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学审题，理思路
专题十四、力学实验
1．（2021洛阳期中考试）某实验小组用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知重力加速度为g，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz，滑轮光滑，力传感器可测出轻绳中的拉力大小。实验步骤如下：
①按图所示，安装好实验器材，但不挂砝码盘；
②垫高长木板右侧，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
③挂上砝码盘，调节木板左侧定滑轮，使牵引动滑轮的细线与木板平行；
④砝码盘中放入砝码，先接通电源，再释放小车，由打出的纸带求出小车的加速度并记录传感器示数；
⑤改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤④，求得小车在不同合力作用下的加速度。
根据以上实验过程，回答以下问题：
（1）对于上述实验，下列说法正确的是_______。
A．必须要测出砝码和砝码盘的总质量
B．传感器的示数等于小车受到的合力
C．小车向左加速时，砝码处于失重状态
D．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
（2）如图是以传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象。
①分析图时，该小组用量角器测得图线与横坐标的夹角为θ，通过计算式求得图线的斜率为，则小车的质量为_______
A． B． C． D．
②若实验过程中，交流电的实际频率比50Hz稍大一些，则计算所得的小车加速度应比小车的实际加速度_____（选填“大”或“小”）。
（3）本实验中，随着砝码质量的增加，测得的小车加速度也会增加，当砝码和砝码盘的质量远大于小车的质量时，小车的加速度大小约为_______。
A．2g B．1.5g C．g D．0.5g
【学审题、理思路】
“探究加速度与物体受力的关系”实验
↓ ↓ ↓
图像法处理实验数据 ↓ 拉小车细线中连接有传感器→不需要满足砂桶砂的质量远小于小车质量
拉小车细线中没有连接传感器→需要满足砂桶砂的质量远小于小车质量
【参考答案】（1）C (2分 ) （2） ①C （2分 ） ②小 （2分 ） (3) D （ 2分 ）
【命题意图】本题考查“探究加速度与物体受力的关系”实验，图像法处理实验数据及其相关知识点，体现的核心素养是实验探究和科学思维能力。
【解题思路】（1）图示“探究加速度与物体受力的关系”实验，由于细绳中串联了拉力传感器，可直接读出细绳中的拉力，因此不需要要测出砝码和砝码盘的总质量，不需要要求砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量，选项AD错误；由于小车前端装置有动滑轮，传感器的示数等于小车受到的合力的一半，选项B错误；小车向左加速时，砝码与砝码盘向下加速运动，加速度向下，砝码处于失重状态。选项C正确。
（2）①根据实验装置，可知小车所受合外力为2F，由牛顿第二定律2F=Ma，变化为a=F，图线的斜率为== ，解得小车的质量为M=，选项C正确。
②若实验过程中，交流电的实际频率比50Hz稍大一些，打点周期T将比0.02s稍小些，由△x=aT2可知，则计算所得的小车加速度应比小车的实际加速度小。
（3）当砝码和砝码盘的质量远大于小车的质量时，砝码和砝码盘下落的加速度趋近于重力加速度g，小车的加速度大小约为0.5g，选项D正确。
2. (2021陕西西安重点高中期中考试)如图甲所示的实验装置，可用来探究物体在斜面上运动的加速度以及弹簧储存的弹性势能。用到的实验器材有斜劈、弹簧（劲度系数较大）、带有遮光片的滑块（总质量为m）、光电门、数字计时器（图中未画出）、游标卡尺、刻度尺。实验步骤如下：
①用游标卡尺测得遮光片的宽度为d；
②弹簧放在挡板P和滑块之间，当弹簧为原长时，遮光片中心对准斜面上的A点；
③光电门固定于斜面上的B点，并与数字计时器相连；
④压缩弹簧，然后用销钉把滑块固定，此时遮光片中心对准斜面上的O点；
⑤用刻度尺测量A、B两点间的距离L；
⑥拔去锁定滑块的销钉，记录滑块经过光电门时数字计时器显示的时间△t；
⑦移动光电门位置，多次重复步骤④⑤⑥。
根据实验数据作出的——L图像为如图乙所示的一条直线，并测得——L 图像斜率为、纵轴截距为b。
（1）根据——L图像可求得滑块经过A位置时的速度vA=________，滑块在斜面上运动的加速度________。
（2）本实验中，使用的弹簧劲度系数较大，滑块从O到A恢复原长过程中，弹簧弹力远大于摩擦力和重力沿斜面的分量，则弹簧储存的弹性势能Ep=________，Ep的测量值与真实值相比偏________（填“大”或“小”）。
【学审题、理思路】
探究物体在斜面上运动的加速度实验 测量弹簧储存的弹性势能。
↓ ↓
光电门测出速度 →→→→ 功能关系
↓ ↓
匀变速直线运动规律 弹簧弹性势能
↓
图像法处理实验数据
↓
加速度
【参考答案】（1）d d2 （2）mbd2 大
【名师解析】（1）滑块经过B位置时的速度vB=，根据匀变速直线运动规律，vB2- vA2=2aL，联立变化为与图乙图线相符合的函数关系式：=+L，由=b解得vA=d；由=解得a= d2 /2。
（2）由机械能守恒定律，可得弹簧储存的弹性势能Ep=mvA2=mbd2 。由于没有考虑滑块从O到A重力做的功，所以Ep的测量值与真实值相比偏大。
【点评】探究物体在斜面上运动的加速度一般利用打点计时器，测量弹簧储存的弹性势能一般通过测量物块脱离弹簧时的速度来得到。此题利用光电门探究物体在斜面上运动的加速度，利用——L图像得到物块脱离弹簧时的速度，达到测量弹簧储存的弹性势能，情景创新，考查角度创新。
3. （2021安徽合肥八中质检）为了测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接测量工具，某实验小组应用下列器材测量：轻质定滑轮(质量和摩擦可以忽略)、砝码一套(总质量m=0．5g)、细线、米尺、秒表，根据已学过的物理知识，改变实验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图象并根据图象的斜率和截距求出沙袋的质量．操作如下：
(1)实验装置如图，设左右两边沙袋的质量分别为m1、m2；
(2)从m中取出质量为的砝码放在左边的沙袋中，剩余砝码都放在右边沙袋中，发现m1下降、m2上升；
(3)用米尺测出沙袋m1从静止下降的距离h，用秒表测出沙袋m1下降h1的时间t，则可知沙袋的加速度大小为a=______________；
(4)改变，测量相应的加速度a，得到多组及a的数据，作出______(填“”或“”)图线；
(5)若求得图线的斜率=4m／g·s2，截距b=2m／s2，(g=10m／s2)则沙袋的质量m1=______g，m2=_________g．
【学审题、理思路】
阿特武德机方法测量沙袋质量
↓ ↓
实验原理 数据处理方法
↓ ↓
牛顿第二定律 图像法
↓
根据实验原理和操作，利用物理规律列出方程，变化成一次函数
↓
画出线形图像，根据图像斜率、截距物理意义得出待测物理量
【参考答案】. （3） （4）a-m′ （5）3 1.5
【名师解析】.(3)沙袋匀加速下降，有 所以
(4)对沙袋和砝码整体，根据牛顿第二定律得： ，化简得： ，要做出线性函数，应该做a～m′
(5)从上面的方程可以得到斜率，截距，
代人数据解得 m1＝3g，m2＝1.5g
4.（2021安徽合肥八中质检）在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．
(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项：
A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等
E．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置
其中正确的是________(填入相应的字母)．
(2)“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图．
①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．
②本实验采用的科学方法是________(填正确答案标号)．
A．理想实验法　　　　　　B．等效替代法
C．控制变量法 D．建立物理模型法
(3)(多选)某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2，关于F1、F2与F、θ1和θ2关系正确的有________(填正确答案标号)．
A．F1＝4 N B．F＝12 N
C．θ1＝45° D．θ1<θ2
【学审题、理思路】
“验证力的平行四边形定则”实验→科学方法→等效替代法
↓ ↓
注意事项 用一个弹簧秤拉时方向一定沿橡皮筋方向
↓ 两个弹簧秤拉时的合力方向一般不沿橡皮筋方向
弹簧秤与木板平面平行
两次都要拉到同一点
【参考答案】.（1）CE （2）①F′；②B（3）BC
【名师解析】（1）细线的作用是能显示出力的方向，所以不必须等长．故A错误；两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上．故B错误；在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行，故C正确；两弹簧秤示数不需要等大，只要便于作出平行四边形即可，故D错误；在该实验中要求每次拉橡皮筋的时要使橡皮筋形变的长度和方向都相同，即结点O要到同一位置，这样两次的效果才等效，才符合“等效替代”法，故E正确．故选CE．
（2）①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是F′；
②本实验采用的科学方法等效替代法，故选B；
（3）根据平行四边形定则，作出两个力的合力．由图可知，F1=4N，合力F=12N．根据几何关系知F1与F的夹角分别为θ1=45°．从图上可知，θ1＞θ2．故BC正确，AD错误．故选BC．
5.（2021吉林省三市三校第一次联考）某同学利用图甲所示的装置测量轻弹簧的劲度系数。光滑的细杆(图中未画出)和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂钩码(实验中，每个钩码的质量均为m=20.0g)。弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出。实验步骤如下：
①在绳下端挂上钩码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触；
②系统静止后，记录钩码的个数及指针的位置；
③逐次增加钩码个数，并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内)；
④用n表示钩码的个数，l表示相应的指针位置，作出l－n图像如图丙所示。
回答下列问题：
(1)某次挂上钩码后，指针指到的位置如图乙所示，则此时的示数为 cm。
(2)若当地的重力加速度大小g=9.80m/s2，则本实验中弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留三位有效数字)。
【学审题、理思路】
“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验→测量轻弹簧的劲度系数
↓
图像法处理实验数据
↓
由图像斜率得到轻弹簧的劲度系数
【参考答案】（1）10.95 （2）39.2
【名师解析】（1）根据刻度尺读数规则，示数为10.95cm。
（2）由胡克定律，nmg=△l=（l-0.1），解得l=n+0.1. l－n图像斜率=0.05，解得=39.2N/m。

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