垂線的作用是檢驗裝置是不是豎直放置，不能檢驗小球是否沿豎直方向下落，C錯誤；為了拍攝的小球的位置比較準確，固定手機時，攝像頭應正對刻度尺，D正確。(3)小球下落過程若空氣阻力不忽略，且空氣阻力不變，根據(jù)動能定理，有mgh－fh＝eq\f(1,2)mv2，得v2＝(2g－eq\f(2f,m))h，又因為kP>kQ，則2g－eq\f(2f,mP)>2g－eq\f(2f,mQ)，所以mP>mQ。答案：(1)2.33(2)AD(3)大于5．(2023·湖北高考)某同學利用測質量的小型家用電子秤，設計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的實驗。如圖(a)所示，木板和木塊A放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調節(jié)滑輪，使其與木塊A間的輕繩水平，與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質量m0為20.0g)，向左拉動木板的同時，記錄電子秤的對應示數(shù)m。(1)實驗中，拉動木板時________(選填“必須”或“不必”)保持勻速。(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質量，則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關系式為m＝______________。(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上繪制出m-n圖像，如圖(b)所示，可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________。(保留2位有效數(shù)字)解析：(1)木板和木塊之間是滑動摩擦力，拉動木板時勻速或者非勻速對木板和木塊之間的滑動摩擦力大小沒有影響，故不必勻速拉動木板。(2)由題意可知，根據(jù)平衡條件，對木塊A有FT＝μ(mA＋nm0)g，對重物B有FT＋mg＝mBg，聯(lián)立解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。(3)由(2)可得m＝mB－μmA－μm0·n，由題圖(b)可得斜率k＝－μm0＝－eq\f(59－19,5)g，解得μ＝0.40。答案：(1)不必(2)mB－μ(mA＋nm0)(3)0.406．(2023·浙江6月高考)(1)在“探究平拋運動的特點”實驗中：①用圖1裝置進行探究，下列說法正確的是________。A．只能探究平拋運動水平分運動的特點B．需改變小錘擊打的力度，多次重復實驗C．能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點②用圖2裝置進行實驗，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道M必須光滑且其末端水平B．上下調節(jié)擋板N時必須每次等間距移動C．小鋼球從斜槽M上同—位置靜止?jié)L下③用圖3裝置進行實驗，豎直擋板上附有復寫紙和白紙，可以記下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端，鋼球從斜槽上P點靜止?jié)L下，撞擊擋板留下點跡0，將擋板依次水平向右移動x，重復實驗，擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐標原點，豎直向下建立坐標軸y，各點跡坐標值分別為y1、y2、y3、y4。測得鋼球直徑為d，則鋼球平拋初速度v0為________。A．(x＋eq\f(d,2))eq\r(\f(g,2y1))B．(x＋eq\f(d,2))eq\r(\f(g,y2－y1))C．(3x－eq\f(d,2))eq\r(\f(g,2y4))D．(4x－eq\f(d,2))eq\r(\f(g,2y4))(2)如圖4所示，某同學把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛，探究A、B彈簧彈力與伸長量的關系。在B彈簧下端依次掛上質量為m的鉤碼，靜止時指針所指刻度xA、xB的數(shù)據(jù)如表。鉤碼個數(shù)012…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…鉤碼個數(shù)為1時，彈簧A的伸長量ΔxA＝________cm，彈簧B的伸長量ΔxB＝________cm，兩根彈簧彈性勢能的增加量ΔEp________(選填“＝”、“<”或“>”)mg(ΔxA＋ΔxB)。解析：(1)①用題圖1裝置可以探究平拋運動豎直方向做自由落體運動的特點，需要改變小錘擊打的力度，多次重復實驗，B正確，A、C錯誤。②用題圖2裝置進行實驗，斜槽軌道M沒必要光滑，但末端必須水平，A錯誤；上下調節(jié)擋板N時，不需要等間距移動，B錯誤；小鋼球必須從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下，C正確。③用題圖3裝置進行實驗，根據(jù)平拋運動規(guī)律有x－eq\f(d,2)＝v0T，y1＝eq\f(1,2)gT2，聯(lián)立解得v0＝(x－eq\f(d,2))eq\r(\f(g,2y1))，A、B錯誤；根據(jù)平拋運動規(guī)律有4x－e