2019高考物理二輪復習 專題七 實驗技能與創(chuàng)新 1-7-14 力學實驗與創(chuàng)新訓練.docx

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1-7-14 力學實驗與創(chuàng)新 課時強化訓練 1．(2018山東菏澤一模)(6分)某同學利用如圖甲所示的實驗裝置探究“物體的加速度與合外力的關系”，具體實驗步驟如下： A．按圖示裝置安裝器材； B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長木板向下運動，且使小車上的擋光板通過兩個光電門的時間相等； C．取下細繩和砂桶，測量砂桶和砂子的總質(zhì)量m并記錄； D．把小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過光電門1和光電門2時顯示的時間； E．重新掛上細繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復B～D步驟。 (1)如圖乙所示，用游標卡尺測量擋光片的寬度d＝__________。 (2)下列有關本實驗的說法正確的是__________。 A．砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠小于小車的質(zhì)量 B．小車的質(zhì)量必須遠小于砂桶和砂子的總質(zhì)量 C．平衡摩擦力時要取下細繩和砂桶 D．平衡摩擦力時不需要取下細繩和砂桶 (3)若擋光片的寬度為d，光電門1、光電門2之間的距離為l，顯示的時間分別為t1、t2，則小車的加速度為__________。 [解析] (1)主尺讀數(shù)為0.6 cm，游標尺讀數(shù)為150.05 mm＝0.75 mm＝0.075 cm，故擋光片寬度為0.675 cm。 (2)因?qū)嶒灢僮髦?，平衡摩擦力時，小車在細繩的拉力作用下做勻速直線運動，而取下細繩和砂桶后，小車沿木板做勻加速直線運動，小車所受合外力等于砂桶及砂子的總重力，則分析各選項可知只有D正確。 (3)由－＝2al，可知a＝。 [答案] (1)0.675 cm　(2)D　(3) 2．(2017湖北七市三月模擬)某同學為了探究桿轉(zhuǎn)動時的動能表達式，設計了如圖所示的實驗：質(zhì)量為m的均勻長直桿一端固定在光滑轉(zhuǎn)軸O處，桿由水平位置靜止釋放，用光電門測出另一端A經(jīng)過某位置時的瞬時速度vA，并記下該位置與轉(zhuǎn)軸O的高度差h。 (1)調(diào)節(jié)h的大小并記錄對應的速度vA，數(shù)據(jù)如下表，為了形象直觀地反映vA和h的關系，應選擇__________(填“vA”、“v”或“v”)為縱坐標，并在坐標紙中標明縱坐標，畫出圖像。 組次 1 2 3 4 5 6 h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 v/(ms－1) 1.23 1.73 2.12 2.46 2.74 3.00 v/(sm－1) 0.81 0.58 0.47 0.41 0.36 0.33 v/(m2s－2) 1.50 3.00 4.50 6.05 7.51 9.00 (2)當?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2，結合圖像分析，桿轉(zhuǎn)動時的動能Ek＝__________。(請用質(zhì)量m、速度vA表示) [解析] (1)由表中數(shù)據(jù)可看出，h與v成正比，因此應選擇v為縱坐標，描點畫線，可得到一條過原點的直線。 (2)據(jù)機械能守恒得Ek＝mgh，由圖像得h＝v，則Ek＝mgv＝mv。 [答案] (1)v　圖像如圖所示　(2)mv [易錯點撥] ①注意桿重心下降的高度為。②vA是桿的A端運動的速度，故桿的動能不等于mv。③桿的平均速度＝。 3．(2018江西上饒六校一聯(lián))利用如圖所示的裝置可以“測定滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)”和“驗證碰撞中的動量守恒”，豎直平面內(nèi)的四分之一光滑圓弧軌道下端與水平桌面相切，先將小滑塊A從圓弧軌道的最高點無初速度釋放，測出小滑塊在水平桌面上滑行的距離x1(圖甲)；然后將小滑塊B放在圓弧軌道的最低點，再將A從圓弧軌道的最高點無初速度釋放，A與B碰撞后結合為一個整體，測出整體沿桌面滑動的距離x2(圖乙)，圓弧軌道的半徑為R，A和B完全相同，重力加速度為g。 (1)小滑塊A運動到圓弧軌道最低點時的速度v＝__________(用R和g表示)。 (2)小滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝__________(用R和x1表示)。 (3)若x1和x2的比值＝__________，則驗證了A和B碰撞過程中動量守恒。 [解析] (1)因為圓弧軌道光滑，小滑塊下滑過程中機械能守恒，則有mgR＝mv2，得v＝。 (2)由能量守恒有mgR＝μmgx1，得μ＝。 (3)若A和B碰撞時動量守恒，則有mv＝2mv′，得v′＝，由能量守恒有2mv′2＝μ2mgx2，得＝＝4，故當＝4時A和B碰撞時動量守恒。 [答案] (1)　(2)R/x1　(3)4 4．(2018安徽A10聯(lián)盟)在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進行實驗。 (1)用20分度的游標卡尺測出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度d＝__________cm。 (2)接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過光電門的擋光時間t，測出釋放點到光電門的間距為s，以s為縱軸，為橫軸作圖，得到的圖像是一條過原點的傾斜直線，且斜率為k，則滑塊的加速度a＝__________(用d、k表示)。 (3)若以測得的滑塊加速度a為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力F，作出如圖丙中圖線1。為了減小誤差，該興趣小組將一個力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計)，從力傳感器中得出拉力F，作出a-F圖像是圖丙中的圖線__________(填“2”或“3”)。 [解析] (1)游標卡尺讀數(shù)為：0.9 cm＋80.05 mm＝0.940 cm； (2)滑塊做勻加速直線運動，有2as＝v2，又v＝，可得s＝，已知斜率為k，可得a＝； (3)因鉤碼及滑塊做加速運動，可知細線的拉力應比鉤碼的重力小，而用傳感器測出的是滑塊所受的實際的拉力，此時a-F圖像應為圖線2。 [答案] (1)0.940　(2)　(3)2 5．(2018天津理綜)某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)。 (1)具體操作前，同學們提出了如下關于實驗操作的建議，其中正確的有__________。 A．橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復實驗再次進行驗證時，結點O的位置可以與前一次不同 C．使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應正對測力計刻度 D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力 (2)該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是__________。 [解析] 本題考查“驗證力的平行四邊形定則”實驗。 (1)橡皮條的彈力方向不需要在兩繩套夾角的角平分線上，選項A錯誤；重復實驗，結點O的位置與上次實驗無關，可以不同，選項B正確；使用測力計時，為避免彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應沿測力計軸線方向，讀數(shù)時視線應正對測力計刻度，選項C正確；拉力小于彈簧測力計的量程即可，選項D錯誤。 (2)“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，在不超測力計量程的前提下，拉力應盡量大些；確定拉力方向時，所描點應與O點的距離大些；兩繩套夾角不能過大或過??；作圖示時，所選標度越小，精度越高。綜上所述，應選B。 [答案] (1)BC　(2)B 6．(2018江蘇單科)某同學利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度g。細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。實驗操作如下： ①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H； ②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼； ③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止。釋放重錘2，同時右手開啟秒表，在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間； ④重復測量3次下落時間，取其平均值作為測量值t。 請回答下列問題： (1)步驟④可以減小對下落時間t測量的__________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。 (2)實驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了____________。 A．使H測得更準確 B．使重錘1下落的時間長一些 C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2M D．使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等 (3)滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差。現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？ (4)使用橡皮泥改進實驗后，重新進行實驗測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用實驗中的測量量和已知量表示g，得g＝__________。 [解析] (2)m相對M越小，系統(tǒng)的加速度越小，重錘1下落的時間就越長，測量時間的相對誤差就越小，故選B。 (3)在重錘1上粘上橡皮泥，輕拉重錘1后松手，若能勻速運動，就說明平衡了摩擦阻力。 (4)系統(tǒng)勻加速下落的過程中有：H＝at2① mg＝(2M＋m＋m0)a② 解①②得： g＝。 [答案] (1)偶然　(2)B　(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1后松手，能觀察到其勻速下落。　(4) [疑難突破] 對于創(chuàng)新型的實驗，弄清實驗原理，一切問題就迎刃而解了。 7．(2018北京理綜)用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 主要實驗步驟如下： a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復幾次。 b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。 c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示。 結合上述實驗步驟，請你完成下列任務： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有__________和__________(填選項前的字母)。 A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的坐標點，請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點，并畫出v-t圖像。 (3)觀察v-t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是____________________。v-t圖像斜率的物理意義是__________。 (4)描繪v-t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是__________(選填“越小越好”或“與大小無關”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差__________(選填“有關”或“無關”)。 (5)早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的。當時只能靠滴水計時，為此他設計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復做了上百次，驗證了他的猜想。請你結合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。 [解析] (1)打點計時器所用電源為50 Hz的交流電源，測量各計數(shù)點間距離需用刻度尺。 (2)圖見答案。 (3)因為小車的速度隨時間均勻變化，所以小車做勻加速直線運動。由勻加速直線運動中速度v＝v0＋at，可知v-t圖像斜率的物理意義是加速度。 (4) ＝，若用表示瞬時速度，Δx越小越好，而選取的Δx大小會影響速度測量值與真實值的偏差大小。 (5)設v0＝0，v＝at，而x＝at2，故可通過位移隨時間的變化情況，判斷速度隨時間的變化情況。 [答案] (1)A　C　(2)如圖所示 (3)小車的速度隨時間均勻變化　加速度 (4)越小越好　有關 (5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x∝t2。因此，只有測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。 [解題關鍵] 實驗原理的認識。(1)圖像法是實驗中常用的方法，要學會通過圖像分析問題。(2)測量量的轉(zhuǎn)換是實驗中的常用手段，當某一個物理量不易測量時，可通過該量與其他量的關系式，轉(zhuǎn)換成其他可測量的物理量。如將速度的測量轉(zhuǎn)換成位移的測量。 8．如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。 (1)打點計時器使用的電源是________(選填選項前的字母)。 A．直流電源 B．交流電源 (2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項前的字母)。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物且________(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計時器不打點 B．計時器打點 (3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝________，打B點時小車的速度v＝________。 (4)以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達式為________。根據(jù)功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是________。 (5)假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2W關系的是________。 [解析] 本題考查“探究動能定理”實驗。 (1)打點計時器使用的是交流電源。 (2)把長木板右端墊高，利用小車的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力；在不掛重物且計時器打點的情況下，小車沿斜面能勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 (3)W＝Fs＝mgx2，vB＝＝。 (4)由圖知，圖線為一條縱截距為零、斜率k＝(4.5～5.0)m2s－2J－1的直線，其函數(shù)表達式為v2＝kW。 根據(jù)動能定理W＝mv2得v2＝W，故斜率k＝，與質(zhì)量有關。 (5)根據(jù)功能關系有W＝(M＋m)v2，所以v2＝W，v2∝W，圖A正確。 [答案] (1)B　(2)A　B　(3)mgx2　　(4)v2＝kW，k＝(4.5～5.0)m2s－2J－1　質(zhì)量　(5)A