（全國通用）2020版高考物理一輪復習 第五章 微專題45 力學實驗拓展與創(chuàng)新加練半小時（含解析）

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1、力學實驗拓展與創(chuàng)新 1.(2018·河南省鶴壁市調(diào)研)某同學用如圖1所示的實驗裝置測量滑塊和木板之間的動摩擦因數(shù)，滑塊上有一寬度為l的擋光片. 圖1 (1)他首先測量滑塊的加速度.該同學設計的思路是將滑塊從距離光電門不同位置處由靜止釋放，用毫米刻度尺測量出該距離x，用光電門測出對應擋光片的擋光時間t.測出多組x、t的數(shù)據(jù).該同學在直角坐標系中作出－x的圖象，如果作出的圖象為直線，圖線的斜率為k，則滑塊運動的加速度大小a＝________________. (2)實驗中一共掛了三個鉤碼，如果每個鉤碼的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為5m，根據(jù)題中所給的數(shù)據(jù)可求出滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)μ＝_

2、_______________.(已知重力加速度為g) 2.(2018·福建省寧德市質(zhì)檢)圖2甲所示是測量圓盤轉(zhuǎn)動的角速度的實驗裝置.水平放置的圓盤繞通過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，圓盤轉(zhuǎn)動時其邊緣上固定的擋光片從光電門的狹縫中經(jīng)過時，光電數(shù)字計時器可顯示出光線被遮住的時間.圖乙是用螺旋測微器測量擋光片的寬度，讀數(shù)為________mm；圖丙是用游標卡尺測量圓盤的直徑，讀數(shù)為________cm；若光電數(shù)字計時器顯示的時間為50.0ms，則圓盤勻速轉(zhuǎn)動的角速度為________rad/s(保留兩位有效數(shù)字). 圖2 3.(2019·福建省龍巖市質(zhì)檢)某興趣小組想測量一卷彈性可忽略的尼龍線可

3、承受的最大拉力，他們選擇使用拉力傳感器和鋼卷尺來完成實驗.他們首先從整卷線上剪下一段樣品線(重力不計)，穿上一個質(zhì)量很小且光滑度很高的小環(huán)，然后將線兩端分別固定在兩根豎直桿上的兩個適當位置A、B，如圖3所示，用拉力傳感器拉住小環(huán)，豎直向下逐漸增大拉力，直到將線拉斷. 圖3 (1)第一次實驗測量時，發(fā)現(xiàn)傳感器的示數(shù)已經(jīng)很大了但仍沒有拉斷尼龍線，他們分析發(fā)現(xiàn)尼龍線的長度不合適，應當將尼龍線長度________(填“加長”或“縮短”). (2)正確調(diào)整后進行第二次實驗，豎直向下拉光滑小環(huán)，逐漸增大拉力，當觀察到傳感器示數(shù)為F時細線被拉斷. (3)該興趣小組要想得到尼龍線可承受的最大拉力，

4、還需要測量的物理量是__________(并寫出相應的符號). (4)寫出計算承受最大拉力的表達式，F(xiàn)m＝__________. 4.(2018·湖北省部分重點中學聯(lián)考)學習了“機械能守恒定律”之后，某研究性學習小組自行設計了“探究彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系”實驗.他們的方法如下： (1)如圖4甲所示，將輕彈簧上端連在固定于鐵架臺的力傳感器上，當用手向下拉伸彈簧時，彈簧的彈力可從傳感器讀出.用刻度尺測量彈簧的原長和伸長后的長度，從而確定伸長量.測量數(shù)據(jù)如表格所示. 伸長量x/(×10－2m) 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 彈力F/N 1.60 3

5、.19 4.75 6.38 8.02 (2)以x為橫坐標，F(xiàn)為縱坐標，請你在圖乙中描繪出彈力與伸長量關(guān)系的圖線.并由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________(保留兩位有效數(shù)字). 　 圖4 (3)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導軌左側(cè)，如圖丙所示.調(diào)整導軌至水平，使滑塊自由滑動時，通過兩個光電門的時間近似相等. (4)用天平稱得滑塊的質(zhì)量m＝300g. (5)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v，釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為________________. (6)多次重復(5)中的操作，在彈簧彈性限度內(nèi)得到v與x的數(shù)據(jù)

6、整理如下表所示： 1 2 3 4 5 6 x/(×10－2m) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 x2/(×10－4m2) 1.00 4.00 9.00 16.00 25.00 36.00 v/(m·s－1) 0.161 0.320 0.479 0.648 0.800 0.954 v2/(m2·s－2) 0.026 0.102 0.229 0.420 0.6400 0.910 mv2/J 0.0039 0.0153 0.0344 0.0630 0.0960 0.1365 (7)

7、結(jié)合上面測出的勁度系數(shù)k和滑塊質(zhì)量m，可得到表達式：________________. (8)由上述實驗可得的結(jié)論：______________________________________________. 答案精析 1.(1)　(2)－ 解析　(1)滑塊到達光電門處的速度v＝，滑塊從釋放點運動到光電門處，由運動學公式有2ax＝v2，聯(lián)立解得＝x，可知－x圖象的斜率k＝，解得a＝. (2)因為不滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，故需要對鉤碼和滑塊整體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得3mg－μ×5mg＝8m×，解得μ＝－. 2.7.980　20.25　1.6 解析　由螺旋測微器讀

8、出擋光片的寬度為d＝7.5mm＋48.0×0.01mm＝7.980mm；由游標卡尺讀數(shù)得圓盤的直徑D＝202mm＋5×0.1mm＝202.5mm＝20.25cm.圓盤角速度ω＝，而θ＝×2π，綜合兩式并代入數(shù)據(jù)可得ω＝＝rad/s＝1.6rad/s. 3.(1)縮短　(3)兩桿之間的距離d，尼龍線的長度l (4) 解析　 (1)對小環(huán)受力分析，如圖所示.根據(jù)平衡條件得2FTcosθ＝F，解得FT＝，當尼龍線的長度縮短時，兩尼龍線之間的夾角增大，則cosθ減小，故在相同大小的力F作用下，拉力FT增大，更容易達到尼龍線的最大拉力，故應縮短尼龍線的長度. (3)(4)設兩桿之間的距離d，兩桿之間細線的有效長度l，由幾何關(guān)系得cosθ＝，則Fm＝. 4.(2)見解析圖　80N/m(80～85均可) (5)滑塊的動能 (7)kx2＝mv2或者kx2＝mv2 (8)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈性勢能與形變量的平方成正比 解析　(2)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出的F－x圖象如圖： 根據(jù)圖象可得k＝＝80N/m. (5)釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為滑塊的動能. (7)根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，歸納可得kx2＝mv2. (8)由上述實驗可得的結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈性勢能與形變量的平方成正比. 6