专题十五、力学创新实验
1.（7分）（2013全国新课标理综1第22题）
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光片的总质量M.重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测最两光电门之间的距离s；
②调整轻滑轮，使细线水平；
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB,求出加速度a；
④多次重复步骤③，求a的平均值；
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。
回答下列为题：
(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b）所示。其读数为cm
（2）物块的加速度a可用d、s、△tA,和△tB,表示为a=
(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ=
（4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于（填“偶然误差”或”系统误差”）
【命题意图】本题考查摩擦力、牛顿第二定律、等基础知识点，意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题，解决问题的能力。
[()2-()2]
(3)(4)系统误差
解析：遮光片经过光电门A和光电门B的速度分别为：vA=，vB=..。由vB2-vA2=2as，可得a=[()2-()2].由牛顿第二定律，mg-μMg=(M+m)，解得μ=。
2．（12分）（2013全国高考大纲版理综第23题）测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′。重力加速度为g。实验步骤如下：
①用天平称出物块Q的质量m；
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC/的高度h；
③将物块Q在A点由静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s。
（1）用实验中的测量量表示：
（ⅰ）物块Q到达B点时的动能EkB＝__________；
（ⅱ）物块Q到达C点时的动能EkC＝__________；
（ⅲ）在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf＝__________；
（ⅳ）物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝__________。
（2）回答下列问题：
（ⅰ）实验步骤④⑤的目的是。
（ii）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是（写出一个可能的原因即可）
2．（12分）答案：
（1）（每空2分）（ⅰ）mgR（ⅱ）（ⅲ）mgR-（ⅳ）
（2）减小实验结果的误差（2分）圆弧轨道存在摩擦（或接缝B处不平滑等）（2分）
解析：（1）由机械能守恒定律，物块Q到达B点时的动能EkB＝mgR；由平抛运动规律，可得s=vt，h=gt2，解得物块从C点抛出时的速度v=s。物块Q到达C点时的动能EkC＝mv2=。由动能定理，在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf＝mgR-；由Wf＝μmgL解得物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝
（2）实验步骤④⑤的目的是通过多次实验减小实验结果的误差。实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是圆弧轨道存在摩擦、接缝B处不平滑等。
3.（2013全国新课标理综II第22题）（8分）某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好桌面边缘，如图（a）所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算。可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
回答下列问题：
（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的（填正确答案标号）。
A．小球的质量
B．小球抛出点到落地点的水平距离s桌面到地面的高度hD．弹簧的压缩量△xs--△x图如果h不变，m增加，s--△x图斜率会减小。如果m不变，h增加，s--△x图斜率会减小。Ep与△x的次方成正比。【答案】（1）ABC(3分)（2）（2分)
（3）减小（1分)增大（1分)2（1分)
【命题意图】本题主要考查弹性势能的探究和平抛运动的相关知识，意在考查考生灵活应用知识解决问题的能力。
【解题思路】（1）利用平抛运动规律，测量出平抛运动的初速度v。由s=vt，h=gt2，联立解得v=s。要测量小球速度，需要测量小球抛出点到落地点的水平距离s，桌面到地面的高度h。根据动能公式，为求得Ek，还需要测量小球的质量m，所以正确选项是ABC。（2）小球抛出时的动能Ek=mv2=。（3）弹簧的压缩量△x越大，弹性势能越大，小球抛出时的动能越大，所以s与△x成正比。如果h不变，m增加，s--△x图象斜率会减小。如果m不变，h增加，s--△x图象斜率会增大。由实验绘出的图象可知，s与△x成正比，而Ek=mv2=，所以弹簧被压缩后的弹性势能Ep与△x的二次方成正比。
【方法技巧】解答此类题要利用相关物理规律列出方程，再结合题给图象解答。
A
Q
B
P
C
C′
D
R
L
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