高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題五物理實(shí)驗(yàn) 第1講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)提升訓(xùn)練

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專題五 物理實(shí)驗(yàn) 第1講　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1．(2016淮安三模)在“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中，王同學(xué)用了兩個(gè)量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測(cè)力計(jì)來測(cè)量拉力，實(shí)驗(yàn)之前他先檢查了彈簧測(cè)力計(jì)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。先將橡皮條的一端固定在水平放置的木板上，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄下O點(diǎn)的位置和拉力F1、F2的大小及方向；然后用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，仍將結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，再記錄拉力F的大小及方向；最后取下白紙作圖，研究合力與分力的關(guān)系。 (1)實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行檢查，以下檢查項(xiàng)目必需的是________。 A．對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行調(diào)零 B．將彈簧測(cè)力計(jì)用力拉，看是否能達(dá)到最大量程 C．將兩只彈簧測(cè)力計(jì)水平互鉤對(duì)拉，檢測(cè)兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)是否相同 (2)如圖1是王同學(xué)研究合力與分力關(guān)系時(shí)在白紙上畫出的圖，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)讀數(shù)和作圖要求與規(guī)范，請(qǐng)指出圖中存在的三種錯(cuò)誤。 圖1 ①_____________________________________________________________； ②_____________________________________________________________； ③_____________________________________________________________。 解析　(1)實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行檢查，需要對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行調(diào)零，將兩只彈簧測(cè)力計(jì)水平互鉤對(duì)拉，檢查兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)是否相同，選項(xiàng)A、C正確。 (2)畫力的合成矢量圖時(shí)，力是用帶箭頭的線段表示，按照彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則記錄數(shù)據(jù)，輔助線用虛線，據(jù)此可以指出圖中存在的三種錯(cuò)誤。 答案　 (1)AC　(2)①矢量F1、F2、F未畫上箭頭?、谟涗浟Φ拇笮〉挠行?shù)字有錯(cuò)誤?、跢與F1、F2末端連線應(yīng)該用虛線 2．(2016揚(yáng)泰南三模)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示，某小組完成了一系列實(shí)驗(yàn)操作后，得到了一條紙帶如圖乙所示，選擇紙帶上某個(gè)清晰的點(diǎn)標(biāo)為O，然后每?jī)蓚€(gè)打點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)為1、2、3、4、5、6，用刻度尺量出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、6與O點(diǎn)的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5、h6。 圖2 (1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，可求出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的速度分別為v1、v2、v3、v4、v5，其中v5的計(jì)算式為v5＝________。 (2)若重錘的質(zhì)量為m，取打點(diǎn)O時(shí)重錘所在水平面為參考平面，分別算出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)重錘的勢(shì)能Ep和動(dòng)能Ek，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)3時(shí)對(duì)應(yīng)重錘的勢(shì)能Ep3＝________；接著在E-h坐標(biāo)系中描點(diǎn)作出如圖丙所示的Ek-h和Ep-h圖線，求得Ep-h圖線斜率的絕對(duì)值為k1，Ek-h圖線斜率為k2，則k1與k2滿足________關(guān)系時(shí)，重錘機(jī)械能守恒。 (3)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是________。 A．實(shí)驗(yàn)中可用干電池作為電源 B．為了減小阻力的影響，重錘的密度和質(zhì)量應(yīng)該適當(dāng)大些 C．若紙帶上打出的點(diǎn)被拉長(zhǎng)為短線，應(yīng)適當(dāng)調(diào)高電源電壓 D．圖丙Ek-h圖線縱軸上的截距表示重錘經(jīng)過參考平面時(shí)的動(dòng)能 (4)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)操作，你還能提出哪些注意事項(xiàng)？請(qǐng)寫出1條： ___________________________________________________________。 答案　(1)　(2)-mgh3　k1＝k2　(3)BD (4)重錘從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放或調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔在同一豎直線上 3．(2016鎮(zhèn)江一模)某同學(xué)在探究“質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)過程中主要步驟如下： ①在水平放置的長(zhǎng)木板上A、B兩點(diǎn)處各安裝一個(gè)速度傳感器，測(cè)出A、B兩點(diǎn)間距離L。 ②將拉力傳感器固定在小車的左端，把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連。 ③將小車從速度傳感器A的右側(cè)無初速度釋放，小車在細(xì)線的拉力作用下運(yùn)動(dòng)，通過拉力傳感器和速度傳感器記錄細(xì)線拉力F的大小以及小車經(jīng)過A、B兩點(diǎn)處的速率vA、vB。 ④改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)操作③，測(cè)量多組數(shù)據(jù)。 ⑤進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，畫出如圖乙所示的a-F關(guān)系圖線。 圖3 (1)小車加速度的表達(dá)式a＝____________。(用vA、vB和L表示) (2)理論上，小車的a-F圖象是經(jīng)過原點(diǎn)的一條直線，而本次實(shí)驗(yàn)得到的圖線卻如圖乙所示，其中可能的原因是___________________________________________ __________________________________________________________________。 (3)在本實(shí)驗(yàn)中，下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________。 A．要保持小車(含拉力傳感器)的總質(zhì)量不變 B．要保證小車(含拉力傳感器)的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛鉤碼的總質(zhì)量 C．要測(cè)出所掛鉤碼的質(zhì)量 D．要保持細(xì)線方向與木板平面平行 E．兩個(gè)速度傳感器間的距離要適當(dāng)大些 (4)在處理數(shù)據(jù)時(shí)，某同學(xué)又記錄了每次所掛鉤碼的總重力，并以它作為小車所受到的合力F，畫出小車的a-F圖象如圖丙所示，則造成該圖線上端發(fā)生彎曲的可能原因是____________________________________________________ ___________________________________________________________。 解析　(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v-v＝2aL， 得a＝。 (2)F＝0時(shí)小車有加速度，說明平衡摩擦力過度，長(zhǎng)木板傾角過大。 (3)該實(shí)驗(yàn)探究“質(zhì)量一定時(shí)，物體加速度與受力的關(guān)系”，故要保持小車的質(zhì)量不變，A項(xiàng)正確；小車前端有力傳感器，故不要求小車的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛鉤碼的總質(zhì)量，也不要求測(cè)出所掛鉤碼的質(zhì)量，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)要保證細(xì)線的拉力不能影響小車受到的支持力，故細(xì)線方向要與木板平面平行，D項(xiàng)正確；兩個(gè)速度傳感器間的距離適當(dāng)大些，經(jīng)過兩位置時(shí)速度變化大些，實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)小一些，E項(xiàng)正確。 (4)以鉤碼的總重力作為小車所受合力時(shí)，就要求鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，隨著鉤碼質(zhì)量變大，圖線上端會(huì)發(fā)生彎曲。 答案　(1)　(2)長(zhǎng)木板傾角過大，平衡摩擦力過度 (3)BC　(4)隨著所掛鉤碼數(shù)的增加，小車及拉力傳感器的總質(zhì)量未遠(yuǎn)大于所掛鉤碼的總質(zhì)量 4．(2016全國(guó)卷Ⅲ，23)某物理課外小組利用圖4中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下： 圖4 (1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。 (2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。 (3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表。n＝2時(shí)的s-t圖象如圖5所示；由圖5求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。 n 1 2 3 4 5 a/ms-2 0.20 0.58 0.78 1.00 圖5 (4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖6中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。 圖6 (5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 ms-2)。 (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào)) A．a(chǎn)-n圖線不再是直線 B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn) C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 解析　(3)因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，將圖(b)中點(diǎn)(2，0.78)代入s＝at2可得，a＝0.39 m/s2。 (4)根據(jù)描點(diǎn)法可得如圖所示圖線。 (5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.45 kg (6)若不平衡摩擦力，則有nmg-μ[M＋(5-n)m]g＝(M＋5m)a，則a＝n-，所以a-n圖線仍是直線，但直線不過原點(diǎn)，斜率變大，故B、C正確。 答案　(3)0.39　(4)見解析圖　(5)0.45　(6)BC