2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二部分 熱點(diǎn)訓(xùn)練九 力學(xué)實(shí)驗(yàn).doc

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熱點(diǎn)九　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 力學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)量速度和加速度，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與小車(物塊)連接在一起的紙帶上打出的點(diǎn)跡，可以得到位移、速度、加速度、時(shí)間等物理量，小小紙帶連接高考重點(diǎn)考查的五個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)；研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，探究動(dòng)能定理，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，真可謂“小紙帶、大內(nèi)涵”。 考向一　游標(biāo)卡尺與螺旋測(cè)微器的讀取 　(2018南陽第三次月考)用螺旋測(cè)微器測(cè)圓柱體的直徑時(shí)，示數(shù)如圖1甲所示，此示數(shù)為________mm，用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量某物體的厚度時(shí)，示數(shù)如圖乙所示，此示數(shù)為________mm。 圖1 [解析]　螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)6 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.1 mm12.5＝0.125 mm，所以最終讀數(shù)為6 mm＋0.125 mm＝6.125 mm；游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為6.3 cm，游標(biāo)尺上第12個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，因此游標(biāo)讀數(shù)為0.05 mm12＝0.60 mm＝0.060 cm，所以最終讀數(shù)為6.3 cm＋0.060 cm＝6.360 cm＝63.60 mm。 [答案]　6.125　63.60 考向二　以紙帶為中心的實(shí)驗(yàn) 　“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz，試回答下列問題。 　 圖2 (1)實(shí)驗(yàn)中在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。A、B、C、D、E、F、G這些點(diǎn)的間距如圖中標(biāo)出，其中每相鄰兩點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出。根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算：打C點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為______ m/s；小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為______m/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) (2)平衡好摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上。掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤中，測(cè)量小車的加速度。根據(jù)小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a－F圖線如圖丙所示，此圖線不能過原點(diǎn)的主要原因是_______________________________________________。 (3)在某次利用上述已調(diào)整好的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持砝碼盤中砝碼個(gè)數(shù)不變，小車自身的質(zhì)量保持不變(已知小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤和盤中砝碼的質(zhì)量)，在小車上加一個(gè)砝碼，并測(cè)出此時(shí)小車的加速度a，調(diào)整小車上的砝碼，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到多組數(shù)據(jù)，以小車上砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，相應(yīng)加速度的倒數(shù)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出如圖丁所示的－m關(guān)系圖線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了牛頓第二定律。如果圖中縱軸上的截距為b，圖線的斜率為k，則小車受到的拉力大小為______，小車的質(zhì)量為______。 [解析]　(1)紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T＝0.10 s，s1＝9.50 cm、s2＝11.00 cm、s3＝12.55 cm、s4＝14.00 cm、s5＝15.50 cm、s6＝17.05 cm，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，物體在某段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，可知打C點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為vC＝代入數(shù)值得vC＝1.18 m/s，小車的加速度大小為a＝，代入數(shù)值得a＝1.50 m/s2。 (2)平衡摩擦力后，F(xiàn)＝0時(shí)就產(chǎn)生了加速度，說明未計(jì)入砝碼盤的重力。 (3)當(dāng)小車上無砝碼時(shí)，小車加速度為a0＝，設(shè)小車的質(zhì)量為M，則小車受到的拉力為F＝Ma0＝；圖丁中圖線的函數(shù)關(guān)系式滿足＝km＋b，根據(jù)牛頓第二定律得F＝(m＋M)a，可解得M＝，F(xiàn)＝。 [答案]　(1)1.18　1.50　(2)未計(jì)入砝碼盤的重力 (3)　 考向三　力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 　某同學(xué)用如圖3甲所示裝置測(cè)小滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)過程如下：一輕質(zhì)彈簧放置在粗糙水平固定桌面MN上，彈簧左端固定，彈簧處于原長時(shí)，右端恰好在桌面邊緣處，現(xiàn)用一個(gè)小滑塊壓縮彈簧并用銷扣鎖住。已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，彈簧的勁度系數(shù)為k。 　 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟： ①用天平測(cè)量出小滑塊的質(zhì)量m，查出勁度系數(shù)為k的彈簧的形變量為x時(shí)的彈性勢(shì)能的大小為Ep＝kx2。 ②測(cè)量桌面到地面的高度h和小滑塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s。 ③測(cè)量彈簧壓縮量x后解開鎖扣。 ④計(jì)算小滑塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。 Ⅰ.上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號(hào))。 Ⅱ.上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得小滑塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)的大小為________。 (2)再通過更換材料完全相同、但大小和質(zhì)量不同的滑塊重復(fù)操作，得出一系列滑塊質(zhì)量m與它拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s。根據(jù)這些數(shù)值，作出s2－圖像，如圖乙所示，由圖像可知，滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝__________；每次彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能大小是__________。(用b，a，x，h，g表示) [解析]　(1)由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律：s＝vt，h＝gt2，解得v＝s。設(shè)彈簧被壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能為Ep，由能量守恒得Ep＝μmgx＋mv2，而Ep＝kx2，聯(lián)立解得μ＝－。 (2)由(1)易得Ep＝μmgx＋，對(duì)照題給s2－圖像，變形得s2＝－4μhx。由s2－圖像可知，圖線斜率＝，圖線在縱軸上的截距b＝4μhx，聯(lián)立解得滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝；彈性勢(shì)能大小為Ep＝。 [答案]　(1)Ⅰ.①③②④　Ⅱ.－　(2)　 1．某同學(xué)想探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)k，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下： ①將待測(cè)彈簧的一端固定在鐵架臺(tái)上，然后將毫米刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好指在刻度尺上。 ②彈簧自然下垂時(shí)，指針的指示值記為L0； ③彈簧下端掛一個(gè)鉤碼時(shí)，指針的指示值記為L1；彈簧下端掛兩個(gè)鉤碼時(shí)，指針的指示值記為L2，同理可得L3、L4和L5。(已知每個(gè)鉤碼的質(zhì)量均為m，重力加速度為g) (1)某時(shí)刻指針指在刻度尺上的位置如圖4甲所示，放大如圖乙所示，則讀數(shù)為________m。 圖4 (2)為充分利用測(cè)量數(shù)據(jù)，該同學(xué)用逐差法求得該彈簧勁度系數(shù)的表達(dá)式k＝________。(用題中給出的物理量符號(hào)表示) (3)考慮到彈簧自身重力的影響，k測(cè)________k真。(選填“＞”、“＝”或“＜”) 解析　本題考查探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，需要考生能夠利用逐差法求解彈簧勁度系數(shù)。(2)根據(jù)題意可得k(L3－L0)＝3mg，k(L4－L1)＝3mg，k(L5－L2)＝3mg，聯(lián)立三個(gè)式子可得k＝。(3)由于彈簧彈力正比于形變量，而且是在彈簧自然下垂時(shí)記錄的指針指示值L0，已經(jīng)考慮了彈簧自身重力的影響，故對(duì)彈簧勁度系數(shù)的測(cè)量沒有造成誤差，即k測(cè)＝k真。 答案　(1)0.278 6　(2)　(3)＝ 2．(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑，示數(shù)如圖甲所示，則鋼球直徑為________mm。 (2)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過程中的不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖乙所示。在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。 若已得到打點(diǎn)紙帶如圖丙所示，并將測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間距離標(biāo)在圖上，A點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選________段來計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選________段來計(jì)算A和B碰后的共同速度。(以上兩格均填“AB”“BC”“CD”或“DE”) 圖5 已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1＝0.40 kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20 kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰后mAv＋mBv＝________kgm/s(保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)分為主尺加游標(biāo)尺讀數(shù)，主尺讀數(shù)為10 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為20.05 mm＝0.10 mm，即鋼球直徑為10.10 mm。 (2)小車碰撞前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則圖丙的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間應(yīng)是等距離的，所以應(yīng)該在BC段確定小車A的碰前速度；碰撞后小車A、B共同做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)該在DE階段求共同速度。碰后的總動(dòng)量p＝(mA＋mB)v＝0.6 kgm/s＝0.417 kgm/s。 答案　(1)10.10　(2)BC　DE　0.417 3．用如圖6甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)接通電源，質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放，質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，圖乙是實(shí)驗(yàn)上打出的一條紙帶，A是打下的第1個(gè)點(diǎn)，量出計(jì)數(shù)點(diǎn)E、F、G到A點(diǎn)距離分別為d1、d2、d3，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的計(jì)時(shí)間隔為T，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(以下所求物理量均用已知符號(hào)表達(dá)) 圖6 (1)在打點(diǎn)A～F的過程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝________，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝________，比較ΔEk、ΔEp大小即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)速度，并作出－d圖像如圖丙所示，若圖線的斜率k＝__________，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 解析　(1)F點(diǎn)的速度vF＝，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝(m1＋m2)v＝；系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝(m2－m1)gd2。 (2)根據(jù)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gd，可得v2＝gd，所以若斜率k＝g，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 答案　(1)　(m2－m1)gd2　(2)g 4．某實(shí)驗(yàn)小組用如圖7所示的裝置測(cè)量木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，提供的器材有：帶定滑輪的長木板、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(打點(diǎn)頻率為50 Hz)、交流電源、木塊、紙帶、米尺、8個(gè)質(zhì)量均為20 g的鉤碼以及細(xì)線等，實(shí)驗(yàn)操作過程如下： 圖7 A．長木板置于水平桌面上，帶定滑輪的一端伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上并與電源連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與木塊相連，細(xì)線一端與木塊相連，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼，其余鉤碼都疊放在木塊上； B．使木塊靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源，釋放木塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，記下懸掛鉤碼的個(gè)數(shù)n： C．將木塊上的鉤碼逐個(gè)移到懸掛鉤碼端，更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作B； D．測(cè)出每條紙帶對(duì)應(yīng)木塊運(yùn)動(dòng)的加速度a，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示. n 4 5 6 7 8 a(m/s2) 0.50 1.30 2.20 3.00 3.90 (1)如圖8是某同學(xué)打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出。從紙帶上測(cè)出x1＝3.20 cm，x2＝4.52 cm，x5＝8.42 cm，x6＝9.70 cm，則木塊加速度大小a＝__________m/s2，(保留兩位有效數(shù)字) 圖8 (2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖9中作出a－n圖像； 圖9 由圖線得到μ＝________(取g＝10 m/s2)，還可求的物理量是________(只需填寫物理量名稱)。 解析　(1)根據(jù)Δx＝aT2有a＝＝ m/s2＝1.3 m/s2。 (2)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作出圖像可知：對(duì)木塊與鉤碼組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得nmg－μ[(8－n)m＋M]g＝(8m＋M)a，a＝－μg，由圖像得n＝0時(shí)，－μg＝a＝－3 m/s2，μ＝0.30(0.28～0.32均正確)。由圖像斜率還可以求出木塊的質(zhì)量。 答案　(1)1.3　(2)如圖所示　0.30(0.28～0.32都正確)　木塊的質(zhì)量 5．某實(shí)驗(yàn)小組利用彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺，測(cè)量滑塊在木板上運(yùn)動(dòng)的最大速度。 實(shí)驗(yàn)步驟： ①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量橡皮泥和滑塊的總重力，記作G； ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上，通過水平細(xì)繩和固定彈簧測(cè)力計(jì)相連，如圖10甲所示。在A端向右拉動(dòng)木板，待彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后，將讀數(shù)記作F； 　 丙 圖10 ③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量，重復(fù)步驟①②； 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。 G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如圖乙所示，將木板固定在水平桌面上，滑塊置于木板上左端C處，細(xì)繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接，保持滑塊靜止，測(cè)量重物P離地面的高度h； ⑤滑塊由靜止釋放后開始運(yùn)動(dòng)，并最終停在木板上的D點(diǎn)(未與滑輪碰撞)，測(cè)量C、D間的距離s。 完成下列作圖和填空： (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標(biāo)紙(圖丙)上作出F－G圖線。 (2)由圖線求得滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)滑塊最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。 解析　(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)作出圖像。 (2)根據(jù)F＝μG可知，圖像的斜率表示滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，由圖可知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)為0.40。 (3)滑塊在木板上滑動(dòng)的總距離為s，由于重物P離地面的高度為h，所以加速過程的距離也為h，此后的過程中，滑塊在滑動(dòng)摩擦力的作用下做勻減速運(yùn)動(dòng)，直到靜止。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2－v＝2as可得，0－v2＝－2μg(s－h(huán))，解得v＝。 答案　(1)如圖所示 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確) (3)