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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題整合突破五 物理實驗 第12講 力學(xué)實驗素能特訓(xùn) 1.小明同學(xué)看了“神舟十號”宇航員王亞平在太空授課時，利用牛頓第二定律測量指令長聶海勝的質(zhì)量后深受啟發(fā)，在學(xué)校實驗室里設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，測量手機電池的質(zhì)量，為使滑塊平穩(wěn)運動，小明把兩塊質(zhì)量相等的手機電池用質(zhì)量不計的細棉線固定在滑塊的兩側(cè)。接通氣源，當空氣從導(dǎo)軌兩側(cè)穩(wěn)定噴出時，發(fā)現(xiàn)滑塊與氣墊導(dǎo)軌沒有直接接觸，裝置能正常使用。調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，把細線的一端固定在滑塊上，另一端固定在鉤碼上。 (1)小明用圖乙中的螺旋測微器測得遮光條的寬度L＝________mm。 (2)將附帶手機電池的滑塊從圖甲所示位置由靜止釋放，在鉤碼的牽引下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光條通過第一個光電門的時間為Δt1＝7.210－3 s，通過第二個光電門的時間為Δt2＝2.310－3 s，遮光條從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間為Δt＝0.592 s，則手機電池經(jīng)過光電門1時的瞬時速度v1＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)，經(jīng)過光電門2時的瞬時速度v2＝________m/s(保留3位有效數(shù)字)，重力加速度g＝10 m/s2，手機電池的加速度a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)已知鉤碼的質(zhì)量為m1＝200 g，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為m2＝510 g，則一塊手機電池的質(zhì)量為m＝________ g(保留3位有效數(shù)字)。 答案　(1)5.996～5.999　(2)0.83　 2.61　 3.0 (3)79 解析　(1)固定尺上讀出5.5 mm，螺旋套筒上讀出49.70.01＝0.497 mm，所以遮光條的寬度L＝5.997 (5.996～5.999) mm。 (2)v1＝＝0.83 m/s，v2＝＝2.61 m/s， a＝＝3.0 m/s2。 (3)由牛頓第二定律可知 m1g＝(m2＋2m)a 代入數(shù)據(jù)解得m＝79 g。 2．[xx湖北聯(lián)考]某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲“探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系”，在實驗室設(shè)計了如圖所示甲、乙兩套裝置，圖中A為小車，B為打點計時器，C為彈簧測力計，P為小桶(內(nèi)有沙子)，一端帶有定滑輪的足夠長的木板水平放置。 (1)如果忽略滑輪與繩間的摩擦，小組成員認為：①甲圖中彈簧秤的示數(shù)即為小車受到的拉力大小；②乙圖中彈簧秤示數(shù)的二倍為小車受到的拉力大小。請判斷兩種分析是否正確，若不正確，請指明并簡要說出不正確的原因。 _____________________________________________________________________________________________________________________。 (2)選擇了上述一種合理的方法后，要順利完成該實驗，除圖中實驗儀器和低壓交流電源(含導(dǎo)線)外，還必需的兩個實驗儀器是__________________、________________。 (3)該實驗中發(fā)現(xiàn)小車受到的阻力對實驗結(jié)果影響較大，在長木板保持水平的情況下，請你利用該裝置測出小車受到的阻力，其方法是_________________________________________________________。 (4)在上述實驗操作中，打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz，某同學(xué)打出的一段紙帶如下圖所示，O、A、B…F為打點計時器連續(xù)打出的計時點，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出小車運動時與紙帶上E點相對應(yīng)的瞬時速度vE＝________m/s。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)①的說法是正確的?、诘恼f法不正確，因為當小車加速運動時，要考慮滑輪的質(zhì)量，小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數(shù)的二倍　(2)刻度尺　天平 (3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量，輕推小車，使小車拖動紙帶做勻速運動，則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小　 (4)1.39 解析　(1)在題圖甲中，小車的拉力等于彈簧秤的拉力，在題圖乙中，考慮到動滑輪的質(zhì)量m，設(shè)彈簧秤的拉力為F，小車對滑輪的拉力為FT，則2F－FT＝ma，知小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數(shù)的二倍。 (2)該實驗要計算出小車的動能，要測量小車的質(zhì)量，所以需要天平；要測量紙帶計時點之間的長度，還需要刻度尺。 (3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量，輕推小車，使小車拖動紙帶做勻速運動，則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小。 (4)E點的速度等于DF段的平均速度 vE＝＝ m/s＝1.39 m/s。 3．[xx黃岡測試]甲、乙兩個物理實驗小組分別探究“彈力和彈簧伸長的關(guān)系”。 (1)甲組同學(xué)利用圖(a)所示的裝置，將彈簧的上端與刻度尺的零刻度對齊，讀出不掛鉤碼時彈簧下端指針所指刻度尺的刻度值，然后在彈簧下端鉤上鉤碼，并逐個增加鉤碼，依次讀出指針所指刻度尺的刻度值，所讀數(shù)據(jù)列表如下：(彈簧始終未超過彈性限度，重力加速度g取9.8 m/s2) 1 2 3 4 5 6 鉤碼質(zhì)量m/g 0 30 60 90 120 150 刻度尺讀數(shù)x/cm 6.00 — 8.34 9.48 10.64 11.79 ①實驗中掛30 g鉤碼時刻度尺的讀數(shù)如圖，請你將這個測量值填入記錄表中。 ②該小組根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖(b)中的坐標紙建立xm坐標系，并描出5組測量數(shù)據(jù)，請你將第2組數(shù)據(jù)描在坐標紙上，并畫出xm的關(guān)系圖線。 ③作出的圖線與坐標軸縱軸有一截距，其表示的物理意義是________；該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。 (2)乙組同學(xué)利用圖(c)所示的裝置，用與甲組同樣規(guī)格的彈簧做實驗，他們將彈簧左端與刻度尺的零刻度對齊，讀出不掛鉤碼時彈簧右端指針所指刻度尺的刻度值，然后通過定滑輪在彈簧右端的細繩上鉤上鉤碼，并逐個增加鉤碼，依次讀出指針所指刻度尺的刻度值。之后他們經(jīng)歷了與甲組同樣的實驗步驟，最后甲、乙兩組將測出的勁度系數(shù)進行比對，發(fā)現(xiàn)乙組的測量結(jié)果總比甲組的測量結(jié)果稍大一些，其原因是____________________，這種誤差叫________(填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)。 答案　(1)①7.15?、谌鐖D所示?、蹚椈傻脑L　25.4 (2)滑輪與軸及滑輪與細繩之間有摩擦　系統(tǒng)誤差 解析　(1)①刻度尺上準確讀出7.1 cm，估讀0.05 cm，所以應(yīng)為7.15 cm； ②在圖(b)上畫出(注意原圖中沒有“⊕”點，在答案上畫出)； ③還沒有掛重物時，彈簧的長度也就是彈簧的原長。由胡克定律可知mg＝k(x－x0)，變形得x＝m＋x0。所以＝K(其中K為圖(b)中的斜率)。代入數(shù)據(jù)后得k＝25.4 N/m。 (2)彈簧與桌面、滑輪與軸及滑輪與細繩間有摩擦等產(chǎn)生了誤差，這種誤差叫系統(tǒng)誤差。 4．[xx漳州質(zhì)檢]某學(xué)習(xí)小組可用如圖甲所示的實驗裝置來做系列實驗。設(shè)鉤碼的質(zhì)量為m，小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量為M (1)下列說法正確的是________。 A．用該裝置可以測定當?shù)氐闹亓铀俣? B．用該裝置可以探究牛頓第二定律，以小車為研究對象時，要保證拉力近似等于鉤碼的重力，因此必須滿足m?M C．可以用該裝置驗證機械能守恒定律，但必須滿足m?M D．可以用該裝置探究動能定理，以鉤碼和小車整體為研究對象，但不必滿足m?M (2)某同學(xué)在用該裝置探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”時，由于改變小車和砝碼的總質(zhì)量M時，小車所受的阻力也會變化，本實驗改變M時是否要重新平衡小車所受的阻力？________(選填“是”或“否”)。 (3)圖乙為某次實驗得到的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是按打點順序依次選取的計數(shù)點，計數(shù)點間的距離如圖所示，相鄰計數(shù)點間時間間隔為0.1 s，則小車的加速度大小約為________m/s2(保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)BD　(2)否　(3)0.20 解析　(1)該裝置沒辦法做自由落體，因此沒辦法測當?shù)刂亓铀俣?，A選項錯誤。在探究牛頓第二定律中，對鉤碼、小車系統(tǒng)有mg＝(M＋m)a，所以繩上的拉力T＝Ma＝mg，只有當M?m時，繩上的拉力才近似等于鉤碼的重力，因此B選項是正確的。如果小車與木板間沒摩擦力，可以用該裝置來驗證系統(tǒng)機械能守恒，但不必滿足m?M，如果小車與木板間有摩擦力，系統(tǒng)機械能不守恒，所以C選項錯誤。該裝置可以探究動能定理，如果以小車為研究對象，必須滿足m?M，而以鉤碼和小車整體為研究對象，不必滿足m?M，D選項正確。 (2)平衡摩擦力時應(yīng)滿足：Mgsinθ＝μMgcosθ，兩邊都有質(zhì)量，不需要重新平衡摩擦力。 (3)a＝＝ m/s2＝0.20 m/s2。 5．[xx衡水調(diào)研]如圖所示為用光電門測定鋼球下落時受到的阻力的實驗裝置。直徑為d、質(zhì)量為m的鋼球自由下落的過程中，先后通過光電門A、B，計時裝置測出鋼球通過A、B的時間分別為tA、tB。用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度。測出兩光電門間的距離為h，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。 (1)鋼球下落的加速度大小a＝________，鋼球受到的空氣平均阻力Ff＝________。 (2)本題“用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度”，但從嚴格意義上講是不準確的，實際上鋼球通過光電門的平均速度________(選填“>”或“<”)鋼球球心通過光電門的瞬時速度。 答案　(1)　mg－　(2)< 解析　(1)過光電門A點的速度vA＝，過光電門B的速度vB＝，由2ah＝v－v得a＝。由牛頓第二定律可知mg－Ff＝ma，得Ff＝mg－。 (2)做勻加速直線運動的物體，平均速度等于中間時刻的瞬時速度，而位移中點的速度大于中間時刻的瞬時速度，鋼球球心通過光電門的瞬時速度就是小球過光電門的位移中點的速度，所以應(yīng)填小于號。 6．[xx大連模擬]某興趣小組要測量木塊與較粗糙木板之間的動摩擦因數(shù)，他們先將粗糙木板水平固定，再用另一較光滑的板做成斜面，傾斜板與水平板間由一小段光滑曲面連接，保證木塊在兩板間通過時速度大小不變。 (1)使木塊從相對水平木板高h處由靜止滑下，并在水平板上滑行一段距離x后停止運動，改變h大小，進行多次實驗，若忽略木塊與傾斜板間的摩擦，以x為橫坐標、h為縱坐標，從理論上得到的圖象應(yīng)為_____________________________________________； (2)如果考慮木塊與傾斜板之間的摩擦，在改變h時，他們采取的辦法是：每次改變傾斜板的傾角，讓木塊每次由靜止開始下滑的位置在同一條豎直線上，且測出該豎直線與兩板連接處的水平距離為L，如圖甲所示。將每次實驗得到的h、x相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出的hx圖象如圖乙所示，圖線的延長線與兩坐標軸的交點坐標分別為(－a,0)和(0，b)，則木塊與傾斜板間的動摩擦因數(shù)μ1＝________，木塊與水平板間的動摩擦因數(shù)μ2＝________。(以上兩空用a、b和L中的某些物理量表示) 答案　(1)過坐標原點的傾斜向上直線(或正比例函數(shù))　(2)　 解析　(1)對全程運用動能定理，有：mgh－μmgx＝0， 得到：h＝μx；故xh圖象是過坐標原點的傾斜向上直線(或正比例函數(shù))； (2)對全程運用動能定理，有：mgh－μ1mgcosθx1－μ2mgx＝0(θ為斜面的傾角)，由幾何關(guān)系得到：L＝x1cosθ，得到：h＝μ2x＋μ1L。 圖線的延長線與兩坐標軸的交點坐標分別為(－a,0)和(0，b)，故：μ2＝(斜率)。μ1L＝b(截距)，解得：μ1＝。 7．[xx廊坊質(zhì)監(jiān)]如圖甲所示，質(zhì)量為m的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的速度—時間(vt)圖象。整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為L、高度為h。(取重力加速度g＝9.8 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，A的vt圖線如圖乙所示。從圖線可得滑塊A下滑時的加速度a＝________m/s2，摩擦力對滑塊A運動的影響________。(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”) (2)此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變________可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系：通過_____________可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 答案　(1)6.0　不明顯，可忽略　(2)高度h　改變滑塊質(zhì)量m、斜面的高度h，但需要保證mh乘積不變 解析　(1)速度圖象中，圖線的斜率表示質(zhì)點的加速度，即上滑時加速度大小為a1＝ m/s2＝6.0 m/s2，下滑時加速度大小為a2＝ m/s2＝6.0 m/s2，方向均沿斜面向下；由牛頓第二定律可知，滑塊加速度不變，則所受合外力不變，故滑塊所受滑動摩擦力可忽略不計；(2)驗證牛頓第二定律時，需要控制變量：即滑塊質(zhì)量一定時，改變外力，即滑塊沿斜面方向的分力Gx＝mgsinθ＝mg，導(dǎo)軌長度 不變，故只能通過改變斜面高度h來完成；在驗證力一定時，即需要mg一定，改變質(zhì)量m時需要保持mh乘積不變，來驗證加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 8．[xx課標全國卷Ⅱ]某同學(xué)用圖(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。 (1)物塊下滑時的加速度a＝________m/s2，打C點時物塊的速度v＝________m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是________(填正確答案標號)。 A．物塊的質(zhì)量 B．斜面的高度 C．斜面的傾角 答案　(1)3.25　1.79　(2)C 解析　(1)利用逐差法求得加速度 a＝＝3.25 m/s2； 利用勻變速直線運動規(guī)律知打C點時速度 v＝＝1.7925 m/s。 (2)根據(jù)牛頓第二定律，可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma， 即μ＝，可見除g、a外，還需要知道斜面的傾角，所以選項C正確。