（課標(biāo)版）高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)訓(xùn)練13 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新（含解析）-人教版高三全冊物理試題

專題限時(shí)訓(xùn)練13　力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 時(shí)間：45分鐘 1．某學(xué)習(xí)小組利用圖甲所示的裝置進(jìn)行“探究合力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，圖中大的定滑輪可繞水平軸轉(zhuǎn)動，繞過定滑輪的輕繩兩端分別系有鉤碼和彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)下端掛裝有細(xì)砂的小桶．實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下： ①用螺旋測微器測量A處金屬片的厚度d，其示數(shù)如圖乙所示． ②用手控制鉤碼不動，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F0. ③釋放鉤碼后，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F1，記下金屬片通過光電門的遮光時(shí)間t1. ④鉤碼下方再掛一個(gè)鉤碼，用手控制鉤碼，調(diào)整金屬片的位置仍在A處靜止不動，釋放鉤碼后，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F2，記下金屬片通過光電門的遮光時(shí)間t2. ⑤重復(fù)步驟④，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)． 請回答下列問題： (1)d＝2.612 mm. (2)不需要測量下列哪些物理量，也能完成本實(shí)驗(yàn)：ABC. A．金屬片與光電門間的高度差h B．鉤碼的總質(zhì)量M C．彈簧測力計(jì)、金屬片、砂和小桶的總質(zhì)量m (3)若用F表示鉤碼釋放后彈簧測力計(jì)的示數(shù)，則能正確反映“合力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的是D. 解析：(1)d＝2.5 mm＋0.01 mm×11.2＝2.612 mm. (2)用手控制鉤碼不動，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F0＝mg；釋放鉤碼后，F(xiàn)－mg＝ma，v2＝2ah，v＝，解得F－F0＝·，即只要驗(yàn)證(F－F0)與成正比即可，不需要測量h、M、m. (3)(F－F0)與成正比，只有選項(xiàng)D正確． 2．用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律． 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材．接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動，重復(fù)幾次． b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F……所示． c．通過測量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示． 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有A和C(填選項(xiàng)前的字母)． A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖3中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出v­t圖象． 答案：如圖所示 (3)觀察v­t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動，其依據(jù)是小車的速度隨時(shí)間均勻變化，v­t圖象斜率的物理意義是加速度． (4)描繪v­t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動．用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對Δt的要求是越小越好(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)． (5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運(yùn)動的速度應(yīng)該是均勻變化的．當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想．請你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的． 答案：如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x∝t2.因此，只要測量小球通過不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化． 解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源，故選A；打相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔是已知的，故不需要秒表；計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離需要用刻度尺測量，故選C；由于不需要知道小車和重物的質(zhì)量，故不需要天平(含砝碼)． (2)先標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，連線時(shí)要讓盡量多的點(diǎn)在一條直線上． (3)依據(jù)v­t圖象是直線(斜率一定)，即小車的速度隨時(shí)間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運(yùn)動；v­t圖象斜率的物理意義是加速度． (4)表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于零時(shí)，才表示瞬時(shí)速度．因此若用表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，對Δt的要求是越小越好；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx越大，Δx的測量誤差就越小，算出的速度的誤差就越小，因此從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)． (5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x＝t，故推出x∝t2.因此，只要測量小球通過不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化． 3．(2019·全國卷Ⅱ) 如圖(a)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)．所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等．回答下列問題： (1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)． (2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電源，開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下．多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示．圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)．重力加速度為9.80 m/s2.可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.35(結(jié)果保留2位小數(shù))． 解析：(1)對鐵塊受力分析，由牛頓第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝.(2)兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝5× s＝0.10 s，由逐差法和Δx＝aT2，可得a＝1.97 m/s2，代入μ＝，解得μ＝0.35. 4．圖中圓盤可繞過中心垂直于盤面的水平軸轉(zhuǎn)動．圓盤加速轉(zhuǎn)動時(shí)，角速度的增加量Δω與對應(yīng)時(shí)間Δt的比值定義為角加速度，用β表示，β＝，我們用測量直線運(yùn)動加速度的實(shí)驗(yàn)裝置來完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下．其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電的頻率為50 Hz，圖中A、B、C、D……為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出． ①如圖甲所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面上，將紙帶的一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，然后固定在圓盤的側(cè)面，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上； ②接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)，啟動控制裝置使圓盤勻加速轉(zhuǎn)動； ③斷開電源，經(jīng)過一段時(shí)間，停止轉(zhuǎn)動圓盤和打點(diǎn)，取下紙帶，進(jìn)行測量． (1)用20分度的游標(biāo)卡尺測得圓盤的直徑如圖乙所示，圓盤的半徑為60.00_mm mm. (2)由圖丙可知，打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D時(shí)，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為6.5 rad/s(保留兩位有效數(shù)字)． (3)圓盤轉(zhuǎn)動的角加速度為10.0(9.8～10都算正確) rad/s2. 解析：(1)游標(biāo)卡尺主尺部分讀數(shù)為120 mm，小數(shù)部分為零，由于精確度為0.05 mm，故需讀到0.01 mm處，故讀數(shù)為120.00 mm，半徑為6.000 cm(60.00 mm)． (2)由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大?。畍D＝＝ m/s＝0.389 m/s，故ω＝＝ rad/s＝6.5 rad/s. (3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得a＝＝ m/s2＝0.600 m/s2，由于β＝，ω＝，故角加速度為β＝·＝＝ rad/s2＝10.0 rad/s2. 5．為了測定滑塊M與長木板間的動摩擦因數(shù)，某同學(xué)將長木板的一端通過轉(zhuǎn)軸固定在水平面上，另一端用墊塊墊起形成一個(gè)傾角θ，在長木板的另一端固定一個(gè)定滑輪，在墊塊上安裝一個(gè)光電門，在重物m上固定一個(gè)窄擋光條，通過一條輕質(zhì)細(xì)線將重物和滑塊連接起來并繞過定滑輪，如圖所示．現(xiàn)讓重物從某標(biāo)記位置處由靜止釋放，它牽引滑塊運(yùn)動，若測得標(biāo)記處與光電門間的距離為h，寬度為d的擋光條通過光電門的時(shí)間為t，且M＝m，則滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為μ＝－.實(shí)驗(yàn)過程中h越大，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果越精確(選填“越精確”“越不精確”或“都一樣”)；在保持h不變的情況下，調(diào)節(jié)墊塊使傾角θ越大，則實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果越不精確(選填“越精確”“越不精確”或“都一樣”)． 解析：根據(jù)題意知擋光條通過光電門的速度為v＝，重物下降h的過程中mgh－Mghsinθ－μMghcosθ＝(m＋M)v2，聯(lián)立解得μ＝－.實(shí)驗(yàn)過程中h越大，擋光條過光電門的時(shí)間越短，速度測量越準(zhǔn)確，誤差越??；傾角θ越大，滑動運(yùn)動的加速度越小，擋光條經(jīng)過光電門的時(shí)間越長，速度測量越不準(zhǔn)確，誤差越大．