PAGEPAGE6專題09回來基礎專題訓練——力學試驗1．在“探究小車速度隨時間變更規律”試驗中(1)某同學采納如圖1甲所示的裝置進行試驗，________(選填“須要”或“不須要”)平衡摩擦力，________(選填“須要”或“不須要”)測量小車的質量。圖1(2)該同學在探討小車運動時打出的一條紙帶，如圖乙所示。在紙帶上，連續5個點為一個計數點，相鄰兩個計數點之間的距離見下表，并畫出對應的圖線(其中橫坐標數值表示第幾個0.1s，縱坐標對應的該0.1s內物體的位移)如圖2所示。則小車的速度隨時間________(選填“是”或“不是”)勻稱變更；整個過程中小車的平均加速度為________m/s2。(保留兩位有效數字) 圖2時間t/0.1s123456相鄰計數點的距離xn/cm1.452.453.464.445.456.46【解析】(1)由題意知，本試驗的目的是探究小車速度隨時間變更規律，故不須要平衡摩擦力，也不須要測量小車的質量；(2)由圖知，小車的速度隨時間是勻稱變更的；依據題圖可求小車的加速度x6－x1＝5aT2，解得加速度a＝1.0m/s2。2．借助計算機，力傳感器的掛鉤與其他物體間的彈力大小能夠在屏幕上顯示出。為了探究最大靜摩擦力的大小跟哪些因素有關，某同學在老師的指導下做了一系列試驗：將滑塊平放在長木板上，用力傳感器沿長木板水平拉滑塊，變更拉力直到將滑塊拉動；再在長木板上鋪上毛巾，并在滑塊上放上砝碼，重復前一個過程，得到的圖線分別如圖甲、乙所示。圖3(1)由圖線乙知：在t1～t2這段時間內，滑塊的運動狀態是________(選填“運動”或“靜止”)，滑塊受到的最大靜摩擦力為________(選填“F1”或“F2(2)結合甲、乙兩圖線，________(選填“能”或“不能”)得出最大靜摩擦力與兩物體接觸面的粗糙程度和接觸面的壓力均有關的結論。【解析】(1)圖線乙中t1～t2這段時間內，滑塊所受摩擦力漸漸增大，滑塊應處于靜止狀態，之后滑塊起先運動，最大靜摩擦力對應拉力F1。(2)因同時變更接觸面的粗糙程度和接觸面的壓力得出甲、乙兩圖，故依據兩圖的圖形區分，無法確定最大靜摩擦力的變更是由哪個因素變更引起的。3．某愛好小組利用圖4所示試驗裝置，驗證“合外力做功和動能變更的關系”。小車及車中砝碼的質量為M，沙桶和沙的質量為m，小車的速度可由小車后面拉動的紙帶經打點計時器打出的點計算得到。圖4(1)在試驗中，下列說法正確的有________。A．將木板的右端墊起，以平衡小車的摩擦力B．每次變更小車的質量時，都要重新平衡摩擦力C．用直尺測量細線的長度作為沙桶下落的高度D．在小車運動過程中，對于M、m組成的系統，m的重力做正功(2)圖5是某次試驗時得到的一條紙帶，打點計時器運用頻率為f的溝通電。在紙帶上相鄰兩計數點之間還有四個點未畫出，依據此紙帶可得出小車通過計數點E時的速度vE＝________。(3)若用B、E兩點來探討合外力做功和動能變更的關系，須要驗證的關系式為______________(用所測物理量的符號表示)。(4)該小組同學希望通過此試驗裝置探討摩擦力對小車所做的功，應如何操作？(寫出一種方法即可)圖5【解析】(1)將木板的右端墊起，以平衡小車的摩擦力，不用每次變更小車的質量都重新平衡小車的摩擦力，A正確，B錯誤；沙桶下落的高度由紙帶上干脆測出，C錯誤；平衡摩擦力后，對M與m組成的系統，相當于只有m的重力做正功，D正確。(2)T＝eq\f(5,f)，vE＝eq\f(s6－s4,2T)＝eq\f(fs6－s4,10)。(3)vB＝eq\f(s3－s1,2T)＝eq\f(fs3－s1,10)，用B、E兩點來探討合外力做功與動能變更的關系的驗證關系式：mg(s5－s2)＝eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,E)－eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,B)，化簡得mg(s5－s2)＝eq\f(1,200)(M＋m)f2[(s6－s4)2－(s3－s1)2](4)將木板調整水平，重復以上步驟，利用W＝mgeq\x\to(BE)－eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,E)－veq\o\al(2,B))求出。4．某同學用如圖6所示試驗裝置來探究加速度與物體質量、物體所受力的關系。滑道水平，用鉤碼所受的重力作為滑塊所受的拉力，得到滑塊的加速度與拉力的關系圖像。重力加速度g取10m/s2。圖6(1)圖像不過原點的緣由是____________；滑塊所受的滑動摩擦力f＝________N。(2)隨著拉力F的增大，圖像明顯偏離直線，造成此現象的主要緣由是____________。(3)若拉力F無限增大，圖像將趨于____________，加速度a＝________m/s2。(4)滑塊的質量M＝________kg；滑塊和滑道間的動摩擦因數μ＝________，計算結果比動摩擦因數的真實值________(填“偏大”或“偏小”)。【解析】(1)圖像不過原點的緣由是沒有平衡滑塊的摩擦力，由圖像可知，當F＝1N時滑塊起先運動，因此滑塊所受的滑動摩擦力等于1N。(2)隨著拉力F的增大，所掛鉤碼的質量越大，鉤碼的加速度越大，失重越明顯，F與鉤碼重力的差別越大，圖像明顯偏離直線。(3)設滑塊的質量為M，鉤碼的質量為m，滑塊所受的滑動摩擦力為f。由牛頓其次定律得mg－f＝(M＋m)aa＝eq\f(mg－f,M＋m)＝eq\f(g－\f(f,m),\f(M,m)＋1)當m?M時a＝g＝定值，圖像趨于一條水平直線。(4)由圖像知當F＝2N時，a＝2m/s2，此數據不在圖線的直線部分，說明不滿意m?M的條件。由F＝mg＝2N，得m＝0.2kg。再由牛頓其次定律得mg－f＝(M＋m)a2－1＝(M＋0.2)2M＝0.3kg由f＝μFN得μ＝eq\f(f,FN)＝eq\f(f,Mg)＝eq\f(1,0.3×10)＝eq\f(1,3)上述分析中，f＝1N應包含紙帶和限位孔之間的摩擦力，所以在利用f＝μFN計算動摩擦因數時，計算值比真實值要大一些。5．某同學想測出濟南當地的重力加速度g，并驗證機械能守恒定律。為了減小誤差，他設計了一個試驗如下：將一根長直鋁棒用細線懸掛在空中(如圖7甲所示)，在靠近鋁棒下端的一側固定電動機M，使電動機轉軸處于豎直方向，在轉軸上水平固定一支特制筆N，借助轉動時的現象，將墨汁甩出形成一條細線。調整筆的位置，使墨汁在棒上能清楚地留下墨線。啟動電動機待轉速穩定后，用火燒斷懸線，讓鋁棒自由下落，筆在鋁棒上相應位置留下墨線。圖7圖乙是試驗時在鋁棒上所留下的墨線，將某條合適的墨線A作為起始線，此后每隔4條墨線取一條計數墨線，分別記作B、C、D、E。將最小刻度為毫米的刻度尺的零刻度線對準A，此時B、C、D、E對應的刻度依次為14.68cm、39.15cm、73.41cm、117.46cm。已知電動機的轉速為3000r/min。求：(1)相鄰的兩條計數墨線對應的時間間隔為________s。(2)由試驗測得濟南當地的重力加速度為________m/s2。(結果保留三位有效數字)(3)該同學計算出畫各條墨線時的速度v，以eq\f(v2,2)為縱軸，以各條墨線到墨線A的距離h為橫軸，描點連線，得出了如圖丙所示的圖像，據此圖像________(填“能”或“不能”)驗證機械能守恒定律，圖線不過原點的緣由______________________________________。【解析】(1)由于電動機的轉速為3000r/min，則其頻率為50Hz，故每隔0.02s特制筆N便在鋁棒上畫一條墨線，又每隔4條墨線取一條計數墨線，故相鄰計數墨線間的時間是0.1s。(2)用逐差法求鋁棒的加速度即為濟南當地的重力加速度g＝eq\f(hCE－hAC,4T2)＝eq\f(117.46－39.15－39.15×10－2,4×0.12)m/s2＝9.79m/s2。(3)鋁棒下落過程中，只有重力做功，重力勢能的減小等于動能的增加，即mgh＝eq\f(1,2)mv2，故圖丙能驗證機械能守恒定律；圖線不過原點是因為起始計數墨線A對應的速度不為0。6．利用氣墊導軌探究彈簧的彈性勢能與形變量的關系，在氣墊導軌上放置一帶有遮光片的滑塊，滑塊的一端與輕彈簧貼近，彈簧另一端固定在氣墊導軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導軌底座上適當位置(如圖8所示)。彈簧處于自然狀態時，使滑塊向左壓縮彈簧一段距離，然后由靜止釋放滑塊，與光電門相連的光電計時器可記錄遮光片通過光電門時的擋光時間，則可計算出滑塊離開彈簧后的速度大小。圖8試驗步驟如下：①用游標卡尺測量遮光片的寬度d。②在氣墊導軌上通過滑塊將彈簧壓縮x1，滑塊由靜止釋放。由光電計時器讀出滑塊第一次通過光電門時遮光片的擋光時間t1。③利用所測數據求出滑塊第一次通過光電門時的速度v和動能eq\f(1,2)mv2。④增大彈簧壓縮量為x2、x3、…，重復試驗步驟②③，記錄并計算相應的滑塊動能eq\f(1,2)mv2，如下表所示。彈簧壓縮量x(cm)0.51.01.52.02.53.0x2(cm2)0.251.002.254.006.259.00動能eq\f(1,2)mv20.491.954.407.8212.2217.60(1)測量遮光片的寬度時游標卡尺示數如圖9所示，讀得d＝________cm；圖9(2)在下面所給的兩個坐標系中分別作出eq\f(1,2)mv2-x和eq\f(1,2)mv2-x2圖像；圖10(3)由機械能守恒定律，Ep＝eq\f(1,2)mv2，依據圖像得出結論是__________