2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新 1-7-14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新訓(xùn)練

1-7-14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 課時(shí)強(qiáng)化訓(xùn)練 1．(2018·山東菏澤一模)(6分)某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“物體的加速度與合外力的關(guān)系”，具體實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，且使小車上的擋光板通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等； C．取下細(xì)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(shí)顯示的時(shí)間； E．重新掛上細(xì)繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù)B～D步驟。 (1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d＝__________。 (2)下列有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的說法正確的是__________。 A．砂桶和砂子的總質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 B．小車的質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于砂桶和砂子的總質(zhì)量 C．平衡摩擦力時(shí)要取下細(xì)繩和砂桶 D．平衡摩擦力時(shí)不需要取下細(xì)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(shí)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(biāo)尺讀數(shù)為15×0.05 mm＝0.75 mm＝0.075 cm，故擋光片寬度為0.675 cm。 (2)因?qū)嶒?yàn)操作中，平衡摩擦力時(shí)，小車在細(xì)繩的拉力作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而取下細(xì)繩和砂桶后，小車沿木板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，小車所受合外力等于砂桶及砂子的總重力，則分析各選項(xiàng)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(xué)為了探究桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：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(shí)的瞬時(shí)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(duì)應(yīng)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(guān)系，應(yīng)選擇__________(填“vA”、“v”或“v”)為縱坐標(biāo)，并在坐標(biāo)紙中標(biāo)明縱坐標(biāo)，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/(m·s－1) 1.23 1.73 2.12 2.46 2.74 3.00 v/(s·m－1) 0.81 0.58 0.47 0.41 0.36 0.33 v/(m2·s－2) 1.50 3.00 4.50 6.05 7.51 9.00 (2)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2，結(jié)合圖像分析，桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能Ek＝__________。(請(qǐng)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(yīng)選擇v為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)畫線，可得到一條過原點(diǎn)的直線。 (2)據(jù)機(jī)械能守恒得Ek＝mgh，由圖像得h＝v，則Ek＝mg·v＝mv。 [答案] (1)v　圖像如圖所示　(2)mv [易錯(cuò)點(diǎn)撥] ①注意桿重心下降的高度為。②vA是桿的A端運(yùn)動(dòng)的速度，故桿的動(dòng)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(dòng)摩擦因數(shù)”和“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)，再將A從圓弧軌道的最高點(diǎn)無初速度釋放，A與B碰撞后結(jié)合為一個(gè)整體，測出整體沿桌面滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)到圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度v＝__________(用R和g表示)。 (2)小滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝__________(用R和x1表示)。 (3)若x1和x2的比值＝__________，則驗(yàn)證了A和B碰撞過程中動(dòng)量守恒。 [解析] (1)因?yàn)閳A弧軌道光滑，小滑塊下滑過程中機(jī)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(shí)動(dòng)量守恒，則有mv＝2mv′，得v′＝，由能量守恒有·2mv′2＝μ·2mgx2，得＝＝4，故當(dāng)＝4時(shí)A和B碰撞時(shí)動(dòng)量守恒。 [答案] (1)　(2)R/x1　(3)4 4．(2018·安徽A10聯(lián)盟)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)中，某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (1)用20分度的游標(biāo)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(dǎo)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(shí)間t，測出釋放點(diǎn)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(diǎn)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(gè)力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計(jì))，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(biāo)卡尺讀數(shù)為：0.9 cm＋8×0.05 mm＝0.940 cm； (2)滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，可知細(xì)線的拉力應(yīng)比鉤碼的重力小，而用傳感器測出的是滑塊所受的實(shí)際的拉力，此時(shí)a-F圖像應(yīng)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(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計(jì)兩個(gè)，橡皮條(帶兩個(gè)較長的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個(gè))。 (1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的有__________。 A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同 C．使用測力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測力計(jì)刻度 D．用兩個(gè)測力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測力計(jì)時(shí)的拉力 (2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是__________。 [解析] 本題考查“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)。 (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(xiàng)A錯(cuò)誤；重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)點(diǎn)O的位置與上次實(shí)驗(yàn)無關(guān)，可以不同，選項(xiàng)B正確；使用測力計(jì)時(shí)，為避免彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線方向，讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測力計(jì)刻度，選項(xiàng)C正確；拉力小于彈簧測力計(jì)的量程即可，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，在不超測力計(jì)量程的前提下，拉力應(yīng)盡量大些；確定拉力方向時(shí)，所描點(diǎn)應(yīng)與O點(diǎn)的距離大些；兩繩套夾角不能過大或過??；作圖示時(shí)，所選標(biāo)度越小，精度越高。綜上所述，應(yīng)選B。 [答案] (1)BC　(2)B 6．(2018·江蘇單科)某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測量重力加速度g。細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。實(shí)驗(yàn)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(shí)右手開啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間； ④重復(fù)測量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測量值t。 請(qǐng)回答下列問題： (1)步驟④可以減小對(duì)下落時(shí)間t測量的__________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。 (2)實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確 B．使重錘1下落的時(shí)間長一些 C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2M D．使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等 (3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差?，F(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(jìn)實(shí)驗(yàn)后，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用實(shí)驗(yàn)中的測量量和已知量表示g，得g＝__________。 [解析] (2)m相對(duì)M越小，系統(tǒng)的加速度越小，重錘1下落的時(shí)間就越長，測量時(shí)間的相對(duì)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(yùn)動(dòng)，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(duì)于創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)，弄清實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次。 b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。 c．通過測量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示。 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有__________和__________(填選項(xiàng)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(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt的要求是__________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差__________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。 (5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖4所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想。請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。 [解析] (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源為50 Hz的交流電源，測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離需用刻度尺。 (2)圖見答案。 (3)因?yàn)樾≤嚨乃俣入S時(shí)間均勻變化，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由勻加速直線運(yùn)動(dòng)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(shí)速度，Δx越小越好，而選取的Δx大小會(huì)影響速度測量值與真實(shí)值的偏差大小。 (5)設(shè)v0＝0，v＝at，而x＝at2，故可通過位移隨時(shí)間的變化情況，判斷速度隨時(shí)間的變化情況。 [答案] (1)A　C　(2)如圖所示 (3)小車的速度隨時(shí)間均勻變化　加速度 (4)越小越好　有關(guān) (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(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化。 [解題關(guān)鍵] 實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)。(1)圖像法是實(shí)驗(yàn)中常用的方法，要學(xué)會(huì)通過圖像分析問題。(2)測量量的轉(zhuǎn)換是實(shí)驗(yàn)中的常用手段，當(dāng)某一個(gè)物理量不易測量時(shí)，可通過該量與其他量的關(guān)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(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。 A．直流電源 B．交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項(xiàng)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(xiàng)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(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn) (3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W＝________，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v＝________。 (4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)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(dá)式為________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________。 (5)假設(shè)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(yuǎn)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(guān)系的是________。 [解析] 本題考查“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)。 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下，小車沿斜面能勻速運(yùn)動(dòng)，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)m2·s－2·J－1的直線，其函數(shù)表達(dá)式為v2＝kW。 根據(jù)動(dòng)能定理W＝mv2得v2＝W，故斜率k＝，與質(zhì)量有關(guān)。 (5)根據(jù)功能關(guān)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)m2·s－2·J－1　質(zhì)量　(5)A 10