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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題五 高考物理實(shí)驗(yàn) 第11講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)提升訓(xùn)練 1.(xx鹽城市高三模擬)(1)小明同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室去做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)看見實(shí)驗(yàn)桌上有一把20分度的游標(biāo)卡尺，他立即用游標(biāo)卡尺測量了鋼筆套的長度，如圖1所示，則鋼筆套的長度為________mm。 圖1 (2)隨后小明開始做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，在水平放置的木板上墊上一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套，如圖2甲所示。先用兩個(gè)彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套，互成角度拉橡皮條使之伸長，結(jié)點(diǎn)到某一位置O，此時(shí)記下兩個(gè)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F1和F2和兩細(xì)繩的方向。請(qǐng)完成下列問題： ①F1的讀數(shù)如圖乙所示(只畫出了彈簧測力計(jì)的一部分)，則F1＝________N。 圖2 ②小明再用一個(gè)彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條位長，應(yīng)該使結(jié)點(diǎn)拉到________，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，并記下________。 ③在本實(shí)驗(yàn)中，若保持F1和F2的大小不變，則關(guān)于這兩個(gè)力的合力的說法中正確的是(　　) A.合力F的大小隨F1與F2夾角的增大而增大 B.F1和F2的夾角在0到180之間時(shí)，夾角越小，合力F越大 C.F1或F2的大小總是小于合力F的大小 D.合力F的大小不一定大于F1或F2的大小 解析　(1)由題圖甲，游標(biāo)尺上的第11條刻線與主尺上21 mm刻線對(duì)齊，且游標(biāo)尺為20分度，故鋼筆套的長度為10 mm＋0.511 mm＝10.55 mm。(2)①彈簧測力計(jì)的最小格為0.1 N，需向下一位估讀，讀數(shù)為1.23 N。②合力與兩個(gè)分力的作用效果相同，故兩次將橡皮條應(yīng)拉至同一位置O；力是矢量，應(yīng)同時(shí)記錄力的大小和方向。③F1與F2大小不變時(shí)，兩力的夾角越小，合力越大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；合力與分力是等效替代的關(guān)系，但合力不一定大，分力也不一定小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。 答案　(1)10.55　(2)①1.22～1.24?、谕晃恢肙　細(xì)繩的方向　③BD 2.(xx浙江理綜，21)甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。 圖3 (1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗(yàn)器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材________；乙同學(xué)需在圖中選用的器材________。(用字母表示) 圖4 (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________。 解析　(1)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”一般采用重錘自由落體運(yùn)動(dòng)，使用紙帶法測速度，所以要用到重錘和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，即A、B；“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)一般以小車為研究對(duì)象，需改變小車質(zhì)量，要用到紙帶法測加速度，所以需要電火花計(jì)時(shí)器、小車、鉤碼，即B、D、E。 (2)紙帶①相鄰相等時(shí)間位移之差Δx1＝0.1 cm，而②紙帶的Δx2＝0.05 cm，由a＝可知①紙帶加速度大，且可算得a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2。 答案　(1)AB　BDE　(2)①　(2.50.2) m/s2 3.(xx金麗衢十二校高三聯(lián)考)用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 圖5 (1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟： A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件； B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上； C.用天平測出重錘的質(zhì)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(diǎn)間的距離； F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能。 其中沒有必要進(jìn)行的步驟是________，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________。 (2)利用這個(gè)裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)之間的距離如圖6所示。使用電流的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a＝________。(用s1、s2、s3、s4及f表示) (3)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測阻力的大小。若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。還需要測量的物理量是________，試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號(hào)表示重錘和紙帶在下落的過程中AE段受到的平均阻力大小F＝________。 圖6 解析　(1)步驟C不必要，重錘的質(zhì)量不需要測量，因?yàn)榈仁絤gh＝mv2兩邊把質(zhì)量約掉了；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯(cuò)誤的。 (2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以采用逐差法求加速度，有：s4－s2＝2at2，s3－s1＝2at2 由以上兩式得a＝； (3)由牛頓第二定律mg－F＝ma可知，要測阻力的大小，還要測重錘的質(zhì)量m，將加速度表達(dá)式代入，即得F＝m[g－]。 答案　(1)C　B　(2) (3)重錘的質(zhì)量m　m[g－] 4.在“探究物體運(yùn)動(dòng)加速度與外力關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中， (1)某些同學(xué)不能得到當(dāng)小車的質(zhì)量一定時(shí)加速度a與作用力F成正比的正確圖線，而是得出下列圖線，請(qǐng)分別說出得到圖中A、B、C三種圖的原因。 得到A圖的原因是___________________________________________________________； 得到B圖的原因是___________________________________________________________； 得到C圖的原因是___________________________________________________________。 (2)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將實(shí)驗(yàn)器材組裝如圖7所示，請(qǐng)你指出該裝置中的錯(cuò)誤或不妥之處(只需指出二處錯(cuò)誤或不妥之處)__________________________________ ___________________________________________________________________________。 圖7 (3)如圖8為某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，A、B、C、D是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s＝________ cm；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是vC＝________ m/s；加速度是a＝________m/s2(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 圖8 解析　(1)A圖與縱軸有交點(diǎn)，說明沒有拉力時(shí)就產(chǎn)生了加速度，即平衡摩擦力時(shí)木板抬起角度偏大；B圖與橫軸有交點(diǎn)，說明拉力小時(shí)沒有加速度，拉力增大到一定值時(shí)才有加速度，說明平衡摩擦力時(shí)木板抬起角度偏?。籆圖雖過原點(diǎn)但力F大時(shí)發(fā)生彎曲，不滿足正比關(guān)系，即懸掛砂和砂桶的質(zhì)量偏大，不滿足m?M，不能忽略砂和砂桶的質(zhì)量；(2)實(shí)驗(yàn)電源應(yīng)該是4～6 V交流電；小車應(yīng)停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近；應(yīng)該抬起木板右端用來平衡摩擦力；(3)由圖象可讀出AB之間的距離s＝0.70 cm；由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s，而C點(diǎn)的速度vC＝＝0.1 m/s；根據(jù)加速度一定時(shí)物體在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差為一恒量，即aT2＝xCD－xBC，得a＝0.20 m/s2。 答案　(1)平衡摩擦力時(shí)木板抬起角度偏大 平衡摩擦力時(shí)木板抬起角度偏小 懸掛砂和砂桶的質(zhì)量偏大，不滿足m?M (2)電源應(yīng)該是4～6 V交流電；小車應(yīng)該?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近；沒有抬起木板右端用來平衡摩擦力。 (3)0.70　0.10　0.20 5.為了探究在橡皮條彈力作用下小車的運(yùn)動(dòng)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖9甲所示的實(shí)驗(yàn)，由靜止釋放小車，小車在處于伸長狀態(tài)的橡皮條彈力的作用下向左運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖乙所示。0計(jì)數(shù)點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)在測出計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3、4到起點(diǎn)0的距離x1、x2、x3后，將紙帶由圖示位置剪斷，將每段紙帶的下端對(duì)齊，依次并排粘貼在直角坐標(biāo)系中，連接各段紙帶上端的中點(diǎn)畫光滑曲線如圖10所示。對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究可知： 圖9 (1)在有橡皮條彈力作用時(shí)，小車做加速度________的運(yùn)動(dòng)。 圖10 A.不斷減小 B.不斷增大 C.先增大后減小 D.先減小后增大 (2)小車的最大速度出現(xiàn)在計(jì)數(shù)點(diǎn)________、________之間，設(shè)打點(diǎn)周期為T，則由紙帶測量數(shù)據(jù)可估算小車的最大速度vm＝________，該估算值________(選填“等于”、“大于”或“小于”)小車最大速度的真實(shí)值。 解析　(1)依題意，圖10可看作v－t圖象，由圖中曲線可知，小車速度達(dá)到最大后做減速運(yùn)動(dòng)，說明小車與桌面間有摩擦力，因此小車的加速度a＝。在橡皮條彈力F的作用下，小車向左運(yùn)動(dòng)，橡皮條伸長量減小，彈力減小，當(dāng)彈力F減小到等于摩擦力Ff時(shí)，加速度為零，此時(shí)橡皮條仍然處于伸長狀態(tài)，之后由于彈力小于摩擦力小車做減速運(yùn)動(dòng)，在彈力為零后小車只受摩擦力而做勻減速運(yùn)動(dòng)，圖線為直線。故在橡皮條彈力作用下，小車先加速后減速，加速度先減小后反向增大，D選項(xiàng)正確。 (2)在相同時(shí)間T內(nèi)，速度越大，位移越大，因此小車的最大速度出現(xiàn)在位移大的一段，即計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3之間。最大速度接近并大于計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3之間的平均速度，可以用vm＝來估算。 答案　(1)D　(2)2　3　　小于 6.(xx新課標(biāo)全國卷Ⅱ，22)某同學(xué)用圖11(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置測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。 圖11 (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 解析　根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知， 加速度a＝＝3.25 m/s； 打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度vC＝≈1.79 m/s (2)由牛頓第二定律得加速度a＝gsin θ－μgcos θ，所以要求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是斜面的傾角。 答案　(1)3.25　1.79　(2)C 7.某同學(xué)用如圖12甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”。 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學(xué)是這樣操作的：如圖乙，將小車靜止地放在水平長木板上，并連著已穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，調(diào)整木板右端的高度，接通電源，用手輕撥小車，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列______________________的點(diǎn)，說明小車在做__________________運(yùn)動(dòng)。 圖12 (2)如果該同學(xué)先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力為F，在小車質(zhì)量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質(zhì)量最終達(dá)到M，測小車加速度a，作a－F的圖象。下列圖線正確的是________。 (3)設(shè)紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s1和s2。如圖13為用米尺測量某一紙帶上的s1、s2的情況，從圖中可讀出s1＝3.10 cm，s2＝________cm，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。 圖13 解析　(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列均勻分布的點(diǎn)跡時(shí)，說明小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)設(shè)砂和砂桶的總質(zhì)量為m，繩的拉力為FT，由牛頓第二定律對(duì)小車得FT＝Ma，對(duì)砂和砂桶得mg－FT＝ma，當(dāng)m較大時(shí)，F(xiàn)T＜mg，則a＝＜，故C項(xiàng)正確。 (3)s2＝9.60 cm－4.10 cm＝5.50 cm a＝＝m/s2＝2.40 m/s2 答案　(1)點(diǎn)跡均勻　勻速　(2)C　(3)5.50　2.40