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2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 600分沖刺 專題五 實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新 第13講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新優(yōu)練(含解析)

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1、力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 1.(2019·浙江杭州模擬)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置研究勻變速直線運(yùn)動的性質(zhì)。A為斜面上的一點(diǎn),在斜面上方距離A為x處的B點(diǎn)有光電門。 (1)實(shí)驗(yàn)前,先用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度(如圖乙所示),則擋光片的寬度為__4.930__cm。 (2)將一物塊從斜面頂端由靜止釋放,測量光電門離A點(diǎn)的距離x和擋光片經(jīng)過光電門時擋片光的時間,改變光電門的位置,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄光電門在不同位置時光電門離A點(diǎn)的距離x,及擋光片的擋光時間,計(jì)算各次物塊經(jīng)過光電門的速度v。算出速度的平方,結(jié)果填在下列表格中,請?jiān)谧鴺?biāo)紙上作出x與v2的圖線。 x(m) 0.2 0.4 0.6

2、 0.8 1.0 1.2 v2(m2/s2) 10.4 8.7 7.0 5.5 4.1 2.4 __圖見解析__ (3)根據(jù)所畫圖線,可知物體經(jīng)過A點(diǎn)的速度為__3.5__ m/s(保留兩位有效數(shù)字)。 (4)若增大斜面的粗糙程度,則圖線斜率絕對值將__變大__。(選填“變大”“變小”或“不變”) [解析] (1)圖中游標(biāo)卡尺讀數(shù)為49+6×0.05=49.30 mm=4.930 cm; (2)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),然后用直線連接,使得所描的點(diǎn)均勻分布在直線附近如圖所示: (3)根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有:2ax=v-v2,整理得:x=-,當(dāng)x=0時,v

3、=v2,從圖中看出此時v2=12 m2/s2,故經(jīng)過A點(diǎn)的速度為 m/s≈3.5 m/s。 (4)若斜面變得更粗糙,物體加速度變小,斜率絕對值|k|=,變大。 2.(2019·云南模擬)某同學(xué)用圖甲所示的裝置測量木塊與水平傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ,跨過定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平,在木塊上方放置砝碼,讓傳送帶順時針運(yùn)行,木塊靜止后,讀出彈簧秤的示數(shù)F,可測得木塊受到的滑動摩擦力大小。 回答下列問題: (1)放一個砝碼時,彈簧秤的示數(shù)如圖甲所示,其讀數(shù)為 __3.82~3.87__ N。 (2)增加砝碼個數(shù),重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),作出示數(shù)F與砝碼個數(shù)

4、n的關(guān)系圖象如圖乙所示,已知每個砝碼的質(zhì)量均為50 g,重力加速度大小為9.80 m/s2,可求得μ=__0.61~0.65__(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);由上述信息__能__(選填“能”或“不能”)求出木塊的質(zhì)量。 [解析] 由圖可知,彈簧秤的最小分度為0.1 N,所以其讀數(shù)為3.85 N;(2)由實(shí)驗(yàn)原理可得:F=f=μ(nm+M)g,即F=μmgn+μMg,由圖象可得斜率k=,即μmg=k,聯(lián)立解得:μ=0.64。圖線與縱軸的交點(diǎn)即為木塊的重力與動摩擦因數(shù)的乘積,所以能求出木塊的質(zhì)量。 3.(2019·山東煙臺模擬)如圖甲所示是“探究加速度與合外力、質(zhì)量之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝配圖。

5、 (1)某同學(xué)按圖乙裝配后,指出兩處裝配有誤的地方 __見解析__。 (2)有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的安裝要求及操作細(xì)節(jié),正確的是 A 。 A.此實(shí)驗(yàn)必須把沒有滑輪的一端墊高以“平衡摩擦力” B.為了讓實(shí)驗(yàn)效果更好一些,鉤碼重量越大越好 C.實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先釋放小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源 D.實(shí)驗(yàn)中牽引小車的細(xì)線不用與木板表面平行 (3)某次實(shí)驗(yàn)后得到紙帶如下,每隔4個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn),交流電的頻率為50 Hz,則小車運(yùn)動過程中的加速度a= __2.67_m/s2__(保留兩位小數(shù))。 [解析] (1)圖中的復(fù)寫紙安裝錯誤;打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)該接右側(cè)的交流電源;小車應(yīng)該盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器。

6、 (2)此實(shí)驗(yàn)必須把沒有滑輪的一端墊高以“平衡摩擦力”,且鉤碼重量要遠(yuǎn)小于小車重量,這樣才能用鉤碼重力近似當(dāng)做小車所受合外力,A正確,B錯誤;為了提高紙帶的利用率,盡量多打點(diǎn),同時為了使打點(diǎn)更穩(wěn)定,在具體操作過程中應(yīng)該是先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源,然后再釋放小車,C錯誤;實(shí)驗(yàn)中牽引小車的細(xì)線和紙帶應(yīng)與木板表面保持平行,可以保證小車的加速度恒定,D錯誤。 (3)根據(jù)紙帶上數(shù)據(jù),則v1== m/s≈0.53 m/s,v4== m/s≈1.33 m/s。所以a== m/s2≈2.67 m/s2。 4.(2019·天津模擬)某同學(xué)“驗(yàn)證動能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌;

7、導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶遮光片的長方形滑塊。 (1)用天平測量滑塊和遮光片的總質(zhì)量為M、砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m;用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度為d,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為__0.355__ cm; (2)按圖甲所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,適當(dāng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的傾角,直到滑塊靜止在導(dǎo)軌上,用米尺測量遮光片到光電門的距離L; (3)剪斷細(xì)繩,滑塊由靜止下滑,記錄遮光片通過光電門的時間t; (4)多次改變遮光片與光電門之間的位置,測量并記錄相應(yīng)L與t的值; (5)剪斷細(xì)繩后,滑塊和遮光片從初始位置運(yùn)動到光電門的過程中,合力對其做的功W=__mgL__

8、,動能的增加量ΔEk=  M()2 。(用題中字母表示,重力加速度為g) (6)以L為橫軸,為縱軸,該同學(xué)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的圖象。根據(jù)此圖象,本實(shí)驗(yàn)__能__(選填“能”或“不能”)驗(yàn)證動能定理。 [解析] (1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)由兩部分組成:遮光片寬度d=3 mm+11×0.05 mm=3.55 mm=0.355 cm; (5)剛開始滑塊靜止在斜板上,此時滑塊所受合力為零,但剪斷細(xì)繩撤去拉力后,滑塊受到的合力為T=mg,由功的公式可求得W合=mgL;從開始到光電門位置,由遮光時間可求出到光電門的速度v=,所以動能的增加量為ΔEk=M()2; (6)反過來,若動能定理成立,

9、則有:mgL=M()2,顯然由表達(dá)可以看出與L成正比,則若圖象是直線,則驗(yàn)證了動能定理。 5. (2019·烏魯木齊三模)如圖甲所示是某興趣小組設(shè)計(jì)的驗(yàn)證動量守恒和機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置。半徑相同的小球A、B分別用細(xì)線懸掛于O1、O2處(在懸點(diǎn)O1,O2處分別。有力傳感器),小球靜止時,O1、O2分別距小球A、B球的距離均為L。已知A、B的質(zhì)量分別為m1和m2,且m1>m2。 (1)驗(yàn)證動量守恒,將小球A拉開一定角度由靜止釋放,測出小球A、B第一次碰撞前懸掛小球A的細(xì)線的最大拉力為F0,碰撞后懸掛小球A、B的細(xì)線的最大拉力分別為F1、F2,則驗(yàn)證動量守恒的表達(dá)式為?。剑?;空氣阻力對該實(shí)驗(yàn)得

10、出實(shí)驗(yàn)結(jié)論__沒有__(填“有”或“沒有”)影響。 (2)驗(yàn)證機(jī)械能守恒。先將懸掛小球B的系統(tǒng)拆除,只保留懸掛小球A的系統(tǒng),然后將小球A從最低點(diǎn)拉升高度h(保持細(xì)線繃緊)后由靜止釋放,小球擺動過程中,測出細(xì)線的最大拉力F;改變小球A從最低點(diǎn)拉升的高度h,重復(fù)上述步驟,得到多組h和F的數(shù)據(jù)。以h/L為橫坐標(biāo),以F為縱坐標(biāo),做出的圖象如圖乙所示。若該圖線的斜率k= __2m1g__、圖線與縱軸的截距b=__m1g__,則機(jī)械能守恒得到驗(yàn)證。 [解析] (1)設(shè)小球A的碰前速度為v0,碰后速度為v1,小球B的碰后速度為v2, 據(jù)牛頓第二定律F0-m1g=m1,解得:v0= 同理可得:

11、v1=, v2= 由動量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2,代入以上各式整理得: =+ 動量守恒是系統(tǒng)碰撞前一瞬間的動量等于碰撞后一瞬間的系統(tǒng)的動量,只要由靜止從同一位置釋放小球,小球到達(dá)O點(diǎn)正下方時速度相等,所以存在空氣阻力,這對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響; (2)在最低點(diǎn)F-m1g=m1 從高h(yuǎn)處靜止釋放到最低點(diǎn) m1gh=m1v2 聯(lián)立解得: F=2m1g·+m1g 結(jié)合F-圖象可知:斜率k=2m1g,縱軸截距b=m1g 6. (2019·廣東模擬)利用圖甲所示裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系”,已知小車的質(zhì)量為M,砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量為m,打點(diǎn)計(jì)時器所接的交流電頻率為50 H

12、z,實(shí)驗(yàn)步驟如下: A.按圖甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置,其中跨過動滑輪的兩側(cè)細(xì)線及彈簧測力計(jì)沿豎直方向; B.調(diào)節(jié)長木板的傾角,輕推小車后,使小車(未連細(xì)線)能沿長木板向下勻速運(yùn)動; C.掛上砝碼盤,接通電源后再釋放小車,由紙帶求出小車的加速度; D.改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟C,求得小車在不同外力作用下的加速度。 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)過程,回到下列問題: (1)對于上述實(shí)驗(yàn),下列說法中正確的是__B__; A.小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等 B.彈簧測力計(jì)的示數(shù)為小車所受合外力的大小 C.實(shí)驗(yàn)過程中砝碼處于超重狀態(tài) D.砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (2)實(shí)驗(yàn)

13、中打出的一條紙帶如圖乙所示,由該紙帶可求得小車的加速度為__0.16__ m/s2;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (3)由本實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出小車的加速度a與彈簧測力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系圖象(如圖丙所示)。則與本實(shí)驗(yàn)相符合的是__A__。 [解析] (1)由圖可知,小車的加速度是砝碼盤的加速度大小的2倍,故A錯誤;由圖可知,彈簧秤顯示的是繩子上的拉力,故小車受到的拉力即為彈簧秤的示數(shù),故B正確;實(shí)驗(yàn)過程中,砝碼向下加速運(yùn)動,處于失重狀態(tài),故C錯誤;由于不是砝碼的重力,即為小車的拉力,故不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件,故D錯誤。 (2)在勻變速直線運(yùn)動中連續(xù)相等時間內(nèi)

14、的位移差為常數(shù),即Δx=aT2 得:a===0.16 m/s2 (3)由題意可知,小車的加速度a與彈簧測力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系應(yīng)該是成正比,即為過原點(diǎn)的一條傾斜直線,故A正確,B、C、D錯誤。 7.(2019·株洲二模)用圖示裝置可測量重錘的質(zhì)量。水平桌面上有n塊質(zhì)量均為m0的一組磁性鐵片用細(xì)繩通過定滑輪與重錘連接,重錘下端貼一輕質(zhì)遮光片,調(diào)整重錘的高度,使其從適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止開始下落,讀出遮光片通過安裝在其下方的光電門的擋光時間t0;依次取下1塊鐵片放到重錘上,讓重錘每次都從同一位置由靜止開始下落,記錄的擋光時間分別為t1、t2…,計(jì)算出t、t、t(忽略一切阻力)。 (1)擋光

15、時間為t0時,重錘的加速度為a0,取下i(i<n)塊鐵片置于重錘上時,對應(yīng)的擋光時間為ti,重錘的加速度為ai。則=  (結(jié)果用t0和ti表示)。 (2)以i為橫坐標(biāo),以-i為縱坐標(biāo),作出-i的圖線是一條直線,直線的斜率為k,則重錘的質(zhì)量M= m0 (結(jié)果用m0和k表示)。 [解析] (1)遮光片經(jīng)過光電門時的速度:v0=,vi=, 重錘做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,由速度位移公式得: v=2a0h,v=2aih,整理得: =; (2)由牛頓第二定律得:Mg-nm0g=(M+nm0)a0,(M+im0)g-(n-i)m0g=(M+nm0)ai, 整理得:=1+ i 則-i圖象的斜率:k= 解得:M=m0。 - 8 -

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