高中物理力学实验综合题

某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数,跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码.缓慢向左拉动水平放置木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力大小.某次实验所得数据在下表中给出,其中 $f_4$ 的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出.

回答下列问题

（1）f ₄=________ N;    

（2）在图(c)的坐标纸上补齐画出的数据点并绘出 $f-m$ 图线;    

（3） $f$ 与m、木块质量M、木板与木板之间的动摩擦因数 $\mu$ 及重力加速度大小g之间的关系为 $f$ =________, $f-m$ 图线(直线)的斜率的表达式为k=________;    

（4）取 $g=9.8m/s^2$ ,由绘出的 $f-m$ 图线求得 $\mu$ =________.(保留2位有效数字)    

受力分析

（1）伽利略在《两种新科学的对话》一书中，讨论了自由落体运动和物体沿斜面运动的问题，提出了这样的猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还运用实验验证了其猜想。某校物理兴趣小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动。
①实验时，让滑块从不同高度由静止沿斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀稳定的)。该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量___________的。
②下表是该小组测得的有关数据，其中s为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，V为相应过程量筒收集的水量。分析表中数据，根据___________________，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论。

次数	1	2	3	4	5	6	7
s(m)	4.5	3.9	3.0	2.1	1.5	0.9	0.3
V(mL)	90	84	72	62	52	40	23.5

③本实验误差的主要来源有：距离测量的不准确，水从水箱中流出不够稳定，还可能来源于_________________________等。(只要求写出一种)

如图所示，在空间中的A、B两点固定着一对等量正点电荷，有一带电微粒在它们产生的电场中运动，设带电微粒在运动过程中只受到电场力的作用，带电微粒在电场中所做的运动可能是：A．匀变速直线运动、B．匀速圆周运动、C．类似平抛运动、D．机械振动。

现有某同学分析如下：带电粒子在电场中不可能做匀变速直线运动与类似平抛运动，因为带电粒子在电场中不可能受到恒定的外力作用，所以A、C是错误的，也不可能做匀速圆周运动，因为做匀速圆周运动的物体所受的合外力始终指向圆心充当向心力，图示中两点电荷所产生的电场不可能提供这样的向心力，所以B也是错误的。唯有D正确，理由是在AB连线中点O两侧对称位置之间可以做机械振动。
你认为该同学的全部分析过程是否有错，若没有错，请说明正确答案“D”成立的条件？若有错，请指出错误并说明理由。

（1）如图，在水平地面上固定一个内侧长为L、质量为M的薄壁箱子。光滑的物块B的质量为m，长为，其左端有一光滑小槽，槽内装有轻质弹簧。开始时，使B紧贴A₁壁，弹簧处于压缩状态，其弹性势能为E_p。现突然释放弹簧，滑块B被弹开。假设弹簧的压缩量较小，恢复形变所用的时间可以忽略。求滑块B到达A₂壁所用的时间。
（2）a．现将箱子置于光滑的水平地面上而不固定，仍使B紧贴A₁壁，弹簧处于压缩状态，其弹性势能为E_p，整个系统处于静止状态。现突然释放弹簧，滑块B离开A₁壁后，弹簧脱落并被迅速拿出箱子。求此时滑块B的速度v与箱子的速度V。
b．假设滑块B与A₁壁和A₂壁的碰撞过程中无机械能损失。试定量描述滑块B相对于地面运动的速度变化情况，并计算两次碰撞之间的时间间隔。

一根摆长为2 m的单摆，在地球上某地振动时，测得完成100次全振动所用的时间为284 s.
（1）求当地的重力加速度g；
（2）该单摆拿到月球上去，已知月球的重力加速度是1.60 m/s²，单摆振动周期是多少？

下面是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据：

摆长l/m	0.5	0.6	0.8	1.1
周期T^2/s^2	2.2	2.5	3.2	4.5

图11-4
（1）利用上述数据在坐标图中描出l-T²图象.
（2）利用图象，取T²=0.1×4π²s²=3.95s²，求重力加速度.

如图1-8所示，密度为0.8×10³ kg/m³的木球由长l="100" cm的细绳固定在水中，将木球拉离平衡位置一很小角度后释放，水的粘滞阻力不计，木球摆动的周期多大？

图1-8

如图1-5所示，两根长度均为L的细线下端拴一质量为m的小球，两线间夹角为α,今使摆球在垂直纸面的平面内做小幅度振动，求其振动频率.

图1-5

如图1-7所示，光滑的半球壳半径为R，O点在球心的正下方，一小球由距O点很近的A点由静止放开，同时在O点正上方有一小球自由落下.若运动中阻力不计，为使两球在O点相碰，小球由多高处自由落下(R)?

图1-7

如图1-6所示，摆长为L的单摆，当摆球由A经平衡位置O向右运动的瞬间，另一小球B以速度v同时通过平衡位置向右运动，B与水平面无摩擦，与竖直墙壁碰撞无能量损失.问OC间距离x满足什么条件，才能使B返回时与A球相遇？

图1-6

如图所示，将一根光滑的细金属棒折成V形，顶角为2，其对称轴竖直，在其中一边套上一个质量为m的小金属环P，
（1）若固定V形细金属棒，小金属环P从距离顶点O为x的A点处由静止自由滑下，则小金属环由静止下滑至顶点O点时需多少时间？
（2）若小金属环P随V形细金属棒绕其对称轴以每秒n转匀速转动时，则小金属环离对称轴的距离为多少？

如图，一颗子弹水平射入一原来静止的单摆摆球并留在摆球内，结果单摆开始做简谐运动，其振动图线如图所示。已知子弹的质量为m=10g，摆球质量M=10kg。那么根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，对反映振动系统本身性质的物理量、子弹以及子弹和摆球一起运动过程中的守恒量，你能得到那些定量的结果？（g=10m/s²）

如图 10 所示，质量m =" 2kg" 的物体静止在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ = 0.75。一个与水平方向成 37°角斜向上、大小F =" 20N" 的力拉物体，

使物体匀加速运动，2s后撤去拉力. 求物体在整个过程中发生的位移？ （sin37°= 0.6，cos37°= 0.8，g =" 10" m/s²）

如图所示，在水平地面上有A、B两个小物体，质量分别为m_A＝3.00 kg、m_B＝2.00 kg，它们与地面间的动摩擦因数均为μ＝0.1.A、B之间有一原长为L＝15.0 cm、劲度系数为k＝500 N/m的轻质弹簧连接。分别用两个方向相反的水平恒力F₁、F₂同时作用在A、B两物体上。当运动达到稳定时，A、B两物体以共同加速度大小为a＝1.00 m/s²做匀加速运动。已知F₁＝20.0 N，g取10 m/s²。求：运动稳定时A、B之间的距离。