2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 600分沖刺 專(zhuān)題五 實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新 第13講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新優(yōu)練（含解析）

力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新1(2019·浙江杭州模擬)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。A為斜面上的一點(diǎn)，在斜面上方距離A為x處的B點(diǎn)有光電門(mén)。(1)實(shí)驗(yàn)前，先用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度(如圖乙所示)，則擋光片的寬度為_(kāi)4.930_cm。(2)將一物塊從斜面頂端由靜止釋放，測(cè)量光電門(mén)離A點(diǎn)的距離x和擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)擋片光的時(shí)間，改變光電門(mén)的位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄光電門(mén)在不同位置時(shí)光電門(mén)離A點(diǎn)的距離x，及擋光片的擋光時(shí)間，計(jì)算各次物塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度v。算出速度的平方，結(jié)果填在下列表格中，請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)紙上作出x與v2的圖線(xiàn)。x(m)0.20.40.60.81.01.2v2(m2/s2)10.48.77.05.54.12.4_圖見(jiàn)解析_(3)根據(jù)所畫(huà)圖線(xiàn)，可知物體經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度為_(kāi)3.5_ m/s(保留兩位有效數(shù)字)。(4)若增大斜面的粗糙程度，則圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值將_變大_。(選填“變大”“變小”或“不變”)解析(1)圖中游標(biāo)卡尺讀數(shù)為496×0.0549.30 mm4.930 cm；(2)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，然后用直線(xiàn)連接，使得所描的點(diǎn)均勻分布在直線(xiàn)附近如圖所示：(3)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：2axvv2，整理得：x，當(dāng)x0時(shí)，vv2，從圖中看出此時(shí)v212 m2/s2，故經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度為 m/s3.5 m/s。(4)若斜面變得更粗糙，物體加速度變小，斜率絕對(duì)值|k|，變大。2(2019·云南模擬)某同學(xué)用圖甲所示的裝置測(cè)量木塊與水平傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，跨過(guò)定滑輪的細(xì)線(xiàn)兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線(xiàn)保持水平，在木塊上方放置砝碼，讓傳送帶順時(shí)針運(yùn)行，木塊靜止后，讀出彈簧秤的示數(shù)F，可測(cè)得木塊受到的滑動(dòng)摩擦力大小?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)放一個(gè)砝碼時(shí)，彈簧秤的示數(shù)如圖甲所示，其讀數(shù)為_(kāi)3.823.87_ N。(2)增加砝碼個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出示數(shù)F與砝碼個(gè)數(shù)n的關(guān)系圖象如圖乙所示，已知每個(gè)砝碼的質(zhì)量均為50 g，重力加速度大小為9.80 m/s2，可求得_0.610.65_(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；由上述信息_能_(選填“能”或“不能”)求出木塊的質(zhì)量。解析由圖可知，彈簧秤的最小分度為0.1 N，所以其讀數(shù)為3.85 N；(2)由實(shí)驗(yàn)原理可得：Ff(nmM)g，即FmgnMg，由圖象可得斜率k，即mgk，聯(lián)立解得：0.64。圖線(xiàn)與縱軸的交點(diǎn)即為木塊的重力與動(dòng)摩擦因數(shù)的乘積，所以能求出木塊的質(zhì)量。3(2019·山東煙臺(tái)模擬)如圖甲所示是“探究加速度與合外力、質(zhì)量之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝配圖。(1)某同學(xué)按圖乙裝配后，指出兩處裝配有誤的地方_見(jiàn)解析_。(2)有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的安裝要求及操作細(xì)節(jié)，正確的是A。A此實(shí)驗(yàn)必須把沒(méi)有滑輪的一端墊高以“平衡摩擦力”B為了讓實(shí)驗(yàn)效果更好一些，鉤碼重量越大越好C實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D實(shí)驗(yàn)中牽引小車(chē)的細(xì)線(xiàn)不用與木板表面平行(3)某次實(shí)驗(yàn)后得到紙帶如下，每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，交流電的頻率為50 Hz，則小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度a_2.67_m/s2_(保留兩位小數(shù))。解析(1)圖中的復(fù)寫(xiě)紙安裝錯(cuò)誤；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該接右側(cè)的交流電源；小車(chē)應(yīng)該盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(2)此實(shí)驗(yàn)必須把沒(méi)有滑輪的一端墊高以“平衡摩擦力”，且鉤碼重量要遠(yuǎn)小于小車(chē)重量，這樣才能用鉤碼重力近似當(dāng)做小車(chē)所受合外力，A正確，B錯(cuò)誤；為了提高紙帶的利用率，盡量多打點(diǎn)，同時(shí)為了使打點(diǎn)更穩(wěn)定，在具體操作過(guò)程中應(yīng)該是先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后再釋放小車(chē)，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中牽引小車(chē)的細(xì)線(xiàn)和紙帶應(yīng)與木板表面保持平行，可以保證小車(chē)的加速度恒定，D錯(cuò)誤。(3)根據(jù)紙帶上數(shù)據(jù)，則v1 m/s0.53 m/s，v4 m/s1.33 m/s。所以a m/s22.67 m/s2。4(2019·天津模擬)某同學(xué)“驗(yàn)證動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶遮光片的長(zhǎng)方形滑塊。 (1)用天平測(cè)量滑塊和遮光片的總質(zhì)量為M、砝碼盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量為m；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度為d，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_(kāi)0.355_ cm； (2)按圖甲所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，適當(dāng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的傾角，直到滑塊靜止在導(dǎo)軌上，用米尺測(cè)量遮光片到光電門(mén)的距離L； (3)剪斷細(xì)繩，滑塊由靜止下滑，記錄遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t； (4)多次改變遮光片與光電門(mén)之間的位置，測(cè)量并記錄相應(yīng)L與t的值； (5)剪斷細(xì)繩后，滑塊和遮光片從初始位置運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)的過(guò)程中，合力對(duì)其做的功W_mgL_，動(dòng)能的增加量EkM()2。(用題中字母表示，重力加速度為g)(6)以L(fǎng)為橫軸，為縱軸，該同學(xué)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的圖象。根據(jù)此圖象，本實(shí)驗(yàn)_能_(選填“能”或“不能”)驗(yàn)證動(dòng)能定理。解析(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)由兩部分組成：遮光片寬度d3 mm11×0.05 mm3.55 mm0.355 cm；(5)剛開(kāi)始滑塊靜止在斜板上，此時(shí)滑塊所受合力為零，但剪斷細(xì)繩撤去拉力后，滑塊受到的合力為T(mén)mg，由功的公式可求得W合mgL；從開(kāi)始到光電門(mén)位置，由遮光時(shí)間可求出到光電門(mén)的速度v，所以動(dòng)能的增加量為EkM()2；(6)反過(guò)來(lái)，若動(dòng)能定理成立，則有：mgLM()2，顯然由表達(dá)可以看出與L成正比，則若圖象是直線(xiàn)，則驗(yàn)證了動(dòng)能定理。5. (2019·烏魯木齊三模)如圖甲所示是某興趣小組設(shè)計(jì)的驗(yàn)證動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)裝置。半徑相同的小球A、B分別用細(xì)線(xiàn)懸掛于O1、O2處(在懸點(diǎn)O1，O2處分別。有力傳感器)，小球靜止時(shí)，O1、O2分別距小球A、B球的距離均為L(zhǎng)。已知A、B的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1m2。(1)驗(yàn)證動(dòng)量守恒，將小球A拉開(kāi)一定角度由靜止釋放，測(cè)出小球A、B第一次碰撞前懸掛小球A的細(xì)線(xiàn)的最大拉力為F0，碰撞后懸掛小球A、B的細(xì)線(xiàn)的最大拉力分別為F1、F2，則驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式為；空氣阻力對(duì)該實(shí)驗(yàn)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論_沒(méi)有_(填“有”或“沒(méi)有”)影響。 (2)驗(yàn)證機(jī)械能守恒。先將懸掛小球B的系統(tǒng)拆除，只保留懸掛小球A的系統(tǒng)，然后將小球A從最低點(diǎn)拉升高度h(保持細(xì)線(xiàn)繃緊)后由靜止釋放，小球擺動(dòng)過(guò)程中，測(cè)出細(xì)線(xiàn)的最大拉力F；改變小球A從最低點(diǎn)拉升的高度h，重復(fù)上述步驟，得到多組h和F的數(shù)據(jù)。以h/L為橫坐標(biāo)，以F為縱坐標(biāo)，做出的圖象如圖乙所示。若該圖線(xiàn)的斜率k_2m1g_、圖線(xiàn)與縱軸的截距b_m1g_，則機(jī)械能守恒得到驗(yàn)證。解析(1)設(shè)小球A的碰前速度為v0，碰后速度為v1，小球B的碰后速度為v2，據(jù)牛頓第二定律F0m1gm1，解得：v0同理可得：v1， v2由動(dòng)量守恒定律得：m1v0m1v1m2v2，代入以上各式整理得： 動(dòng)量守恒是系統(tǒng)碰撞前一瞬間的動(dòng)量等于碰撞后一瞬間的系統(tǒng)的動(dòng)量，只要由靜止從同一位置釋放小球，小球到達(dá)O點(diǎn)正下方時(shí)速度相等，所以存在空氣阻力，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響；(2)在最低點(diǎn)Fm1gm1從高h(yuǎn)處?kù)o止釋放到最低點(diǎn) m1ghm1v2聯(lián)立解得： F2m1g·m1g結(jié)合F圖象可知：斜率k2m1g，縱軸截距bm1g6. (2019·廣東模擬)利用圖甲所示裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系”，已知小車(chē)的質(zhì)量為M，砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量為m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接的交流電頻率為50 Hz，實(shí)驗(yàn)步驟如下：A按圖甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，其中跨過(guò)動(dòng)滑輪的兩側(cè)細(xì)線(xiàn)及彈簧測(cè)力計(jì)沿豎直方向；B調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車(chē)后，使小車(chē)(未連細(xì)線(xiàn))能沿長(zhǎng)木板向下勻速運(yùn)動(dòng)；C掛上砝碼盤(pán)，接通電源后再釋放小車(chē)，由紙帶求出小車(chē)的加速度；D改變砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得小車(chē)在不同外力作用下的加速度。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程，回到下列問(wèn)題：(1)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是_B_；A小車(chē)的加速度與砝碼盤(pán)的加速度大小相等B彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為小車(chē)所受合外力的大小C實(shí)驗(yàn)過(guò)程中砝碼處于超重狀態(tài)D砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車(chē)的加速度為_(kāi)0.16_ m/s2；(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (3)由本實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出小車(chē)的加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系圖象(如圖丙所示)。則與本實(shí)驗(yàn)相符合的是_A_。解析(1)由圖可知，小車(chē)的加速度是砝碼盤(pán)的加速度大小的2倍，故A錯(cuò)誤；由圖可知，彈簧秤顯示的是繩子上的拉力，故小車(chē)受到的拉力即為彈簧秤的示數(shù)，故B正確；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，砝碼向下加速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；由于不是砝碼的重力，即為小車(chē)的拉力，故不需要砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量的條件，故D錯(cuò)誤。(2)在勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即xaT2得：a0.16 m/s2(3)由題意可知，小車(chē)的加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系應(yīng)該是成正比，即為過(guò)原點(diǎn)的一條傾斜直線(xiàn)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。7(2019·株洲二模)用圖示裝置可測(cè)量重錘的質(zhì)量。水平桌面上有n塊質(zhì)量均為m0的一組磁性鐵片用細(xì)繩通過(guò)定滑輪與重錘連接，重錘下端貼一輕質(zhì)遮光片，調(diào)整重錘的高度，使其從適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止開(kāi)始下落，讀出遮光片通過(guò)安裝在其下方的光電門(mén)的擋光時(shí)間t0；依次取下1塊鐵片放到重錘上，讓重錘每次都從同一位置由靜止開(kāi)始下落，記錄的擋光時(shí)間分別為t1、t2，計(jì)算出t、t、t(忽略一切阻力)。 (1)擋光時(shí)間為t0時(shí)，重錘的加速度為a0，取下i(in)塊鐵片置于重錘上時(shí)，對(duì)應(yīng)的擋光時(shí)間為ti，重錘的加速度為ai。則(結(jié)果用t0和ti表示)。(2)以i為橫坐標(biāo)，以i為縱坐標(biāo)，作出i的圖線(xiàn)是一條直線(xiàn)，直線(xiàn)的斜率為k，則重錘的質(zhì)量Mm0(結(jié)果用m0和k表示)。解析(1)遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度：v0，vi，重錘做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，由速度位移公式得：v2a0h，v2aih，整理得： ；(2)由牛頓第二定律得：Mgnm0g(Mnm0)a0，(Mim0)g(ni)m0g(Mnm0)ai，整理得：1 i則i圖象的斜率：k解得：Mm0。- 8 -