2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)集訓(xùn)13 力學(xué)實(shí)驗(yàn)(含解析)
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1、專題限時(shí)集訓(xùn)(十三) (建議用時(shí):40分鐘) [專題通關(guān)練] 1.(易錯(cuò)題)如圖所示的裝置可以做許多力學(xué)實(shí)驗(yàn).以下說(shuō)法正確的是( ) A.利用此裝置測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí),需要調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜度來(lái)平衡摩擦力 B.利用此裝置做研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),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(guò)增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),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(shí),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(dòng)能改變的關(guān)系”時(shí)、應(yīng)將木板帶打點(diǎn)
2、計(jì)時(shí)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(dòng)中所受阻力的影響 BCE [利用此裝置測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí),不需要平衡摩擦力,否則無(wú)法探究物塊與木板間的摩擦力和動(dòng)摩擦因數(shù),故A錯(cuò)誤;利用此裝置做研究勻變速的直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(guò)程中,通過(guò)增減小車上砝碼改變質(zhì)量時(shí),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(shí)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(shí),必須適當(dāng)墊高木板左端以消
3、除小車和木板間的摩擦阻力的影響,故D錯(cuò)誤;利用此裝置探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”時(shí),應(yīng)平衡摩擦力,應(yīng)將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dòng)中所受阻力的影響,故E正確;故選B、C、E。] 2.(易錯(cuò)題)如圖所示為接在50 Hz低壓交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在一物體拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打出的一條紙帶,每打5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),但第3個(gè)計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)該物體的速度大小為________m/s。 (3)如果當(dāng)時(shí)交變電流的頻率是f=49 Hz,而做
4、實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)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(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),所以兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T=0.1 s;由xm-xn=(m-n)aT2得x4-x1=3aT2,代入數(shù)據(jù)解得a=0.74 m/s2。 (2)打第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度等于打1、3兩點(diǎn)之間物體的平均速度,因此有v2==×10-2 m/s=0.399 m/s。 (3)如果當(dāng)時(shí)交變電流的頻率是f=49 Hz,則
5、周期變大,計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔變大,即任意相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間實(shí)際的時(shí)間間隔大于0.1 s,但是該同學(xué)仍以0.1 s計(jì)算,根據(jù)x4-x1=3aT2,知加速度的測(cè)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(zhǎng)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(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)
6、處理。 (1)為求出小物塊從桌面拋出時(shí)的動(dòng)能,需測(cè)量下列物理量中的________(填答案標(biāo)號(hào),g已知)。 A.小物塊的質(zhì)量m B.橡皮筋的原長(zhǎng)x C.橡皮筋的伸長(zhǎng)量Δx D.桌面到地面的高度h E.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(duì)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L(zhǎng)1、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
7、)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(dòng),可得h=gt2,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(dòng),可得小物塊做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0==L,小物塊從桌面拋出時(shí)的動(dòng)能Ek=mv=,所以需測(cè)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(guò)程中都存在,且摩擦力不變,每一次摩擦力對(duì)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
8、高三聯(lián)考)某研究性學(xué)習(xí)小組做“驗(yàn)證動(dòng)能定理”和“測(cè)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m1=50 g、物塊乙的質(zhì)量m2=150 g,開始時(shí)保持裝置靜止,然后釋放物塊乙,乙可以帶動(dòng)甲拖著紙帶打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,即可驗(yàn)證動(dòng)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(gè)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)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0~5的過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk=________J。 (2)忽略一切阻力的情況下,用v表示打下某點(diǎn)時(shí)的速度,用h表示該點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離,某同學(xué)作出
9、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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔t=5×=0.1 s,由Δx=at2,可得系統(tǒng)的加速度大小為a=4.8 m/s2。打下5時(shí)系統(tǒng)的速度大小v5=×10-2 m/s=2.4 m/s,在打下0~5的過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk=(m1+m2)v=0.576 J。(2)忽略一切阻力,則有(m2-m1)gh=(m1+m2)v2,代入數(shù)據(jù),化簡(jiǎn)得=gh,作出的-h圖象的斜率k=g= m/s2,解得重力加速度g=9.7 m/s2。 [答案] (1)4.8 0
10、.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(shuō)“在彈性限度內(nèi),勁度系數(shù)為k的彈簧,形變量為x時(shí)彈性勢(shì)能為Ep=kx2。”為了驗(yàn)證這個(gè)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(jì)了以下實(shí)驗(yàn)步驟: A.將長(zhǎng)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(guò)細(xì)繩與小車左端相連,小車的右端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶; B.將彈簧拉伸x后用插銷鎖定,測(cè)出其伸長(zhǎng)量x; C.合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dòng)到左端; D.在紙帶上某處選取合適的A點(diǎn),測(cè)出小
11、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(zhǎng)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Ep=kx2成立,則實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(zhǎng)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(dòng)
12、階段,說(shuō)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(guò)程可知,彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能,由機(jī)械能守恒定律有: Ep=kx2=mv2 解得:x=v。 [答案] (1)平衡摩擦力 (2)s2 (3)v 6.(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(duì)質(zhì)量進(jìn)行間接測(cè)量。裝置如圖甲所示:一根輕繩跨過(guò)輕質(zhì)定滑輪與兩個(gè)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(guò)輕質(zhì)掛鉤懸掛待測(cè)物塊Z,重物P的下端與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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
13、放系統(tǒng),得到如圖乙所示的紙帶,則系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(cè)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(jì)時(shí)器間的摩擦,定滑輪中的滾動(dòng)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 a= =8.00 m/s2。 (2)由Mg=(M+2m)a,得到M=。 (3)由M實(shí)g-f=(M實(shí)+2m)a,得到M實(shí)=,實(shí)際質(zhì)量總是大于理
14、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(hào) 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(gè)實(shí)驗(yàn)裝置即可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,又可驗(yàn)證動(dòng)能定理、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)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m=1.0 kg,重力加速度g=9.8 m/s2,他們通過(guò)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(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)5時(shí)重錘的瞬時(shí)速
15、度為________m/s,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)0和5的過(guò)程中,重錘重力勢(shì)能的變化量為ΔEp=________J,若重錘動(dòng)能的變化量為ΔEk=________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(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)2時(shí)重錘的瞬時(shí)速度為________m/s,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)2和5的過(guò)程中,重錘重力勢(shì)能的變化量為ΔE′p=________J,重錘動(dòng)能的變化量為ΔE′k=________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(dòng)中某段時(shí)間內(nèi)的
16、平均速度等于該段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)5時(shí)重錘下落的速度v5==1.155 m/s,則在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)0和5的過(guò)程中,重錘重力勢(shì)能的變化量ΔEp=mgh5=0.659 J,動(dòng)能的變化量ΔEk=mv=0.667 J。(2)v2==0.575 m/s,ΔE′p=mg(h5-h(huán)2)=0.508 J,ΔE′k=m(v-v)=0.502 J。 (3)重錘剛下落的時(shí)候運(yùn)動(dòng)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)1.155 0.659 0.667 (2)0.575 0.508 0.502 (3)方法二 - 7 -
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