力學(xué)實(shí)驗(yàn)滿分：40分時(shí)量：40分鐘非選擇題（每小題8分，共40分）1.如圖甲所示，某同學(xué)通過(guò)調(diào)節(jié)手機(jī)拍攝功能中的感光度和快門時(shí)間，拍攝出質(zhì)量較高的頻閃照片.圖乙是該同學(xué)拍攝的小球自由下落部分運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的頻閃照片，用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.該同學(xué)以小球釋放點(diǎn)為原點(diǎn)O，并借助照片背景中的刻度尺測(cè)量各時(shí)刻的位置坐標(biāo)為x1、x2、x3、x4、x5，刻度尺零刻度與原點(diǎn)O對(duì)齊.已知手機(jī)連拍頻率為f，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，小球質(zhì)量為m.(1)如圖丙所示，從起點(diǎn)O下降到x2位置小球的位移大小為_(kāi)_______cm.(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和操作，以下說(shuō)法正確的是________.A．刻度尺應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)B．選擇體積大的小球C．小球?qū)嶋H下落過(guò)程中動(dòng)能增量大于重力勢(shì)能減少量(3)小球在x3位置時(shí)的瞬時(shí)速度v3＝________________________________________________.(用題中所給的物理量符號(hào)表示)(4)取小球從O到x4的過(guò)程研究，則機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為_(kāi)_______.(用題中所給物理量的符號(hào)表示)(5)該同學(xué)利用測(cè)得的數(shù)據(jù)，算出小球經(jīng)過(guò)各點(diǎn)的速度v，并作出了如圖丁所示的eq\f(v2,2)－x圖線.測(cè)得圖線的斜率k明顯小于g，是由于存在阻力的影響，則小球受到的阻力大小F阻＝_______.2.某同學(xué)用圖a所示裝置測(cè)定重力加速度，并驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.小球上安裝有擋光部件，光電門安裝在小球平衡位置正下方.(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量擋光部件的擋光寬度d，其讀數(shù)如圖b，則d＝________mm.(2)讓單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)并開(kāi)啟傳感器的計(jì)數(shù)模式，當(dāng)光電門第一次被遮擋時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為1并同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，以后光電門被遮擋一次計(jì)數(shù)增加1.若計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為N時(shí)，單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則該單擺的周期T＝________.(3)擺線長(zhǎng)度大約80cm，該同學(xué)只有一把量程為30cm的刻度尺，于是他在細(xì)線上標(biāo)記一點(diǎn)A，使得懸點(diǎn)O到A點(diǎn)間的細(xì)線長(zhǎng)度為30cm，如圖c.保持A點(diǎn)以下的細(xì)線長(zhǎng)度不變，通過(guò)改變OA間細(xì)線長(zhǎng)度l以改變擺長(zhǎng)，并測(cè)出單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的周期T.測(cè)量多組數(shù)據(jù)后繪制T2－l圖像，求得圖像斜率為k1，可得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝________.(4)該同學(xué)用此裝置繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.如圖d，將小球拉到一定位置由靜止釋放，釋放位置距最低點(diǎn)高度為h，開(kāi)啟傳感器計(jì)時(shí)模式，測(cè)得小球擺下后第一次擋光時(shí)間為Δt，改變不同高度h并測(cè)量不同擋光時(shí)間Δt，測(cè)量多組數(shù)據(jù)后繪制Δt2－eq\f(1,h)圖像，發(fā)現(xiàn)圖像是過(guò)原點(diǎn)的直線并求得圖像斜率k2，比較k2的值與________(寫(xiě)出含有d、k1的表達(dá)式)，若二者在誤差范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證機(jī)械能是守恒的.(5)對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的兩項(xiàng)為_(kāi)_______.A．安裝在小球下面的擋光部件選用擋光小圓柱比擋光小薄片好B．只考慮擋光位置在小球下方所引起的系統(tǒng)誤差，k1的測(cè)量值與理論值相比偏大C．只考慮擋光位置在小球下方所引起的系統(tǒng)誤差，k2的測(cè)量值與理論值相比偏小D．驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)細(xì)線偏離平衡位置的最大角度必須小于5°3.某同學(xué)利用手機(jī)“聲音圖像”軟件測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ.實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，長(zhǎng)木板固定在水平桌面上，物塊置于長(zhǎng)木板上且兩端分別通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與小球A、B相連，實(shí)驗(yàn)前分別測(cè)量出小球A、B底部到地面的高度hA、hB(hB>hA).打開(kāi)手機(jī)軟件，燒斷一側(cè)細(xì)線，記錄下小球與地面兩次碰撞聲的時(shí)間圖像(兩小球落地后均不反彈).(1)由圖甲可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)燒斷物塊________(選填“左側(cè)”或“右側(cè)”)的細(xì)線.(2)燒斷細(xì)線前，用分度值為1cm的刻度尺測(cè)量hA，刻度尺的0刻度線與地面齊平，小球A的位置如圖乙所示，則hA＝________cm.(3)若某次實(shí)驗(yàn)中通過(guò)計(jì)算得出A下落時(shí)間為0.40s，由圖丙可知，物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為_(kāi)_______s；若將手機(jī)放在靠近小球A的地面上測(cè)量物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，測(cè)量結(jié)果會(huì)________(選填“偏大”“偏小”或“不變”).(4)僅改變小球B實(shí)驗(yàn)前離地高度hB，測(cè)量不同高度下物塊加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，作出hB－t2圖像如圖丁所示，由圖像可求得斜率為k，若小球B的質(zhì)量為m，物塊質(zhì)量為M，重力加速度為g，則物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________.(用字母k、m、M、g表示)4.一小組同學(xué)用如圖甲所示的力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.繞過(guò)定滑輪的細(xì)線上懸掛質(zhì)量相等的鉤碼A和鉤碼B，在鉤碼A的下面固定穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，用手固定住鉤碼A，在鉤碼B下面再掛上一較小的鉤碼C，之后放開(kāi)鉤碼A，讓系統(tǒng)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)的速度增大得不是很快，便于測(cè)量物理量，因此能較好地驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.已知鉤碼A、B的質(zhì)量均為M，鉤碼C的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間.(1)該小組同學(xué)閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源開(kāi)關(guān)，由靜止釋放鉤碼A后，打出的紙帶如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50Hz，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打H點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小vH＝________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).(2)在打H點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能表達(dá)式為_(kāi)_______(用M、m及vH表示).(3)H點(diǎn)到起始點(diǎn)間的距離為s，則從釋放鉤碼A到打H點(diǎn)的過(guò)程中，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減小量的表達(dá)式為_(kāi)_______(用m、g及s表示).(4)該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)打H點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的重力勢(shì)能減小量大于打該點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能，于是對(duì)紙帶上的多個(gè)點(diǎn)分析，用打各點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能Ek作為縱坐標(biāo)，用各點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離s作為橫坐標(biāo)，描繪出Ek-s圖像如圖丙所示，若圖像的斜率為k，則系統(tǒng)受到的阻力大小為_(kāi)_______(用m、g及k表示)；產(chǎn)生的阻力可能是(除空氣阻力外)_______________________________________________________________________________________________________(回答一點(diǎn)即可).5.如圖所示，某學(xué)習(xí)小組用三枚相同的硬幣來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.將兩枚硬幣疊放粘連，記為A，另一枚硬幣記為B，在水平桌面左端固定一彈射裝置，PQ為中軸線，OO′與軸線垂直作為參考線.實(shí)驗(yàn)步驟如下：①如圖甲，將A從P沿PQ彈射，A停止后，測(cè)出其右端到OO′的距離s1；②如圖乙，將B靜置于軸線上，并使其左端與OO′相切；③如圖丙，將A壓縮彈簧至同甲位置，射出后在OO′處與B正碰，A、B停止后，測(cè)出A右端和B左端到OO′的距離s2、s3.請(qǐng)回答以下問(wèn)題：(1)兩次從同一位置彈射A，目的是確保A到達(dá)OO′線時(shí)具有相同的________.(2)碰撞前瞬間A的速度大小與____________成正比.A.s1 B.s2 C.eq\r(s1) D.eq\r(s2)(3)多次實(shí)驗(yàn)，若測(cè)量數(shù)據(jù)均近似滿足關(guān)系式________(用題中給定符號(hào)表示)，則說(shuō)明硬幣碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒.參考答案1.答案：(1)6.20(2)A(3)eq\f(fx4－x2,2)(4)gx4＝eq\f(f2x5－x32,8)或mgx4＝eq\f(mf2x5－x32,8)(5)mg－mk解析：(1)由于刻度尺的最小刻度為1mm，因此估讀到1mm的下一位，從起點(diǎn)O下降到x2位置小球的位移大小x2＝62.0mm＝6.20cm.(2)由于小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，為了測(cè)量小球下落的距離，刻度尺應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)，A正確；為了減小空氣阻力，一般選擇體積較小的小球，B錯(cuò)誤；由于空氣阻力的影響，小球?qū)嶋H下落過(guò)程中動(dòng)能增量小于重力勢(shì)能減少量，C錯(cuò)誤.(3)x3位于x2到x4的中間時(shí)刻，因此小球在x3位置時(shí)的瞬時(shí)速度等于從x2到x4的平均速度，即v3＝eq\f(x4－x2,2T)＝eq\f(fx4－x2,2).(4)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為mgx4＝eq\f(1,2)mv42，而v4＝eq\f(fx5－x3,2)，兩邊消去小球的質(zhì)量m，整理得gx4＝eq\f(f2x5－x32,8).(5)根據(jù)牛頓第二定律有mg－F阻＝ma，而在eq\f(v2,2)－x圖像中，斜率k表示小球下落的加速度a的大小，因此小球受到的阻力大小F阻＝mg－mk.2.答案：(1)2.332(2)eq\f(2t,N－1)(3)eq\f(4π2,k1)(4)eq\f(d2k1,8π2)(5)AC解析：(1)由題圖b可知d＝2mm＋33.2×0.01mm＝2.332mm.(2)由題意可知t＝(N－1)eq\f(T,2)，解得T＝eq\f(2t,N－1).(3)設(shè)A點(diǎn)以下的長(zhǎng)度為l0，根據(jù)單擺周期公式得T＝2πeq\r(\f(l＋l0,g))化簡(jiǎn)得T2＝eq\f(4π2,g)l＋eq\f(4π2,g)l0T2－l圖像的斜率為k1，則k1＝eq\f(4π2,g)，解得g＝eq\f(4π2,k1)(4)小球在最低點(diǎn)的速度為v＝eq\f(d,Δt)由機(jī)械能守恒定律得mgh＝eq\f(1,2)mv2聯(lián)立g＝eq\f(4π2,k1)，解得Δt2＝eq\f(d2k1,8π2)·eq\f(1,h)則比較k2的值與eq\f(d2k1,8π2)，若二者在誤差范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證機(jī)械能是守恒的.(5)根據(jù)平均速度的定義可知，擋光時(shí)間越短，平均速度越接近瞬時(shí)速度，所以安裝在小球下面的擋光部件選用擋光小圓柱比擋光小薄片好，故A正確；只考慮擋光位置在小球下方所引起的系統(tǒng)誤差，不會(huì)影響周期T的測(cè)量，則不會(huì)影響k1的測(cè)量，故B錯(cuò)誤；只考慮擋光位置在小球下方所引起的系統(tǒng)誤差，會(huì)使擋光時(shí)間Δt變小，導(dǎo)致k2的測(cè)量值與理論值相比偏小，故C正確；驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)細(xì)線偏離平衡位置的最大角度不必須小于或等于5°，只有要使小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)才需要滿足該條件，故D錯(cuò)誤.3.答案：(1)左側(cè)(2)78.0(3)0.90偏大(4)eq\f(mg－2M＋mk,Mg)解析：(1)應(yīng)燒斷左側(cè)細(xì)線，使B球拉動(dòng)物塊在桌面做勻加速直線運(yùn)動(dòng).(2)刻度尺讀數(shù)為78.0cm.(3)由題圖丙可知，A、B兩球落地時(shí)間差為0.50s，A球下落速度快，時(shí)間短，則B球下落時(shí)間為0.90s，故物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為0.90s.若將手機(jī)放在靠近小球A的地面上測(cè)量物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，測(cè)量時(shí)間為A、B落地時(shí)間差和B落地后聲音傳過(guò)來(lái)時(shí)間之和，故測(cè)量結(jié)果偏大.(4)物塊和小球B一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則hB＝eq\f(1,2)at2受力分析得mg－μMg＝(m＋M)a聯(lián)立解得hB＝eq\f(1,2)·eq\f(mg－μMg,m＋M)t2故μ＝eq\f(mg－2M＋mk,Mg).4.答案：(1)1.13(2)EkH＝eq\f(1,2)(2M＋m)vH2(3)ΔEp＝mgs(4)mg－k摩擦阻力解析：(1)由中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于平均速度，可得打H點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為vH＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(xGJ,2T)＝eq\f(4.5×10－2,2×0.02)m/s＝1.13m/s(2)在打H點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能表達(dá)式為EkH＝eq\f(1,2)(2M＋m)vH2(3)H點(diǎn)到起始點(diǎn)間的距離為s，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減小量的表達(dá)式為ΔEp＝mgs(4)由題意可得mgs＝Ek＋Ffs則有Ek＝mgs－Ffs＝(mg－Ff)s解得mg－Ff＝kFf＝mg－k產(chǎn)生的阻力可能是(除空氣阻力外)摩擦阻力.5.答案：(1)速度(或填速率、動(dòng)能、動(dòng)量均可)(2)C(3)2eq\r(s1)＝2eq\r(s2)＋eq\r(s3)解析：(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，兩次從同一位置彈射A，目的