【创新设计】2015届高考物理(全国通用)二轮专题专练：专练15+力学实验(含答案解析)

5．某同学利用图6甲所示的实验装置，探究小车在均匀长木板上的运动规律．

图6

(1)在小车做匀加速直线运动时打出一条纸带，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，图乙中所示的是每打5个点所取的计数点，x1＝3.62 cm，x4＝5.12 cm，由图中数据可求得：小车的加速度为________m/s2，第3个计数点与第2个计数点的距离(即x2)约为________cm.

(2)若用该实验装置“探究ɑ与F、M之间的关系”，要用钩码(质量用m表示)的重力表示小车所受的细线拉力，需满足________，满足此条件做实验时，得到一系列加速度a与合外力F的对应数据，画出a－F关系图象，如图7所示，若不计滑轮摩擦及纸带阻力的影响，由图象可知，实验操作中不当之处为________；小车的质量M＝________kg；如果实验时，在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，如图8所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将________(填“变大”、“变小”或“不变”)．

图7

(3)为了验证动能定理，在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下，在图8中1、3两点间对小车用实验验证动能定理的表达式为________．(用题中所

涉及数据的字母表示，两个计数点间的时间间隔用t表示)

图8

解析 (1)因为打点周期为T＝0.02 s，且每打5个点取一个计数点，所以每两个计数点间的时间间隔t＝0.1s；由匀变速直线运动的推论xm－xn＝(m－n)at2得x4－x1＝3at2，代入数据解得a＝0.50 m/s2；由匀变速直线运动的推论：x2－x1＝at2得x2＝x1＋at2，代入数据得x2＝0.041 2 m，即为4.12 cm.

(2)要使细线的拉力等于钩码的重力，应该满足的条件是M?m.由a－F关系图象可知实验操作不当之处为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车的质量M＝ΔF/Δa＝1 kg.实验中把钩码的重力作为拉力F，实际上，由于钩码向下加速运动，拉力小于钩码重力．若在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，则分析可知小车加速度a和拉力F的关系图线的斜率变大．

(3)实验时保证钩码的重力等于小车所受的合外力，从计数点1到计数点3，x1＋x2

合外力对小车做的功为mg(x2＋x3)．计数点1对应的速度v1＝2t，计数点x3＋x4

3对应的速度v3＝2t，在1、3两计数点间对小车用实验验证动能定理的M

表达式为mg(x2＋x3)＝8t2[(x3＋x4)2－(x1＋x2)2]．

答案 (1)0.50 4.12 (2)M?m 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 1 变大

M

(3)mg(x2＋x3)＝8t2[(x3＋x4)2－(x1＋x2)2]

6．小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时，利用牛顿第二定律测量指令长聂海胜的质量后深受启发，在学校实验室里设计了如图9甲所示的实验装置，测量手机电池的质量，为使滑块平稳运动，小明把两块质量相

等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧．接通气源，当空气从导轨两侧稳定喷出时，发现滑块与气垫导轨没有直接接触，装置能正常使用．调节导轨水平，把细线的一端固定在滑块上，另一端固定在钩码上．

图9

(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L＝________mm.

(2)将附带手机电池的滑块由图甲所示位置从静止释放，在钩码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝7.2×10－3s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝2.3×10－3 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt＝0.592 s，则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1＝________m/s(保留2位有效数字)，经过光电门2时的瞬时速度v2＝________m/s(保留3位有效数字)，重力加速度g＝10 m/s2，手机电池的加速度a＝________m/s2(保留2位有效数字)． (3)已知钩码的质量为m1＝200 g，滑块与遮光条的总质量为m2＝510 g，则一块手机电池的质量为m＝________g(保留2位有效数字)． 解析 (1)遮光条宽度

L＝5 mm＋0.0×0.01 mm＝5.000 mm. L5.000×10

(2)v1＝Δt＝m/s＝0.69 m/s，

7.2×10－31L5.000×10

v2＝Δt＝ m/s＝2.17 m/s，

2.3×10－32v2－v12.17－0.692

a＝＝m/s＝2.5 m/s2.

Δt0.592

(3)对钩码、滑块、遮光条和手机电池整体，由牛顿第二定律得：m1g＝ (m1＋m2＋2m)a，解得m＝45 g. 答案 (1)5.000或5.001或4.999 (2)0.69 2.17 2.5 (3)45

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