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2019-2020年高考物理二輪復習 專題能力訓練 專題十二 力學實驗 1.(14分)如圖甲所示,在研究彈力和彈簧伸長量的關系時,把彈簧上端固定在橫梁上,下端懸吊不同重力的砝碼,用刻度尺測量彈簧的長度,把彈簧的伸長量Δx和彈簧彈力F的關系在F-Δx坐標系中描點如圖乙所示。 (1)從坐標系中的實驗數(shù)據(jù)可知,該彈簧的勁度系數(shù)是　　　　　　　　　　(精確到兩位有效數(shù)字)。 (2)關于實驗注意事項,以下哪項是沒有必要的?(填入字母序號)　　　　。 A.懸吊砝碼后,在砝碼靜止后再讀數(shù) B.盡量減小彈簧和橫梁之間的摩擦 C.彈簧的受力不超過它的彈性限度 2.(16分)某同學利用圖甲所示的實驗裝置,探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運動,重物落地后,物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處)。從紙帶上便于測量的點開始,每5個點取1個計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示。打點計時器電源的頻率為50 Hz。 甲 乙 (1)通過分析紙帶數(shù)據(jù),可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點　　　　和　　　　之間某時刻開始減速。 (2)計數(shù)點5對應的速度大小為　　　　m/s,計數(shù)點6對應的速度大小為　　　　m/s。(保留三位有效數(shù)字) (3)物塊減速運動過程中加速度的大小為a=　　　m/s2,若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)(g為重力加速度),則計算結果比動摩擦因數(shù)的真實值　　　　(選填“偏大”或“偏小”)。 3.(16分)(xx貴州八校聯(lián)盟聯(lián)考)為了測量木塊與木板間動摩擦因數(shù),某小組使用位移傳感器設計了如圖甲所示的實驗裝置,讓木塊從傾斜木板上一點A由靜止釋放,位移傳感器可以測出木塊到傳感器的距離。位移傳感器連接計算機,描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時間t變化規(guī)律,如圖乙所示。 (1)根據(jù)上述x-t圖,計算0.3 s時木塊的速度v= m/s,木塊加速度a=　　　 m/s2;(以上結果均保留兩位有效數(shù)字) (2)若知道木板的傾角為θ,則木塊與木板的動摩擦因數(shù)μ=　　　　　　,所有量用字母表示(已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間)。 (3)為了提高木塊與木板間動摩擦因數(shù)的測量精度,下列措施可行的是　　　。 A.A點與傳感器距離適當大些 B.木板的傾角越大越好 C.選擇體積較小的實心木塊 D.傳感器開始計時的時刻必須是木塊從A點釋放的時刻 4.(16分)(xx山東棗莊統(tǒng)考) (1)下圖螺旋測微器的讀數(shù)為　　　 mm; 圖中游標卡尺的讀數(shù)是　　　 cm。 (2)用如圖實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律。下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個點,每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點(圖中未標出),計數(shù)點間的距離如圖所示。已知m1=50 g、m2=150 g,則(結果均保留兩位有效數(shù)字) ①在紙帶上打下記數(shù)點5時的速度v=　　　 m/s; ②在打下點“0”到點“5”過程中,系統(tǒng)動能的增量ΔEk=　　　　　　 J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=　　 J(計算時g取10 m/s2)。由此得出的結論:　 　。 ③若某同學作出-h圖象如圖,則當?shù)氐闹亓铀俣萭=　　　 m/s2。 5.(18分) 甲 某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源,可以提供輸出電壓為6 V的交變電流和直流電,交變電流的頻率為50 Hz。重錘從高處由靜止開始下落,重錘拖著的紙帶上打出一系列的點,對紙帶上的點測量并分析,即可驗證機械能守恒定律。 (1)他進行了下面幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器件; B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上; C.用天平測出重錘的質量; D.先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶; E.測量紙帶上某些點間的距離; F.根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能。 其中沒有必要進行的步驟是　　　　,操作不當?shù)牟襟E是　　　　。(填選項字母) (2)這位同學進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析,如圖乙所示,其中O點為起始點,A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點。根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù),可得出打B點時重錘的速度為　　　　 m/s。(保留三位有效數(shù)字) 乙 (3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點的速度v,量出下落距離h,并以為縱軸、以h為橫軸畫出的-h圖象,應是下列圖中的　　　　。 丙 (4)他進一步分析,發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差,為此對實驗設計進行了改進,用如圖丙所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律:通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落,下落過程中經(jīng)過光電門B時,通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間t,用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h,用游標卡尺測得小鐵球的直徑d。重力加速度為g。實驗前應調整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束。則小鐵球通過光電門時的瞬時速度v=　　　　。如果d、t、h、g滿足關系式　　　　　　,就可驗證機械能守恒定律。 (5)比較兩個方案,改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是 　。 6.(20分)在探究動能定理的實驗中,某實驗小組組裝了一套如圖甲所示的裝置,拉力傳感器固定在小車上,一端與細繩相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。穿過打點計時器的紙帶與小車尾部相連接,打點計時器打點周期為T,實驗的部分步驟如下: 甲 (1)平衡小車所受的阻力:不掛鉤碼,調整木板右端的高度,用手輕推小車,直到打點計時器在紙帶上打出一系列　　　　　　　　　　的點。 (2)測量小車和拉力傳感器的總質量M,按圖組裝好儀器,并連接好所需電路,將小車停在打點計時器附近,先接通拉力傳感器和打點計時器的電源,然后　　　　　　　　　　,打出一條紙帶,關閉電源。 (3)在打出的紙帶中選擇一條比較理想的紙帶如圖乙所示,在紙帶上按打點先后順序依次取O、A、B、C、D、E等多個計數(shù)點,各個計數(shù)點到O點間的距離分別用hA、hB、hC、hD、hE、……表示,則小車和拉力傳感器在計時器打下D點時的動能表達式為　　　　　　　　,若拉力傳感器的讀數(shù)為F,計時器打下A點到打下D點過程中,細繩拉力對小車所做功的表達式為　　　　　　　。 乙 (4)某同學以A點為起始點,以A點到各個計數(shù)點動能的增量ΔEk為縱坐標,以A點到各個計數(shù)點拉力對小車所做的功W為橫坐標,得到一條過原點的傾角為45的直線,由此可以得到的結論是 　。 參考答案 1.答案:(1)1.2102 N/m或1.3102 N/m (2)B 解析:(1)由胡克定律F=kΔx知F-Δx圖象中的斜率即勁度系數(shù)。 (2)胡克定律只在彈性限度內才成立;實驗時應在砝碼靜止、形變量穩(wěn)定時讀數(shù);彈簧和橫梁之間的摩擦力對本實驗沒有影響。 2.答案:(1)6　7(或7　6)　(2)1.00　1.20　(3)2.00　偏大 解析:(1)由紙帶上各點間距可以看出,6、7兩點間距離最大,在計數(shù)點6之前,連續(xù)相等的時間內位移差Δx=2.00 cm,而6、7兩計數(shù)點間位移與前一段位移之差Δx=x67-x56<2.00 cm。故物塊在兩相鄰計數(shù)點6和7之間開始減速。 (2)根據(jù)v5=可得 v5= m/s =1.00 m/s, 從點2到點6段的加速度a==2.01 m/s2, v6=v5+aT=1.20 m/s。 (3)物塊在6、7點間加速度變化,減速過程加速度大小有a==2.0 m/s2, 但重物落地后,滑塊向前運動時除受摩擦力作用外,紙帶和限位孔之間也存在摩擦力作用,即μmg+F阻=ma,μ=,故利用μ=計算出的動摩擦因數(shù)比真實值偏大。 3.答案:(1)0.80　4.0　(2) (3)AC 解析:(1)由圖象知,在第1個0.1 s內,木塊的位移為0,在第二個0.1 s,木塊的位移x2=(42-40) cm=2 cm,經(jīng)第3個0.1 s,木塊的位移x3=(40-34) cm=6 cm,經(jīng)第4個0.1 s,木塊的位移x4=(34-24) cm=10 cm,0.3 s時木塊的速度v==0.8 m/s;由Δx=aT2解得a==4.0 m/s2。 (2)根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin θ-μmgcos θ=ma,解得μ=。 (3)A點與傳感器距離適當大些,可提高長度的測量精度,提高加速度的測量精度,從而提高動摩擦因數(shù)的測量精度,選項A正確;而木板的傾角過大,則運動時間過短,選項B錯誤;體積較小的實心木塊受到的空氣阻力較小,測量結果較準確,選項C正確;傳感器開始計時的時刻可從任意位置,選項D錯誤。 4.答案:(1)5.670　1.050　(2)①2.4?、?.58　0.60　在誤差允許的范圍內,m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒?、?.7 解析:(1)5.5 mm+17.00.01 mm=5.670 mm,注意讀可動刻度時要估計一位;游標卡尺讀數(shù),1 cm+100.05 mm=1.050 cm,游標卡尺不能估讀。 (2)由瞬時速度與平均速度的關系式v5==2.4 m/s,ΔEk=(m1+m2)=0.58 J,重物m1上升h5=60.00 cm=0.60 m,重物m2下降0.60 m,系統(tǒng)重力勢能的減小量ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.6 J。在誤差允許的范圍內,m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機械能守恒表達式(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,得gh,可知圖線的斜率k=g==4.85,解得g=9.7 m/s2。 5.答案:(1)C　B　(2)1.84　(3)C　(4) =gh　(5)消除了紙帶與打點計時器間的摩擦影響,提高了測量的精確度,從而減小了實驗誤差 解析:(1)要驗證機械能守恒定律,需要驗證mv2=mgh,則只需驗證v2=gh即可,故不需要測出重錘的質量,所以沒有必要進行的步驟是C。打點計時器只能使用交流電源,故操作不當?shù)牟襟E是B。 (2)由運動學公式可知,B點的速度為 vB= m/s =1.84 m/s。 (3)由關系式v2=gh可知,v2-h圖象應是過原點的傾斜直線,故選C。 (4)小鐵球通過光電門的時間很短,故可用小鐵球經(jīng)過光電門的平均速度近似求出小鐵球通過光電門的瞬時速度,即v=,代入v2=gh可得=gh。 6.答案:(1)間距相等　(2)釋放小車 (3)　F(hD-hA)　(4)外力所做的功等于物體動能的變化量 解析:(1)當打點計時器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點時,小車做勻速直線運動,受力平衡。 (2)在組裝好實驗裝置的基礎上,進行實驗時應先接通電源,再釋放小車。 (3)D點的瞬時速度等于CE段的平均速度,即vD=,故打下D點時的動能為EkD=;拉力對小車做的功為W=F(hD-hA)。 (4)因圖線是一條過原點的直線且直線的傾角為45,可得出方程式ΔEk=W,故可得結論:外力所做的功等于物體動能的變化量。