（天津?qū)Ｓ茫?020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題提升訓(xùn)練16 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）

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1、專題提升訓(xùn)練16　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1.研究性學(xué)習(xí)小組為研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?采用了如圖甲所示的裝置,其中m1=50 g、m2=150 g,開始時(shí)保持裝置靜止,然后釋放質(zhì)量為m2的物塊,該物塊可以帶動(dòng)質(zhì)量為m1的物塊拖著紙帶打出一系列的點(diǎn),只要對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,即可研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。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),每相鄰兩點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出,交變電流頻率為50 Hz。 甲 乙 (1)系統(tǒng)的加速度大小為a=　　　　 m/s2,在打點(diǎn)0~5的過程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk=　　　　 J。? (2)忽略一切阻力的情況下,某同學(xué)作出的v22-

2、h圖像如圖丙所示,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭= 　　　　 m/s2。? 丙 答案:(1)4.8　0.576　(2)9.6 解析:(1)由紙帶可以求出系統(tǒng)的加速度:x56-x45=aT2,而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1s,代入數(shù)據(jù)可解得加速度大小為a=4.8m/s2,在打計(jì)數(shù)點(diǎn)0~5的過程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量為ΔEk=12(m1+m2)v52,打計(jì)數(shù)點(diǎn)5的瞬時(shí)速度為v5=x462T=2.4m/s,則ΔEk=0.576J。 (2)由兩物塊組成的系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量等于動(dòng)能的增加量可得(m2-m1)gh=12(m1+m2)v2,整理得v22=(m2-m1)ghm1+m2=gh2,則圖像斜

3、率為k=g2,重力加速度為g=2k=9.6m/s2。 2.(2019·天津和平區(qū)二模)某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電門,滑塊上固定一遮光條,光電門可以記錄下遮光條通過光電門時(shí)所用的時(shí)間。滑塊上裝有拉力傳感器,可以讀出細(xì)線上的拉力大小。 (1)實(shí)驗(yàn)前用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度d,測(cè)量結(jié)果如圖乙所示,則d=　　　 mm。? (2)滑塊用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌右端的定滑輪與托盤(盤內(nèi)有砝碼)相連,將滑塊由圖甲所示位置釋放,若已知遮光條通過兩個(gè)光電門所用時(shí)間分別為Δt1、Δt2以及遮光條寬度為d,還測(cè)出兩光電門間距離l,則滑塊

4、的加速度可用上述物理量表示為a=　。? (3)利用該實(shí)驗(yàn)裝置還可以進(jìn)行牛頓第二定律的驗(yàn)證,關(guān)于牛頓第二定律的驗(yàn)證某同學(xué)提出如下觀點(diǎn),其中正確的是　　　　。? A.測(cè)量遮光條寬度時(shí)可以采取多次測(cè)量取平均值的方法消除系統(tǒng)誤差 B.實(shí)驗(yàn)中加速度已由②中獲得,只需讀取拉力傳感器的讀數(shù)F并測(cè)得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,即可驗(yàn)證牛頓第二定律 C.因?yàn)槔鞲衅骺梢灾苯幼x取拉力,所以不需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌右端定滑輪的高度,使?fàn)恳瑝K的細(xì)繩與導(dǎo)軌平行 D.因?yàn)槔鞲衅骺梢灾苯幼x取拉力,所以不需要托盤和砝碼的總質(zhì)量m'遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m 答案:(1)8.475(8.47

5、4~8.476) (2)12ldΔt22-dΔt12　(3)BD 解析:(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為8.0mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×47.5mm=0.475mm,所以最終讀數(shù)為8.0mm+0.475mm=8.475mm。 (2)根據(jù)遮光板通過光電門的速度可以用平均速度代替得 滑塊通過第一個(gè)光電門時(shí)的速度為v1=dΔt1 滑塊通過第二個(gè)光電門時(shí)的速度為v2=dΔt2 滑塊的加速度為a=v22-v122l=12ldΔt22-dΔt12。 (3)測(cè)量遮光條寬度時(shí)可以采取多次測(cè)量取平均值的方法減小偶然誤差,而系統(tǒng)誤差不能消除,故A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中加速度已由②中獲得,只需讀取拉力傳感器

6、的讀數(shù)F并測(cè)得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,即可驗(yàn)證牛頓第二定律,故B正確;拉力傳感器可以直接讀取拉力,但仍需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌右端定滑輪的高度,使?fàn)恳瑝K的細(xì)繩與導(dǎo)軌平行,故C錯(cuò)誤;因?yàn)槔鞲衅骺梢灾苯幼x取拉力,所以不需要托盤和砝碼的總質(zhì)量m'遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質(zhì)量m,故D正確。 3.(2019·天津武清區(qū)月考)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,現(xiàn)提供如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。 請(qǐng)思考探究思路并回答下列問題: 甲 乙 (1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取做法是　　　　。? A.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)

7、 B.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻加速運(yùn)動(dòng) C.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng) D.將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻加速運(yùn)動(dòng) (2)消除小車與水平木板之間摩擦力的影響后,可用鉤碼總重力代替小車所受的拉力,此時(shí)鉤碼質(zhì)量m與小車總質(zhì)量m'之間應(yīng)滿足的關(guān)系為　　　　　　　　　。? (3)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測(cè)量。在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線(如圖乙所示)。 ①分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是?　。? ②此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是　　　　

8、。? A.小車與軌道之間存在摩擦 B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D.所用小車的質(zhì)量太大 (4)某同學(xué)以小盤和盤內(nèi)砝碼的總重力作為細(xì)線對(duì)小車的拉力F,測(cè)出不同拉力F對(duì)應(yīng)的加速度a值,并把各數(shù)據(jù)標(biāo)在a-F坐標(biāo)系上,發(fā)現(xiàn)它們都在一條直線的附近,這條直線不過坐標(biāo)原點(diǎn),如圖丙所示,產(chǎn)生這種情況的原因是　　　　　　　　　,經(jīng)過調(diào)整后,該同學(xué)作出的a-F圖像如圖丁中的A所示,另一位同學(xué)使用同一套儀器作出的a-F圖像如圖丁中的B所示。則mA　　　　mB(填“>”“=”或“<”)。? 答案:(1)C　(2)m?m'　(3)①在誤差允許范圍內(nèi),質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與物體所

9、受的合外力成正比?、贑 (4)平衡摩擦力不夠或沒有平衡摩擦力　< 解析:(1)把長(zhǎng)木板的一端墊得過高,使得傾角偏大,會(huì)導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力偏大,摩擦力偏小,而且重力沿斜面向下的分力大于摩擦力,這樣在沒有繩子的拉力作用下,小車就會(huì)產(chǎn)生加速度,故選C。 (2)設(shè)小車加速度為a, 對(duì)小車F=m'a 對(duì)重物F-mg=ma 聯(lián)立解得a=mgm'+m=g1+m'm,所以重物的質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量m'。 (3)①對(duì)OA段分析可知,在誤差允許范圍內(nèi),質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與物體所受的合外力成正比; ②由(2)分析可知,圖像AB發(fā)生彎曲的原因是鉤碼的質(zhì)量不是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量;

10、(4)由圖像可知,圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),F不為零時(shí),加速度仍為零,故沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 根據(jù)牛頓第二定律F=ma,有a=Fm,所以在a-F圖像中斜率表示1m,故斜率大的質(zhì)量小,兩條圖像斜率不同,A圖線的斜率大,其研究對(duì)象的質(zhì)量必定小;B圖線斜率小,其研究對(duì)象的質(zhì)量必定大。而本題中的研究對(duì)象是小車及車上砝碼,所以B圖線表示的小車及車上砝碼總質(zhì)量較大,即mAm2,r1>r2

11、B.m1>m2,r1m2,r1=r2 D.m1

12、運(yùn)動(dòng)到地面的水平位移s、豎直下落高度h2。則所需驗(yàn)證的關(guān)系式為　　　　　　　　　。(不計(jì)空氣阻力,用題中的字母符號(hào)表示)? 答案:(1)C (2)m1lOP=m1lOM+m2lO'N (3)AC (4)s2=4h1h2(其他合理形式均可) 5.(2019·湖北黃岡質(zhì)檢)某同學(xué)在家中找到兩根一樣的輕彈簧P和Q、裝有水的總質(zhì)量m=1 kg的礦泉水瓶、刻度尺、量角器和細(xì)繩等器材,設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則,同時(shí)測(cè)出彈簧的勁度系數(shù)k。其操作如下: a.將彈簧P上端固定,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度l0=12.50 cm; b.將礦泉水瓶通過細(xì)繩連接在彈簧P

13、下端,待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度l1,如圖甲所示,則l1=　　　　 cm;? c.在細(xì)繩和彈簧Q的掛鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油,將細(xì)繩搭在掛鉤上,緩慢地拉起彈簧Q,使彈簧P偏離豎直方向的夾角為60°(彈簧P的長(zhǎng)度不變),測(cè)出彈簧Q的長(zhǎng)度為l2及其軸線與豎直方向夾角為θ,如圖乙所示。 (1)取重力加速度g=10 m/s2,則彈簧P的勁度系數(shù)k=　　　　　;? (2)若要驗(yàn)證力的平行四邊形定則,l2和θ需滿足的條件是l2=　　　　　 cm,θ=　　　　。? 答案:17.50　(1)200 N/m　(2)17.50　60° 解析:由題圖甲可讀出l1=17.50cm; (1)彈簧

14、P的勁度系數(shù) k=mgΔl=10(17.50-12.50)×10-2N/m=200N/m。 (2)由平衡條件可知 FTPcos60°+FTQcosθ=mg; FTPsin60°=FTQsinθ; 由題意可知FTP=mg; 聯(lián)立解得FTQ=mg,θ=60°, 則l2=l1=17.50cm。 6.(2019·廣東深圳調(diào)研)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置來測(cè)量物體間的動(dòng)摩擦因數(shù),實(shí)驗(yàn)步驟如下: 甲 乙 ①把“”形木塊放在光滑水平面上,木塊表面AB、BC粗糙程度相同; ②木塊右側(cè)與豎直墻壁之間連接著一個(gè)力傳感器(當(dāng)力傳感器受到水平壓力時(shí),其示數(shù)為正值;當(dāng)力傳感器受到

15、水平拉力時(shí),其示數(shù)為負(fù)值); ③一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從C點(diǎn)由靜止開始下滑,運(yùn)動(dòng)過程中,傳感器記錄到的力與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示(滑塊經(jīng)過B時(shí)的速率不變) 回答下列問題: (1)為了測(cè)出滑塊與“”形木塊的動(dòng)摩擦因數(shù),需要測(cè)量或已知哪些物理量　　　　　。? A.BC的長(zhǎng)度 B.斜面BC的傾角θ C.圖乙中F1的大小 D.圖乙中F2的大小 E.AB的長(zhǎng)度 (2)若已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)得到甲中所需物理量,滑塊與“”形木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=　　　　。? 答案:(1)BCD　(2)F2cosθsinθF1+F2cos2θ 解析:(1)設(shè)滑塊質(zhì)量為m,對(duì)“”形木塊受力分析,由平衡條件可知 F1=mgcosθ·sinθ-μmgcosθ·cosθ F2=μmg, 聯(lián)立兩式可得μ=F2cosθsinθF1+F2cos2θ,則為了測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù),要測(cè)量的物理量是斜面BC的傾角θ、題圖乙中F1、F2的大小,故選B、C、D。 (2)由(1)可知滑塊與“”形木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=F2cosθsinθF1+F2cos2θ。 - 6 -