2020屆高中物理 專題11 研究勻變速直線運(yùn)動（通用）

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1、 2020屆同心圓夢專題十一 物理 考點(diǎn)范圍：研究勻變速直線運(yùn)動；探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系；驗(yàn)證力的平行四邊形定則；驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律；探究動能定理；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一、選擇題（本題共6小題，每小題6分，共36分。在每小題給出的四個選項(xiàng)中，有的只有一個選項(xiàng)符合題目要求，有的有多個選項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。） 1．以下實(shí)驗(yàn)中可以用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測速度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的有 （ ） A．驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律 B．驗(yàn)證力的平行四邊形定則 C．探究動能定理 D．驗(yàn)證

2、機(jī)械能守恒定律 2．某同學(xué)在家中用三根相同的橡皮筋（遵循胡克定律）來探究求合力的方法，如下圖所示，三根橡皮筋在O點(diǎn)相互連接，拉長后三個端點(diǎn)用圖釘固定在A、B、C三點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，可以通過刻度尺測量橡皮筋的長度來得到橡皮筋的拉力大小，并通過OA、OB、OC的方向確定三個拉力的方向，從而探究求其中任意兩個拉力的合力的方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，下列說法正確的是 （ ） A．實(shí)驗(yàn)需要測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長 B．為減小誤差，應(yīng)選擇勁度系數(shù)盡量大的橡皮筋 C．

3、以O(shè)B、OC為兩鄰做平行四邊形，其對角線必與OA在一條直線上且長度相等 D．多次實(shí)驗(yàn)中O點(diǎn)不必固定 3．“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0。當(dāng)用2條、3條、4條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次……實(shí)驗(yàn)時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0……，每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時器所打的紙帶測出。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 （ ）

4、A．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏，出現(xiàn)這種情況的原因，可能是木板傾角過大 B．當(dāng)小車速度達(dá)到最大時，小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 C．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計(jì)算小車的最大速度 D．應(yīng)選擇紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的一段計(jì)算小車的最大速度 4．在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中，保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量。在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出a—F關(guān)系的點(diǎn)跡，如下圖所示。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)跡存在一些問題，產(chǎn)生這些問題的主要原因可能是

5、 （ ） A．軌道與水平方向夾角太大 B．軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力 C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢 D．所用小車的質(zhì)量太大，造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢 5．實(shí)驗(yàn)“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的裝置如下圖a所示，某組同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，選擇DIS以圖象方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖象如下圖b所示。圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能EP、動能EK或機(jī)械能E，圖b的圖象中，表示小球的重力勢能EP、動能EK或機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是

6、 （ ） A． 丙、乙、甲 B．乙、甲、丙 C．甲、乙、丙 D．丙、甲、乙 6．一名同學(xué)在用下圖甲所示的裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時器所用交變電流的頻率為50Hz，下圖乙是某次實(shí)驗(yàn)時得到的紙帶，圖中A、B、C、D、E是紙帶上五個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則 （ ） A．打C點(diǎn)時小車的速度大小為2.1m/s B．打D點(diǎn)時小車的速度大小為4.6m/s C．小車的加速度大小為3.9m/s2 D．小

7、車的加速度大小為12m/s2 二、非選擇題（本題共6小題，共64分。） 7．（8分）如下圖所示，某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時，在水平放置的木板上固定一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端栓兩根細(xì)線。兩個彈簧測力計(jì)分別鉤住兩細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條使之伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O時，需記下 的位置、兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)、描下 ；再用一個彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)套把橡皮條拉長，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)位置 、再記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)、描下 。在白紙上按 標(biāo)度畫出用兩彈簧測力計(jì)拉細(xì)線時力F1、F2的圖示和用

8、一個彈簧測力計(jì)拉細(xì)線時力F的圖示。 8．（8分）某同學(xué)要探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k。做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上。當(dāng)彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端每增加一個50g的砝碼時，指針示數(shù)分別記作L1、L2、……、L7。 （1）下表記錄的是該同學(xué)測出的8個值： 代表符號 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 刻度數(shù)值/cm 1.70 3.40 5.10 6.85 8.60 10.30 12.10 14.05 根據(jù)

9、表中數(shù)據(jù)，用“逐差法”計(jì)算出每增加50g砝碼時彈簧平均伸長量ΔL的數(shù)值為ΔL= cm。 （2）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出彈簧的勁度系數(shù)k= N/m。（g取9.8m/s2） 9．（10分）某興趣小組在做“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)前，提出了以下幾種猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝。他們的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器，物塊從斜面上某處由靜止釋放，物塊到達(dá)Q點(diǎn)的速度大小由速度傳感器測得。為探究動能定理，本實(shí)驗(yàn)還需測量的物理量是 ；根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)，為了直

10、觀地通過圖象得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)繪制 圖象。 10．（12分）（1）某學(xué)習(xí)小組在“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，用如下圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置來測小車的加速度，由導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測出兩個光電門之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為t1、t2，則滑塊的加速度可以表示為a= （用題中所給物理量表示）。 （2）該學(xué)習(xí)小組在測出滑塊的加速度后，經(jīng)分析討論，由于滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時空氣阻力很小，可用上述實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為此還需測量的物理量是 ，機(jī)械

11、能守恒的表達(dá)式為 。 11． （12分）某同學(xué)在做“研究勻變速直線運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)時，從打下的若干紙帶中選出了如下圖所示的一條紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時器使用電源頻率為50Hz，每兩個相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)沒有畫出，則紙帶上相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為 s。如果用S1、S2、S3、S4、S5、S6來表示從O點(diǎn)開始各相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，用T表示兩相鄰記數(shù)點(diǎn)的時間間隔，則該勻變速直線運(yùn)動的加速度的表達(dá)式為a= （用符號寫出表達(dá)式，不要求計(jì)算）。打F點(diǎn)時物體的速度大小為vF=

12、 m/s。（答案均要求保留3位有效數(shù)字） 12．（14分）某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)室做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”實(shí)驗(yàn)： （1）甲同學(xué)在物體所受合外力不變時，改變物體的質(zhì)量，得到數(shù)據(jù)如下表所示? 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物體質(zhì)量m(kg) 物體的加速度a(m/s2) 物體質(zhì)量的倒數(shù)1/m(1/kg) 1 0.20 0.78 5.00 2 0.40 0.38 2.50 3 0.60 0.25 1.67 4 0.80 0.20 1.25 5 1.00 0.16 1.00 ①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下圖所示的坐標(biāo)中描出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出圖象? ②由圖象，你

13、得出的結(jié)論為 ? ③物體受到的合力大約為 ?（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） （2） 乙同學(xué)在保持小車質(zhì)量不變的情況下，通過多次改變對小車的拉力，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a—F圖象如下圖所示，則該圖象中圖線不過原點(diǎn)的原因是： ，小車的質(zhì)量為 kg。（保留兩位有效數(shù)字） 2020屆同心圓夢專題卷物理專題十一答案與解析 1

14、．【命題立意】本題考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。 【思路點(diǎn)撥】可用v-t圖象求加速度。 【答案】ACD【解析】驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律時，可測出速度畫出v-t圖象，根據(jù)v-t圖象求加速度。 2．【命題立意】本題考查驗(yàn)證力的平行四邊形定則及探究應(yīng)用創(chuàng)新能力。 【思路點(diǎn)撥】若對于O點(diǎn)的位置生搬硬套課本認(rèn)為是不變的，而本實(shí)驗(yàn)采用的方法與課本不一致，并非等效替代法。 【答案】AD【解析】由于橡皮筋的彈力與形變量成正比，故可以用形變量等效替代彈力，做平行四邊形來驗(yàn)證平行四邊形定則，要求得形變量必須測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長，A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯誤；勁度系數(shù)大的橡皮筋施加一定彈力的形變量小，測量誤差大，作

15、圖時誤差也較大，B選項(xiàng)錯誤；本實(shí)驗(yàn)中采用的是三根橡皮條共點(diǎn)力的平衡驗(yàn)證，即使O點(diǎn)不固定OA彈力與OB、OC合力始終等值反向都可做平行四邊形驗(yàn)證，D選項(xiàng)正確。 3．【命題立意】本題考查探究動能定理這一實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)處理。 【思路點(diǎn)撥】（1）橡皮筋變?yōu)樵L時，小車到達(dá)最大速度；（2）彈力做功結(jié)束后，小車做勻速直線運(yùn)動。 【答案】C【解析】木板傾角過大時，相鄰兩點(diǎn)之間的間隔會越來越大，選項(xiàng)A錯誤；當(dāng)橡皮筋處于原長時，小車達(dá)到最大速度，而不是小車在兩鐵釘?shù)倪B線處，選項(xiàng)B錯誤；本實(shí)驗(yàn)平衡阻力后，橡皮筋做功結(jié)束后，小車做勻速直線運(yùn)動，選項(xiàng)C正確、選項(xiàng)D錯誤。 4．【命題立意】本題考查驗(yàn)證牛頓

16、運(yùn)動定律實(shí)驗(yàn)的誤差分析。 【思路點(diǎn)撥】該實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；平衡摩擦力過大；沒有滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。 【答案】BC【解析】拉力不為零時，加速度仍為零，可能沒有平衡摩擦力，選項(xiàng)A錯誤、選項(xiàng)B正確；造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢，原因是沒有滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，選項(xiàng)C正確、選項(xiàng)D錯誤。 5．【命題立意】本題以圖象為載體考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。 【思路點(diǎn)撥】結(jié)合功能關(guān)系找出各物理量之間變化規(guī)律。 【答案】A【解析】小球在靜止釋放后，重力在做正功，重力勢能EP不斷減少，動能EK不斷增加，通過觀察圖象b特點(diǎn)易知：丙表示重力勢能EP，乙

17、表示動能EK，甲表示機(jī)械能E。 6．【命題立意】本題考查利用打上點(diǎn)的紙帶求速度和加速度。 【思路點(diǎn)撥】（1）求速度時利用勻變速直線運(yùn)動的中間時刻瞬時速度等于平均速度；（2）求加速度利用Δx=aT2。 【答案】AC【解析】打點(diǎn)計(jì)時器的打點(diǎn)周期為T=0.02s。打C點(diǎn)時小車的速度大小為 ，選項(xiàng)A正確；打D點(diǎn)時小車的速度大小為 ，選項(xiàng)B錯誤；小車的加速度大小為 ，選項(xiàng)C正確、選項(xiàng)D錯誤。 7．【命題立意】本題考查"驗(yàn)證力的平行四邊形定則"的實(shí)驗(yàn)操作。 【思路點(diǎn)撥】搞清實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)際做實(shí)驗(yàn)是解答本題的關(guān)鍵。 【答案】O點(diǎn)（2分） 兩細(xì)繩的方向（2分） O（1分） 細(xì)繩的方向（1分） 同一（

18、2分） 8．【命題立意】本題考查數(shù)據(jù)的處理，信息遷移。 【思路點(diǎn)撥】類比勻變速直線運(yùn)動逐差法求解加速度。 【答案】（1）1.75cm （4分）（2）28N/m （4分） 【解析】①根據(jù)"逐差法"的要求，有d1=L4-L0，……，d4=L7-L3，故每增加50g砝碼的彈簧平均伸長量 解得，ΔL=1.75cm。 （2）由上可得： 。 9．【命題立意】本題以新情景考查"探究動能定理"實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理。 【思路點(diǎn)撥】（1）斜面上應(yīng)用動能定理；（2）為了直觀的通過圖象得實(shí)驗(yàn)結(jié)論，一般要作出線性圖象。 【答案】物塊初始位置到測速器的距離L （5分） L-v2（5分） 【解析】物塊

19、在斜面上所受合力F不變，由 得， ，可見本實(shí)驗(yàn)還需測量的物理量是物塊初始位置到測速器的距離L，由于L與v2成正比，所以應(yīng)繪制L-v2圖象。 10．【命題立意】本題以氣墊導(dǎo)軌和光電門為背景，考查"研究勻變速直線運(yùn)動"、"驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律"兩實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。 【思路點(diǎn)撥】（1）求加速度利用vt2-v02=2aL；（2）沙桶和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 【答案】（1） （4分）（2）滑塊的質(zhì)量M和沙桶的質(zhì)量m（4分） （4分） 【解析】（1）由 ，得 。 （2）滑塊和沙桶組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，為此還需用天平測出滑塊的質(zhì)量M和沙桶的質(zhì)量m，系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為 。 11．【命題立意

20、】本題考查利用打點(diǎn)的紙帶求加速度和速度。 【思路點(diǎn)撥】（1）求速度時利用勻變速直線運(yùn)動的中間時刻瞬時速度等于平均速度；（2）勻變速直線運(yùn)動中間時刻的瞬時速度等于初速度與末速度的算術(shù)平均值；（3）求加速度利用Δx=aT2。 【答案】0.1（4分） （4分） 1.60（4分） 【解析】打點(diǎn)計(jì)時器每隔0.02s打一個點(diǎn)，則相鄰兩記數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s，由(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)=a(3T)2，得 ；打D點(diǎn)時物體的速度大小為 ，打E點(diǎn)時物體的速度大小為 ，由 ，得vF=1.60m/s。 12．【命題立意】本題考查"驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律"實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理

21、、誤差分析及由圖象得相關(guān)結(jié)論。 【思路點(diǎn)撥】（1）作圖應(yīng)使所描的點(diǎn)盡可能多的在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，遠(yuǎn)離直線的點(diǎn)可不予考慮；（2）明確該實(shí)驗(yàn)常見的三種典型誤差的圖象及原因；（3）對于由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的實(shí)驗(yàn)圖象，要明確其斜率和截距的物理意義。 【答案】（1）①a- 圖象如下圖所示（3分） ②在物體受外力不變時，物體的加速度與質(zhì)量成反比（3分）③0.15N~0.16N均對（3分） （2）木板傾角過大（或平衡摩擦力太過） （2分） 1.9~2.1均對 （3分） 【解析】（1）③由牛頓第二定律F=ma得， ，即圖線的斜率等于小車所受的合外力，大小為 。 （2）由圖象可得拉力等于零時，加速度不等于零，故木板傾角過大（或平衡摩擦力太過）；由牛頓第二定律F=ma得， ，即圖線的斜率等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，小車質(zhì)量大小為 。