14 专题七 第一讲 力学实验（教师用书）-【金版新学案】2023高考物理大二轮专题复习与测试（新高考 新教材）

第一讲　力学实验 1．(2022·湖南高考T11)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下： (1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05 g； (2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表： 序号 1 2 3 4 5 硬币数量n/枚 5 10 15 20 25 长度l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56 (3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线； (4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm； (5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为______g(计算结果保留3位有效数字)。 解析：　(3)根据表中数据标点连线如图所示。 (4)由图可知刻度尺的分度值为1 mm，故读数l＝15.35 cm。 (5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为l0，则 n1mg＝k(l1－l0) n2mg＝k(l2－l0) 则橡皮筋的劲度系数为k k＝ 从作出的l­n图线读取数据可得 k＝＝mg，l0＝＝9.05 cm 设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－l0) 可得m1＝×6.05×(15.35－9.05) g≈127 g。 答案：　(3)见解析图　 (4) 15.35　(5)127 2．(2022·山东卷T13)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。 主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨； ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 回答以下问题(结果均保留两位有效数字)： (1)弹簧的劲度系数为________N/m。 学生用书↓第98页 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a­F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a­F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。 解析：　(1)由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合题图乙的F­t图像有Δx＝5.00 cm，F＝0.610 N，根据胡克定律k＝，计算出k ≈12 N/m。 (2)根据牛顿第二定律有F＝ma 则a­F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有 ＝ kg－1＝5 kg－1 则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20 kg。 (3)滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ，则有＝ kg－1＝3 kg－1 则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m′≈0.33 kg。 则待测物体的质量为Δm＝m′－m＝0.13 kg。 答案：　(1)12　(2)0.20　(3)0.13 3．(2022·湖北高考T12)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax­Tmin图像是一条直线，如图乙所示。 (1)若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为________。 (2)由图乙得：直线的斜率为________，小钢球的重力为________N。(结果均保留2位有效数字) (3)该实验系统误差的主要来源是________(单选，填正确答案标号)。 A．小钢球摆动角度偏大 B．小钢球初始释放位置不同 C．小钢球摆动过程中有空气阻力 解析：　(1)设初始位置时，细线与竖直方向夹角为θ，则细线拉力最小值为Tmin＝mg cos θ 到最低点时细线拉力最大，则mgl(1－cos θ)＝mv2，Tmax－mg＝m 联立可得Tmax＝3mg－2Tmin 即若小钢球摆动过程中机械能守恒，则题图乙中直线斜率的理论值为－2； (2)由题图乙得直线的斜率为k＝－＝－2.1，3mg＝1.77 N 则小钢球