2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時集訓(xùn)13 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）

專題限時集訓(xùn)(十三)(建議用時：40分鐘) 專題通關(guān)練1(易錯題)如圖所示的裝置可以做許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)以下說法正確的是()A利用此裝置測量物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，需要調(diào)整長木板的傾斜度來平衡摩擦力B利用此裝置做研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)時，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響C利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度D利用此裝置驗(yàn)證“系統(tǒng)機(jī)械能守恒”時，不必適當(dāng)墊高木板左端以消除小車和木板間的摩擦阻力的影響E利用此裝置探究“恒力做功與動能改變的關(guān)系”時、應(yīng)將木板帶打點(diǎn)計時器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運(yùn)動中所受阻力的影響B(tài)CE利用此裝置測量物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，不需要平衡摩擦力，否則無法探究物塊與木板間的摩擦力和動摩擦因數(shù)，故A錯誤；利用此裝置做研究勻變速的直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)時，只要小車做勻變速直線運(yùn)動即可，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故B正確；利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后在實(shí)驗(yàn)過程中，通過增減小車上砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度，故C正確；只有重力或只有彈力做功時系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，利用此裝置驗(yàn)證“系統(tǒng)機(jī)械能守恒”時，必須適當(dāng)墊高木板左端以消除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故D錯誤；利用此裝置探究“恒力做功與動能改變的關(guān)系”時，應(yīng)平衡摩擦力，應(yīng)將木板帶打點(diǎn)計時器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運(yùn)動中所受阻力的影響，故E正確；故選B、C、E。2(易錯題)如圖所示為接在50 Hz低壓交流電源上的打點(diǎn)計時器在一物體拖動紙帶做勻加速直線運(yùn)動時打出的一條紙帶，每打5個點(diǎn)取1個計數(shù)點(diǎn)，但第3個計數(shù)點(diǎn)沒有畫出。由圖中數(shù)據(jù)可求得：(1)該物體的加速度大小為_m/s2。(2)打第2個計數(shù)點(diǎn)時該物體的速度大小為_m/s。(3)如果當(dāng)時交變電流的頻率是f49 Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析(1)設(shè)1、2兩點(diǎn)間的位移為x1,2、3兩點(diǎn)間的位移為x2,3、4兩點(diǎn)間的位移為x3,4、5兩點(diǎn)間的位移為x4。因?yàn)榻涣麟娫搭l率為50 Hz，且每打5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，所以兩個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T0.1 s；由xmxn(mn)aT2得x4x13aT2，代入數(shù)據(jù)解得a0.74 m/s2。(2)打第2個計數(shù)點(diǎn)時物體的瞬時速度等于打1、3兩點(diǎn)之間物體的平均速度，因此有v2×102 m/s0.399 m/s。(3)如果當(dāng)時交變電流的頻率是f49 Hz，則周期變大，計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔變大，即任意相鄰計數(shù)點(diǎn)間實(shí)際的時間間隔大于0.1 s，但是該同學(xué)仍以0.1 s計算，根據(jù)x4x13aT2，知加速度的測量值比實(shí)際值偏大。答案(1)0.74(2)0.399(3)偏大3(2019·福建廈門質(zhì)檢)某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。其實(shí)驗(yàn)步驟如下：a小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿光滑水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為M1；b在釘子上分別套上2條、3條、4條、同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致，重復(fù)步驟a，小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4、；c測量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(1)為求出小物塊從桌面拋出時的動能，需測量下列物理量中的_(填答案標(biāo)號，g已知)。A小物塊的質(zhì)量mB橡皮筋的原長xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度hE小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L1、L2、L3、。若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)，_為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線。(3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_。(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)解析(1)根據(jù)小物塊從桌面拋出后豎直方向上做自由落體運(yùn)動，可得hgt2，解得t，根據(jù)小物塊從桌面拋出后水平方向上做勻速直線運(yùn)動，可得小物塊做平拋運(yùn)動的初速度v0L，小物塊從桌面拋出時的動能Ekmv，所以需測量的物理量有小物塊的質(zhì)量m，桌面到地面的高度h，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L，選項(xiàng)A、D、E符合題意。(2)由Ek可知，以W為縱坐標(biāo)、L2為橫坐標(biāo)作圖，可得到一條直線。(3)因?yàn)樾∥飰K與桌面間的摩擦力在每一次過程中都存在，且摩擦力不變，每一次摩擦力對物體都做負(fù)功，所以由此引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差。答案(1)ADE(2)L2(3)系統(tǒng)誤差4(2019·黑龍江高三聯(lián)考)某研究性學(xué)習(xí)小組做“驗(yàn)證動能定理”和“測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睂?shí)驗(yàn)，采用了如圖甲所示的裝置，其中物塊甲的質(zhì)量m150 g、物塊乙的質(zhì)量m2150 g，開始時保持裝置靜止，然后釋放物塊乙，乙可以帶動甲拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證動能定理。某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖乙所示，0是打下的第一個點(diǎn)，相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有標(biāo)出，所用交流電頻率為50 Hz。(1)系統(tǒng)的加速度大小為_m/s2，在打下05的過程中，系統(tǒng)動能的增量Ek_J。(2)忽略一切阻力的情況下，用v表示打下某點(diǎn)時的速度，用h表示該點(diǎn)到第一個點(diǎn)的距離，某同學(xué)作出的­h圖象如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2。甲 乙丙解析(1)相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔t5×0.1 s，由xat2，可得系統(tǒng)的加速度大小為a4.8 m/s2。打下5時系統(tǒng)的速度大小v5×102 m/s2.4 m/s，在打下05的過程中，系統(tǒng)動能的增量Ek(m1m2)v0.576 J。(2)忽略一切阻力，則有(m2m1)gh(m1m2)v2，代入數(shù)據(jù)，化簡得gh，作出的­h圖象的斜率kg m/s2，解得重力加速度g9.7 m/s2。答案(1)4.80.576(2)9.7能力提升練5(2019·河北五校聯(lián)考)某興趣小組的同學(xué)看見一本物理書上說“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為x時彈性勢能為Epkx2?！睘榱蓑?yàn)證這個結(jié)論，該小組就嘗試用“研究加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖甲)設(shè)計了以下實(shí)驗(yàn)步驟：A將長木板放置在水平桌面上，并將其右端適當(dāng)墊高，在它的左端固定一輕質(zhì)彈簧，通過細(xì)繩與小車左端相連，小車的右端連接穿過打點(diǎn)計時器的紙帶；B將彈簧拉伸x后用插銷鎖定，測出其伸長量x；C合上打點(diǎn)計時器的電源開關(guān)后，拔掉插銷解除鎖定，小車在彈簧作用下運(yùn)動到左端；D在紙帶上某處選取合適的A點(diǎn)，測出小車獲得的速度v；E取不同的x重復(fù)以上步驟多次，記錄數(shù)據(jù)并利用功能關(guān)系分析結(jié)論。實(shí)驗(yàn)中已知小車的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，則：(1)將長木板右端適當(dāng)墊高，其作用是_。(2)在步驟D中，所選取的A點(diǎn)位置應(yīng)在圖乙中的_段(選填“s1”“s2”或“s3”)。(3)若Epkx2成立，則實(shí)驗(yàn)中測量出物理量x與m、k、v關(guān)系式是x_。解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，為了讓彈簧的彈力更加接近于小車受到的合外力，長木板右端需要適當(dāng)墊高，其作用是平衡摩擦力；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，s2段點(diǎn)間距均勻，為勻速直線運(yùn)動階段，說明小車速度達(dá)到最大，故紙帶上A點(diǎn)位置應(yīng)在s2段；(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程可知，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，由機(jī)械能守恒定律有：Epkx2mv2解得：xv。答案(1)平衡摩擦力(2)s2(3)v6(2019·湖南五市第二次聯(lián)考)在沒有天平的情況下，實(shí)驗(yàn)小組利用以下方法對質(zhì)量進(jìn)行間接測量。裝置如圖甲所示：一根輕繩跨過輕質(zhì)定滑輪與兩個相同的重物P、Q相連，重物P、Q的質(zhì)量均為m(已知)，在重物Q的下面通過輕質(zhì)掛鉤懸掛待測物塊Z，重物P的下端與穿過打點(diǎn)計時器的紙帶相連，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)某次實(shí)驗(yàn)中，先接通頻率為50 Hz的交流電源，再由靜止釋放系統(tǒng)，得到如圖乙所示的紙帶，則系統(tǒng)運(yùn)動的加速度a_m/s(保留三位有效數(shù)字)。(2)在忽略阻力的情況下，物塊Z質(zhì)量M的表達(dá)式為M_(用字母m，a，g表示)。(3)由(2)中理論關(guān)系測得的質(zhì)量為M，而實(shí)際情況下，空氣阻力，紙帶與打點(diǎn)計時器間的摩擦，定滑輪中的滾動摩擦不可以忽略，使物塊Z的實(shí)際質(zhì)量與理論值M有一定差異，這是一種_(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。解析(1)根據(jù)逐差法得a8.00 m/s2。(2)由Mg(M2m)a，得到M。(3)由M實(shí)gf(M實(shí)2m)a，得到M實(shí)，實(shí)際質(zhì)量總是大于理論值M，這是實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差。答案(1)8.00(2)(3)系統(tǒng)誤差題號內(nèi)容押題依據(jù)核心考點(diǎn)核心素養(yǎng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律同一個實(shí)驗(yàn)裝置即可用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，又可驗(yàn)證動能定理、研究勻變速直線運(yùn)動等科學(xué)探究：立足教材基礎(chǔ)，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新物理興趣小組的同學(xué)用圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，電源的頻率為50 Hz，重錘的質(zhì)量為m1.0 kg，重力加速度g9.8 m/s2，他們通過正確的實(shí)驗(yàn)操作得到了如圖乙所示的紙帶。為了驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，該小組同學(xué)采用了以下兩種方法。(1)方法一：打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)5時重錘的瞬時速度為_m/s，在打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為Ep_J，若重錘動能的變化量為Ek_J，若它們近似相等，則可知重錘的機(jī)械能守恒。(2)方法二：打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)2時重錘的瞬時速度為_m/s，在打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)2和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為Ep_J，重錘動能的變化量為Ek_J，若它們近似相等，則可知重錘的機(jī)械能守恒。(3)以上兩種方法，你認(rèn)為_(選填“方法一”或“方法二”)誤差小。解析(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度可得打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)5時重錘下落的速度v51.155 m/s，則在打點(diǎn)計時器打下計時點(diǎn)0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量Epmgh50.659 J，動能的變化量Ekmv0.667 J。(2)v20.575 m/s，Epmg(h5h2)0.508 J，Ekm(vv)0.502 J。(3)重錘剛下落的時候運(yùn)動狀態(tài)不穩(wěn)定，方法二避開了剛開始的一段紙帶，故方法二誤差比較小。答案(1)1.1550.6590.667(2)0.5750.5080.502(3)方法二- 7 -