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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(shí)驗(yàn) 第12講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)素能特訓(xùn) 1.小明同學(xué)看了“神舟十號(hào)”宇航員王亞平在太空授課時(shí)，利用牛頓第二定律測(cè)量指令長(zhǎng)聶海勝的質(zhì)量后深受啟發(fā)，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量手機(jī)電池的質(zhì)量，為使滑塊平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，小明把兩塊質(zhì)量相等的手機(jī)電池用質(zhì)量不計(jì)的細(xì)棉線固定在滑塊的兩側(cè)。接通氣源，當(dāng)空氣從導(dǎo)軌兩側(cè)穩(wěn)定噴出時(shí)，發(fā)現(xiàn)滑塊與氣墊導(dǎo)軌沒(méi)有直接接觸，裝置能正常使用。調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，把細(xì)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(cè)微器測(cè)得遮光條的寬度L＝________mm。 (2)將附帶手機(jī)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(guò)兩個(gè)光電門，配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光條通過(guò)第一個(gè)光電門的時(shí)間為Δt1＝7.210－3 s，通過(guò)第二個(gè)光電門的時(shí)間為Δt2＝2.310－3 s，遮光條從開(kāi)始遮住第一個(gè)光電門到開(kāi)始遮住第二個(gè)光電門的時(shí)間為Δt＝0.592 s，則手機(jī)電池經(jīng)過(guò)光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度v1＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)，經(jīng)過(guò)光電門2時(shí)的瞬時(shí)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(jī)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(jī)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(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系”，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了如圖所示甲、乙兩套裝置，圖中A為小車，B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C為彈簧測(cè)力計(jì)，P為小桶(內(nèi)有沙子)，一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)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(rèn)為：①甲圖中彈簧秤的示數(shù)即為小車受到的拉力大??；②乙圖中彈簧秤示數(shù)的二倍為小車受到的拉力大小。請(qǐng)判斷兩種分析是否正確，若不正確，請(qǐng)指明并簡(jiǎn)要說(shuō)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(shí)驗(yàn)，除圖中實(shí)驗(yàn)儀器和低壓交流電源(含導(dǎo)線)外，還必需的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器是__________________、________________。 (3)該實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小車受到的阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，在長(zhǎng)木板保持水平的情況下，請(qǐng)你利用該裝置測(cè)出小車受到的阻力，其方法是_________________________________________________________。 (4)在上述實(shí)驗(yàn)操作中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動(dòng)時(shí)與紙帶上E點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vE＝________m/s。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)①的說(shuō)法是正確的?、诘恼f(shuō)法不正確，因?yàn)楫?dāng)小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)滑輪的質(zhì)量m，設(shè)彈簧秤的拉力為F，小車對(duì)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(shí)驗(yàn)要計(jì)算出小車的動(dòng)能，要測(cè)量小車的質(zhì)量，所以需要天平；要測(cè)量紙帶計(jì)時(shí)點(diǎn)之間的長(zhǎng)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(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小。 (4)E點(diǎn)的速度等于DF段的平均速度 vE＝＝ m/s＝1.39 m/s。 3．[xx黃岡測(cè)試]甲、乙兩個(gè)物理實(shí)驗(yàn)小組分別探究“彈力和彈簧伸長(zhǎng)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(duì)齊，讀出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)缚潭瘸叩目潭戎?，然后在彈簧下端鉤上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，依次讀出指針?biāo)缚潭瘸叩目潭戎担x數(shù)據(jù)列表如下：(彈簧始終未超過(guò)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(shí)驗(yàn)中掛30 g鉤碼時(shí)刻度尺的讀數(shù)如圖，請(qǐng)你將這個(gè)測(cè)量值填入記錄表中。 ②該小組根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖(b)中的坐標(biāo)紙建立xm坐標(biāo)系，并描出5組測(cè)量數(shù)據(jù)，請(qǐng)你將第2組數(shù)據(jù)描在坐標(biāo)紙上，并畫出xm的關(guān)系圖線。 ③作出的圖線與坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)，他們將彈簧左端與刻度尺的零刻度對(duì)齊，讀出不掛鉤碼時(shí)彈簧右端指針?biāo)缚潭瘸叩目潭戎?，然后通過(guò)定滑輪在彈簧右端的細(xì)繩上鉤上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，依次讀出指針?biāo)缚潭瘸叩目潭戎?。之后他們?jīng)歷了與甲組同樣的實(shí)驗(yàn)步驟，最后甲、乙兩組將測(cè)出的勁度系數(shù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)乙組的測(cè)量結(jié)果總比甲組的測(cè)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(zhǎng)　25.4 (2)滑輪與軸及滑輪與細(xì)繩之間有摩擦　系統(tǒng)誤差 解析　(1)①刻度尺上準(zhǔn)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(méi)有“⊕”點(diǎn)，在答案上畫出)； ③還沒(méi)有掛重物時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度也就是彈簧的原長(zhǎng)。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(xì)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(shí)驗(yàn)裝置來(lái)做系列實(shí)驗(yàn)。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(shuō)法正確的是________。 A．用該裝置可以測(cè)定當(dāng)?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(duì)象時(shí)，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(yàn)證機(jī)械能守恒定律，但必須滿足m?M D．可以用該裝置探究動(dòng)能定理，以鉤碼和小車整體為研究對(duì)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(shí)，由于改變小車和砝碼的總質(zhì)量M時(shí)，小車所受的阻力也會(huì)變化，本實(shí)驗(yàn)改變M時(shí)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(shí)驗(yàn)得到的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是按打點(diǎn)順序依次選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為0.1 s，則小車的加速度大小約為_(kāi)_______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(méi)辦法做自由落體，因此沒(méi)辦法測(cè)當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。在探究牛頓第二定律中，對(duì)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(dāng)M?m時(shí)，繩上的拉力才近似等于鉤碼的重力，因此B選項(xiàng)是正確的。如果小車與木板間沒(méi)摩擦力，可以用該裝置來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)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(jī)械能不守恒，所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤。該裝置可以探究動(dòng)能定理，如果以小車為研究對(duì)象，必須滿足m?M，而以鉤碼和小車整體為研究對(duì)象，不必滿足m?M，D選項(xiàng)正確。 (2)平衡摩擦力時(shí)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(cè)定鋼球下落時(shí)受到的阻力的實(shí)驗(yàn)裝置。直徑為d、質(zhì)量為m的鋼球自由下落的過(guò)程中，先后通過(guò)光電門A、B，計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球通過(guò)A、B的時(shí)間分別為tA、tB。用鋼球通過(guò)光電門的平均速度表示鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度。測(cè)出兩光電門間的距離為h，當(dāng)?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(guò)光電門的平均速度表示鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度”，但從嚴(yán)格意義上講是不準(zhǔn)確的，實(shí)際上鋼球通過(guò)光電門的平均速度________(選填“>”或“<”)鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度。 答案　(1)　mg－　(2)< 解析　(1)過(guò)光電門A點(diǎn)的速度vA＝，過(guò)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(yùn)動(dòng)的物體，平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而位移中點(diǎn)的速度大于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度就是小球過(guò)光電門的位移中點(diǎn)的速度，所以應(yīng)填小于號(hào)。 6．[xx大連模擬]某興趣小組要測(cè)量木塊與較粗糙木板之間的動(dòng)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(guò)時(shí)速度大小不變。 (1)使木塊從相對(duì)水平木板高h(yuǎn)處由靜止滑下，并在水平板上滑行一段距離x后停止運(yùn)動(dòng)，改變h大小，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，若忽略木塊與傾斜板間的摩擦，以x為橫坐標(biāo)、h為縱坐標(biāo)，從理論上得到的圖象應(yīng)為_(kāi)____________________________________________； (2)如果考慮木塊與傾斜板之間的摩擦，在改變h時(shí)，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(kāi)始下滑的位置在同一條豎直線上，且測(cè)出該豎直線與兩板連接處的水平距離為L(zhǎng)，如圖甲所示。將每次實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)線與兩坐標(biāo)軸的交點(diǎn)坐標(biāo)分別為(－a,0)和(0，b)，則木塊與傾斜板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＝________，木塊與水平板間的動(dòng)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜向上直線(或正比例函數(shù))　(2)　 解析　(1)對(duì)全程運(yùn)用動(dòng)能定理，有：mgh－μmgx＝0， 得到：h＝μx；故xh圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜向上直線(或正比例函數(shù))； (2)對(duì)全程運(yùn)用動(dòng)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(zhǎng)線與兩坐標(biāo)軸的交點(diǎn)坐標(biāo)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(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊A的速度—時(shí)間(vt)圖象。整個(gè)裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、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(shí)的加速度a＝________m/s2，摩擦力對(duì)滑塊A運(yùn)動(dòng)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(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)改變________可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系：通過(guò)_____________可驗(yàn)證力一定時(shí)，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(diǎn)的加速度，即上滑時(shí)加速度大小為a1＝ m/s2＝6.0 m/s2，下滑時(shí)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(dòng)摩擦力可忽略不計(jì)；(2)驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，需要控制變量：即滑塊質(zhì)量一定時(shí)，改變外力，即滑塊沿斜面方向的分力Gx＝mgsinθ＝mg，導(dǎo)軌長(zhǎng)度 不變，故只能通過(guò)改變斜面高度h來(lái)完成；在驗(yàn)證力一定時(shí)，即需要mg一定，改變質(zhì)量m時(shí)需要保持mh乘積不變，來(lái)驗(yàn)證加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 8．[xx課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ]某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過(guò)程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標(biāo)出了五個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的距離。 (1)物塊下滑時(shí)的加速度a＝________m/s2，打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度v＝________m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測(cè)量的物理量是________(填正確答案標(biāo)號(hào))。 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(yùn)動(dòng)規(guī)律知打C點(diǎn)時(shí)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(jiàn)除g、a外，還需要知道斜面的傾角，所以選項(xiàng)C正確。