2019屆高考物理二輪專題復習 專題八 物理實驗 第1講 力學實驗與創(chuàng)新限時檢測.doc

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第1講　力學實驗與創(chuàng)新 1.(2018福建龍巖模擬)(15分)在“探究彈力與彈簧伸長的關系”的實驗中. (1)關于操作步驟先后順序,下列說法正確的是　　　　. A.先測量原長,后豎直懸掛 B.先豎直懸掛,后測量原長 C.先后順序對實驗結果無影響 D.先后順序對實驗結果的影響程度取決于彈簧的自重 (2)為了探究彈簧彈力F和彈簧伸長量x的關系,李強同學選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進行測試,根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示的圖像,從圖像上看,該同學沒能完全按實驗要求做,使圖像上端成為曲線,圖像上端成為曲線是因為　　　　.這兩根彈簧的勁度系數(shù)分別為:甲彈簧為　　　N/m,乙彈簧為　　　N/m.若要制作一個精確度較高的彈簧測力計,應選彈簧　　　　(填“甲”或“乙”). 解析:(1)為了準確測量彈簧的原長,并消除重力帶來的影響,應先將彈簧懸掛,再測原長,故B,D正確,A,C錯誤; (2)向上彎曲的原因是超出了彈性限度,注意該圖像中縱坐標為伸長量,橫坐標為彈簧彈力,斜率的倒數(shù)為勁度系數(shù),由此可求出k甲= 40.06 N/m≈66.7 N/m;k乙=80.04 N/m=200 N/m,由于甲的勁度系數(shù)小,因此其精度高. 答案:(1)BD (2)彈簧伸長超過彈性限度　66.7　200　甲 2.(2018黑龍江哈爾濱二模)(15分)氣墊導軌是常用的一種實驗儀器,它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導軌上,滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計),采用的實驗步驟如下: a.用天平分別測出滑塊A,B的質量mA,mB; b.調(diào)整氣墊導軌,使導軌處于水平; c.在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導軌上; d.用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1; e.按下電鈕放開卡銷,同時分別記錄滑塊A,B運動時間的計時器開始工作,當A,B滑塊分別碰撞擋板C,D時計時結束,記下A,B分別到達C,D的運動時間t1和t2. (1)實驗中還應測量的物理量及其符號是 　　　　　　　　　. (2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達式是　　　 　,上式中算得的A,B兩滑塊的動量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因有　 　(至少答出兩點). 解析:(1)因系統(tǒng)水平方向動量守恒即mAvA-mBvB=0,由于系統(tǒng)不受摩擦,故滑塊在水平方向做勻速直線運動故有vA=L1t1,vB=L2t2 所以還要測量的物理量是B的右端至D板的距離L2. (2)若要驗證動量守恒定律,則mAvA-mBvB=0,代入得mAL1t1-mBL2t2=0; 由實驗原理與實驗步驟可知,產(chǎn)生誤差的原因: ①L1,L2,t1,t2,mA,mB的數(shù)據(jù)測量誤差; ②沒有考慮彈簧推動滑塊的加速過程; ③滑塊并不是做標準的勻速直線運動,滑塊與導軌間有少許摩擦力; ④氣墊導軌不完全水平. 答案:(1)B的右端至D板的距離L2　(2)mAL1t1-mBL2t2=0?、貺1,L2,t1,t2, mA,mB的數(shù)據(jù)測量誤差?、跊]有考慮彈簧推動滑塊的加速過程 3.(2018山東聊城三模)(15分)圖(甲)為在氣墊導軌上研究勻變速直線運動的示意圖,滑塊上裝有寬度為d(很小)的遮光條,滑塊在鉤碼作用下先后通過兩個光電門,用光電計時器記錄遮光條通過光電門1的時間Δt以及遮光條從光電門1運動到光電門2的時間t,用刻度尺測出兩個光電門之間的距離x. (1)用游標卡尺測量遮光條的寬度d,示數(shù)如圖(乙),則d=　　　　cm; (2)實驗時,滑塊從光電門1的右側某處由靜止釋放,測得Δt=50 ms,則遮光條經(jīng)過光電門1時的速度v=　　　　m/s; (3)保持其他實驗條件不變,只調(diào)節(jié)光電門2的位置,滑塊每次都從同一位置由靜止釋放,記錄幾組x及其對應的t,作出xt-t圖像如圖(丙),其斜率為k,則滑塊加速度的大小a與k關系可表達為a=　　　　. 解析:(1)主尺的讀數(shù)為7 mm,游標尺的讀數(shù)為50.1 mm=0.5 mm,故遮光條寬度為d=7 mm+0.5 mm=0.75 cm. (2)滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度. 則滑塊經(jīng)過光電門時的速度為 v=dΔt=0.7510-25010-3 m/s=0.15 m/s. (3)滑塊由光電門1運動到光電門2的過程中,由位移公式x=vt+12at2,整理得,xt=v+12at,因此可知圖像的斜率k=12a,則加速度a=2k. 答案:(1)0.75　(2)0.15　(3)2k 4.(2018寧夏石嘴山一模)(15分)如圖(甲)所示是某同學探究加速度與力的關系的實驗裝置.他在氣墊導軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放. (1)該同學用游標卡尺測量遮光條的寬度d,如圖(乙)所示,則d=　　　mm. (2)下列不必要的一項實驗要求是　　　 .(請?zhí)顚戇x項前對應的字母) A.應使A位置與光電門間的距離適當大些 B.應將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平 C.應使細線與氣墊導軌平行 D.應使滑塊質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量 (3)實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是　 ; (4)改變鉤碼質量,測出對應的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門B的時間t,通過描點作出線性圖像,研究滑塊的加速度與力的關系,處理數(shù)據(jù)時應作出　　　　圖像. 解析:(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為2 mm,游標讀數(shù)為0.055 mm= 0.25 mm,所以最終讀數(shù)d=2 mm+0.25 mm=2.25 mm; (2)應使A位置與光電門間的距離適當大些,有利于減小誤差,故A必要;應將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平,拉力等于合力,故B必要;要保持細線與氣墊導軌平行,拉力才等于合力,故C必要;拉力是直接通過傳感器測量的,故與滑塊質量和鉤碼質量大小關系無關,故D不需要; (3)實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為等于滑塊經(jīng)過光電門的平均速度. 根據(jù)運動學公式知若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是A位置到光電門B的距離x. (4)由題意可知,該實驗中保持滑塊質量M不變,因此有v2=2ax, v=dt,a=FM, 則有d2t2=2FMx 所以研究滑塊的加速度與力的關系,處理數(shù)據(jù)時應作出 1t2-F圖像. 答案:(1)2.25　(2)D　(3)A位置到光電門的距離x (4)1t2-F 5.(2018安徽二模)(20分)某實驗小組利用彈簧測力計和刻度尺,測量滑塊在木板上運動的最大速度. 實驗步驟: ①用彈簧測力計測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G; ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細繩和固定彈簧測力計相連,如圖(甲)所示.在A端向右拉動木板,待彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定后,將讀數(shù)記作F; ③改變滑塊上橡皮泥的質量,重復步驟①②; 實驗數(shù)據(jù)如表所示: G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.60 ④如圖(乙)所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h; ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動并最終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞),測量C,D間的距離x. 完成下列作圖和填空: (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標紙上作出F-G圖線[圖(丙)]. (2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ=　　　(保留2位有效數(shù)字). (3)滑塊最大速度的大小v=　　　 　(用h,x,μ和重力加速度g表示). 解析:(1)根據(jù)描點法在F-G圖像上描出各點,再連接起來,如圖所示; (2)由圖(甲)可知F=μG,則F-G圖像上的直線的斜率代表μ值的 大小. 由F-G圖像可知μ=1.6-0.44-1=0.40; (3)當重物P剛好下落到地面時,滑塊的速度v最大,此時滑塊的位移為h,此后滑塊做加速度為-μg的勻減速運動,由公式v2-v02=2ax知 滑塊的最大速度vmax滿足vmax2=2μg(x-h), 則vmax=2μg(x-h). 答案:(1)圖見解析　(2)0.40　(3)2μg(x-h) 6.(2018河南開封三模)(20分)某同學利用圖(甲)所示的實驗裝置探究小車在均勻長木板上的運動規(guī)律. (1)如圖(乙)所示是在小車做勻加速直線運動時打出的一條紙帶,已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,每5個點取一個計數(shù)點,x1=3.62 cm,x4=5.12 cm,由圖中數(shù)據(jù)可求得小車的加速度為　　　　m/s2,第3個計數(shù)點與第2個計數(shù)點的距離(即x2)約為　　　　cm. (2)若用該實驗裝置“探究a與F,M之間的關系”,要用鉤碼(質量用m表示)的重力表示小車所受的細線拉力,需滿足　　　　,滿足此條件做實驗時,得到一系列加速度a與合外力F的對應數(shù)據(jù),畫出a-F關系圖像,如圖(丙)所示,若不計滑輪摩擦及紙帶阻力的影響,由圖像可知,實驗操作中不當之處為　　　　　　　;小車的質量M=　　　　kg;如果實驗時,小車和鉤碼之間接一個不計質量的微型力傳感器用來測量拉力F,如圖(丁)所示,從理論上分析,該實驗圖線的斜率將　　 　　(填“變大”“變小”或“不變”). (3)為了驗證動能定理,在用鉤碼的重力表示小車所受合外力的條件下,在如圖(甲)所示的裝置中,用圖(乙)中1,3兩點間對應的運動過程驗證動能定理的表達式為　　　 　.(用x1,x2,x3,x4,m,M,g,t表示,其中m為鉤碼的質量,M為小車的質量,t為兩個計數(shù)點間的時間間隔) 解析:(1)因為打點周期為T=0.02 s,且每5個點取一個計數(shù)點,所以每兩個計數(shù)點間的時間間隔t=0.1 s;由勻變速直線運動的推論xm- xn=(m-n)at2得x4-x1=3at2,代入數(shù)據(jù)解得a=0.50 m/s2;由勻速直線運動的推論x2-x1=at2得x2=x1+at2,代入數(shù)據(jù)得x2=0.041 2 m,即4.12 cm. (2)要使細線的拉力等于鉤碼的重力,應該滿足的條件是M?m.由a-F關系圖像可知實驗操作不當之處為沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,小車的質量M=ΔFΔa=1 kg.實驗中把鉤碼的重力作為拉力F,實際上,由于鉤碼向下加速運動,拉力小于鉤碼重力.若在小車和鉤碼之間接一個不計質量的微型力傳感器用來測量拉力F,則小車加速度a和拉力F的關系圖線的斜率將變大. (3)在鉤碼的重力等于小車所受的合外力的條件下,從計數(shù)點1到計數(shù)點3,合外力對小車做的功為mg(x2+x3).計數(shù)點1對應的速度v1=x1+x22t,計數(shù)點3對應的速度v3=x3+x42t,用1,3兩計數(shù)點間對應的小車的運動過程驗證動能定理的表達式為mg(x2+x3)=M8t2[(x3+x4)2-(x1+x2)2]. 答案:(1)0.50　4.12　(2)M?m　沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　1　變大　(3)mg(x2+x3)=M8t2[(x3+x4)2-(x1+x2)2]