2019屆高考物理二輪復習 第二部分 熱點專練 熱點九 力學實驗專項訓練.doc
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熱點九 力學實驗 力學實驗的關鍵是測量速度和加速度,利用打點計時器在與小車(物塊)連接在一起的紙帶上打出的點跡,可以得到位移、速度、加速度、時間等物理量,小小紙帶連接高考重點考查的五個力學實驗;研究勻變速直線運動,測定動摩擦因數,探究加速度與力、質量的關系,探究動能定理,驗證機械能守恒定律,真可謂“小紙帶、大內涵”。 考向一 游標卡尺與螺旋測微器的讀取 (2018南陽第三次月考)用螺旋測微器測圓柱體的直徑時,示數如圖1甲所示,此示數為________mm,用20分度的游標卡尺測量某物體的厚度時,示數如圖乙所示,此示數為________mm。 圖1 [解析] 螺旋測微器的固定刻度讀數6 mm,可動刻度讀數為0.1 mm12.5=0.125 mm,所以最終讀數為6 mm+0.125 mm=6.125 mm;游標卡尺的主尺讀數為6.3 cm,游標尺上第12個刻度與主尺上某一刻度對齊,因此游標讀數為0.05 mm12=0.60 mm=0.060 cm,所以最終讀數為6.3 cm+0.060 cm=6.360 cm=63.60 mm。 [答案] 6.125 63.60 考向二 以紙帶為中心的實驗 “探究加速度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置如圖2甲所示,已知打點計時器所用電源頻率為50 Hz,試回答下列問題。 圖2 (1)實驗中在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖乙所示。A、B、C、D、E、F、G這些點的間距如圖中標出,其中每相鄰兩點間還有4個計時點未畫出。根據測量結果計算:打C點時小車的速度大小為______ m/s;小車運動的加速度大小為______m/s2。(結果保留3位有效數字) (2)平衡好摩擦力后,將5個相同的砝碼都放在小車上。掛上砝碼盤,然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中,測量小車的加速度。根據小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數據作出的a-F圖線如圖丙所示,此圖線不能過原點的主要原因是_______________________________________________。 (3)在某次利用上述已調整好的裝置進行實驗時,保持砝碼盤中砝碼個數不變,小車自身的質量保持不變(已知小車的質量遠大于砝碼盤和盤中砝碼的質量),在小車上加一個砝碼,并測出此時小車的加速度a,調整小車上的砝碼,進行多次實驗,得到多組數據,以小車上砝碼的質量m為橫坐標,相應加速度的倒數為縱坐標,在坐標紙上作出如圖丁所示的-m關系圖線,實驗結果驗證了牛頓第二定律。如果圖中縱軸上的截距為b,圖線的斜率為k,則小車受到的拉力大小為______,小車的質量為______。 [解析] (1)紙帶上兩相鄰計數點的時間間隔為T=0.10 s,s1=9.50 cm、s2=11.00 cm、s3=12.55 cm、s4=14.00 cm、s5=15.50 cm、s6=17.05 cm,由勻變速直線運動中,物體在某段時間內中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度,可知打C點時小車的速度大小為vC=代入數值得vC=1.18 m/s,小車的加速度大小為a=,代入數值得a=1.50 m/s2。 (2)平衡摩擦力后,F(xiàn)=0時就產生了加速度,說明未計入砝碼盤的重力。 (3)當小車上無砝碼時,小車加速度為a0=,設小車的質量為M,則小車受到的拉力為F=Ma0=;圖丁中圖線的函數關系式滿足=km+b,根據牛頓第二定律得F=(m+M)a,可解得M=,F(xiàn)=。 [答案] (1)1.18 1.50 (2)未計入砝碼盤的重力 (3) 考向三 力學創(chuàng)新實驗 某同學用如圖3甲所示裝置測小滑塊與桌面間的動摩擦因數。實驗過程如下:一輕質彈簧放置在粗糙水平固定桌面MN上,彈簧左端固定,彈簧處于原長時,右端恰好在桌面邊緣處,現(xiàn)用一個小滑塊壓縮彈簧并用銷扣鎖住。已知當地的重力加速度為g,彈簧的勁度系數為k。 圖3 (1)實驗中涉及下列操作步驟: ①用天平測量出小滑塊的質量m,查出勁度系數為k的彈簧的形變量為x時的彈性勢能的大小為Ep=kx2。 ②測量桌面到地面的高度h和小滑塊拋出點到落地點的水平距離s。 ③測量彈簧壓縮量x后解開鎖扣。 ④計算小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數。 Ⅰ.上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)。 Ⅱ.上述實驗測得小滑塊與水平桌面間的動摩擦因數的大小為________。 (2)再通過更換材料完全相同、但大小和質量不同的滑塊重復操作,得出一系列滑塊質量m與它拋出點到落地點的水平距離s。根據這些數值,作出s2-圖像,如圖乙所示,由圖像可知,滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數μ=__________;每次彈簧被壓縮時具有的彈性勢能大小是__________。(用b,a,x,h,g表示) [解析] (1)由平拋運動規(guī)律:s=vt,h=gt2,解得v=s。設彈簧被壓縮時的彈性勢能為Ep,由能量守恒得Ep=μmgx+mv2,而Ep=kx2,聯(lián)立解得μ=-。 (2)由(1)易得Ep=μmgx+,對照題給s2-圖像,變形得s2=-4μhx。由s2-圖像可知,圖線斜率=,圖線在縱軸上的截距b=4μhx,聯(lián)立解得滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數μ=;彈性勢能大小為Ep=。 [答案] (1)Ⅰ.①③②④ Ⅱ.- (2) 1.某同學想探究彈力和彈簧伸長的關系并測定彈簧的勁度系數k,實驗主要步驟如下: ①將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上,然后將毫米刻度尺豎直放在彈簧一側,并使彈簧另一端的指針恰好指在刻度尺上。 ②彈簧自然下垂時,指針的指示值記為L0; ③彈簧下端掛一個鉤碼時,指針的指示值記為L1;彈簧下端掛兩個鉤碼時,指針的指示值記為L2,同理可得L3、L4和L5。(已知每個鉤碼的質量均為m,重力加速度為g) (1)某時刻指針指在刻度尺上的位置如圖4甲所示,放大如圖乙所示,則讀數為________m。 圖4 (2)為充分利用測量數據,該同學用逐差法求得該彈簧勁度系數的表達式k=________。(用題中給出的物理量符號表示) (3)考慮到彈簧自身重力的影響,k測________k真。(選填“>”、“=”或“<”) 解析 本題考查探究彈力和彈簧伸長的關系實驗,需要考生能夠利用逐差法求解彈簧勁度系數。(2)根據題意可得k(L3-L0)=3mg,k(L4-L1)=3mg,k(L5-L2)=3mg,聯(lián)立三個式子可得k=。(3)由于彈簧彈力正比于形變量,而且是在彈簧自然下垂時記錄的指針指示值L0,已經考慮了彈簧自身重力的影響,故對彈簧勁度系數的測量沒有造成誤差,即k測=k真。 答案 (1)0.278 6 (2) (3)= 2.(1)用20分度的游標卡尺測量鋼球的直徑,示數如圖甲所示,則鋼球直徑為________mm。 (2)某同學設計了一個用打點計時器探究碰撞過程中的不變量的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速運動,然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速運動,他設計的具體裝置如圖乙所示。在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器電源頻率為50 Hz,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。 若已得到打點紙帶如圖丙所示,并將測得的各計數點之間距離標在圖上,A點是運動起始的第一點,則應選________段來計算A的碰前速度,應選________段來計算A和B碰后的共同速度。(以上兩格均填“AB”“BC”“CD”或“DE”) 圖5 已測得小車A的質量m1=0.40 kg,小車B的質量m2=0.20 kg,由以上測量結果可得:碰后mAv+mBv=________kgm/s(保留三位有效數字) 解析 (1)游標卡尺的讀數分為主尺加游標尺讀數,主尺讀數為10 mm,游標尺讀數為20.05 mm=0.10 mm,即鋼球直徑為10.10 mm。 (2)小車碰撞前做勻速直線運動,則圖丙的計數點之間應是等距離的,所以應該在BC段確定小車A的碰前速度;碰撞后小車A、B共同做勻速直線運動,所以應該在DE階段求共同速度。碰后的總動量p=(mA+mB)v=0.6 kgm/s=0.417 kgm/s。 答案 (1)10.10 (2)BC DE 0.417 3.用如圖6甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,實驗時接通電源,質量為m2的重物從高處由靜止釋放,質量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點,圖乙是實驗上打出的一條紙帶,A是打下的第1個點,量出計數點E、F、G到A點距離分別為d1、d2、d3,每相鄰兩計數點的計時間隔為T,當地重力加速度為g。(以下所求物理量均用已知符號表達) 圖6 (1)在打點A~F的過程中,系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=________,系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=________,比較ΔEk、ΔEp大小即可驗證機械能守恒定律。 (2)某同學根據紙帶算出各計數點速度,并作出-d圖像如圖丙所示,若圖線的斜率k=__________,即可驗證機械能守恒定律。 解析 (1)F點的速度vF=,系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=(m1+m2)v=;系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=(m2-m1)gd2。 (2)根據(m1+m2)v2=(m2-m1)gd,可得v2=gd,所以若斜率k=g,即可驗證機械能守恒定律。 答案 (1) (m2-m1)gd2 (2)g 4.某實驗小組用如圖7所示的裝置測量木塊與木板間的動摩擦因數μ,提供的器材有:帶定滑輪的長木板、電火花打點計時器(打點頻率為50 Hz)、交流電源、木塊、紙帶、米尺、8個質量均為20 g的鉤碼以及細線等,實驗操作過程如下: 圖7 A.長木板置于水平桌面上,帶定滑輪的一端伸出桌面,把打點計時器固定在長木板上并與電源連接,紙帶穿過打點計時器并與木塊相連,細線一端與木塊相連,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼,其余鉤碼都疊放在木塊上; B.使木塊靠近打點計時器,接通電源,釋放木塊,打點計時器在紙帶上打下一系列點,記下懸掛鉤碼的個數n: C.將木塊上的鉤碼逐個移到懸掛鉤碼端,更換紙帶,重復實驗操作B; D.測出每條紙帶對應木塊運動的加速度a,實驗數據如下表所示. n 4 5 6 7 8 a(m/s2) 0.50 1.30 2.20 3.00 3.90 (1)如圖8是某同學打出的一條紙帶的一部分,0、1、2、3、4、5、6為計數點,相鄰兩計數點間還有4個打點未畫出。從紙帶上測出x1=3.20 cm,x2=4.52 cm,x5=8.42 cm,x6=9.70 cm,則木塊加速度大小a=__________m/s2,(保留兩位有效數字) 圖8 (2)根據表中數據,在圖9中作出a-n圖像; 圖9 由圖線得到μ=________(取g=10 m/s2),還可求的物理量是________(只需填寫物理量名稱)。 解析 (1)根據Δx=aT2有a== m/s2=1.3 m/s2。 (2)根據表中實驗數據在坐標系中描出對應的點,然后作出圖像可知:對木塊與鉤碼組成的系統(tǒng),由牛頓第二定律得nmg-μ[(8-n)m+M]g=(8m+M)a,a=-μg,由圖像得n=0時,-μg=a=-3 m/s2,μ=0.30(0.28~0.32均正確)。由圖像斜率還可以求出木塊的質量。 答案 (1)1.3 (2)如圖所示 0.30(0.28~0.32都正確) 木塊的質量 5.某實驗小組利用彈簧測力計和刻度尺,測量滑塊在木板上運動的最大速度。 實驗步驟: ①用彈簧測力計測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G; ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細繩和固定彈簧測力計相連,如圖10甲所示。在A端向右拉動木板,待彈簧測力計示數穩(wěn)定后,將讀數記作F; 丙 圖10 ③改變滑塊上橡皮泥的質量,重復步驟①②; 實驗數據如表所示。 G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h; ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動,并最終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞),測量C、D間的距離s。 完成下列作圖和填空: (1)根據表中數據在給定坐標紙(圖丙)上作出F-G圖線。 (2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數μ=________(保留兩位有效數字)。 (3)滑塊最大速度的大小v=________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。 解析 (1)根據表中數據描點作出圖像。 (2)根據F=μG可知,圖像的斜率表示滑塊和木板間的動摩擦因數,由圖可知動摩擦因數為0.40。 (3)滑塊在木板上滑動的總距離為s,由于重物P離地面的高度為h,所以加速過程的距離也為h,此后的過程中,滑塊在滑動摩擦力的作用下做勻減速運動,直到靜止。根據運動學公式v2-v=2as可得,0-v2=-2μg(s-h(huán)),解得v=。 答案 (1)如圖所示 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確) (3)- 配套講稿:
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- 關 鍵 詞:
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