2019年高考物理大二輪復習 專題六 物理實驗 專題跟蹤訓練14 力學實驗.doc

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專題跟蹤訓練(十四) 力學實驗 1．(2018安徽省示范高中聯考)利用圖示裝置可以做多個力學實驗． (1)用此裝置做“研究勻變速直線運動”實驗時，________(選填“需要”或“不需要”)平衡小車和木板間的摩擦力． (2)用此裝置做“探究加速度與質量的關系\”實驗時，改變小車質量后，________(選填“需要\”或“不需要\”)重新平衡摩擦力． (3)用此裝置做“探究功與動能變化的關系\”實驗，為了盡可能準確，不掛鉤碼平衡摩擦力時，小車后面________(選填“需要\”或“不需要\”)固定紙帶． [解析]　(1)用此裝置研究勻變速直線運動時，摩擦力并不影響小車做勻變速直線運動，故不需要平衡摩擦力．(2)用此裝置探究加速度與質量的關系時，改變小車質量，重力沿木板向下的分力仍等于滑動摩擦力，則不需要重新平衡摩擦力．(3)利用此裝置探究功與速度變化的關系時，為了盡可能準確，平衡摩擦力時不掛鉤碼，但小車后面需要固定紙帶，因為紙帶與打點計時器間也有摩擦力． [答案]　(1)不需要　(2)不需要　(3)需要 2．(2018全國卷Ⅰ)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針． 現要測量圖(a)中彈簧的勁度系數．當托盤內沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數為1.950 cm；當托盤內放有質量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數如圖(b)所示，其讀數為________cm.當地的重力加速度大小為9.80 m/s2，此彈簧的勁度系數為________N/m(保留3位有效數字)． [解析]　實驗所用的游標卡尺最小分度為0.05 mm，游標卡尺上游標第15條刻度線與主尺刻度線對齊，根據游標卡尺的讀數規(guī)則，題圖(b)所示的游標卡尺讀數為3.7 cm＋150.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm.托盤中放有質量為m＝0.100 kg的砝碼時，彈簧受到的拉力F＝mg＝0.1009.8 N＝0.980 N，彈簧伸長量為x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm，根據胡克定律F＝kx，解得此彈簧的勁度系數k＝＝53.7 N/m. [答案]　3.7750.005　53.70.1 3．(2018全國卷Ⅱ)某同學用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數．跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細線保持水平，在木塊上方放置砝碼．緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數即為木塊受到的滑動摩擦力的大小．某次實驗所得數據在表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數讀出. 砝碼的質量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 回答下列問題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標紙上補齊未畫出的數據點并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數μ及重力加速度大小g之間的關系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f－m圖線求得μ＝________.(保留2位有效數字) [解析]　(1)對彈簧秤進行讀數得2.75 N．(2)在圖象上添加(0.05 kg,2.15 N)、(0.20 kg,2.75 N)這兩個點，畫一條直線，使盡可能多的點落在這條直線上，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側，如答圖所示．(3)由實驗原理可得f＝μ(M＋m)g，f－m圖線的斜率為k＝μg.(4)根據圖象求出k＝3.9 N/kg，代入數據得μ＝0.40. [答案]　(1)2.75　(2)如圖所示　(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 4．(2018石家莊質檢(一))小明同學利用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中紅外線發(fā)射器、接收器可記錄小球的擋光時間．小明同學進行了如下操作： (1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為________mm. (2)該小球質量為m、直徑為D．現使小球從紅外線的正上方h處自由下落，記錄小球擋光時間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動能增加量的表達式為________；重力勢能減少量的表達式為________．(用所給字母表示) (3)改變小球下落高度h，多次重復實驗，發(fā)現小球動能的增加量總是小于重力勢能的減少量，你認為可能的原因是_____________(至少寫出一條)． [解析]　(1)根據螺旋測微器的讀數規(guī)則，小球的直徑為15 mm＋0.220 mm＝15.220 mm.(2)由于小球直徑較小，可以用小球擋光時間內的平均速度代替瞬時速度，根據速度的定義，小球下落h高度時速度大小為v＝.小球下落過程中動能增加量的表達式為ΔEk＝mv2＝m2.重力勢能減少量的表達式為ΔEp＝mgh.(3)小球下落過程中動能增加量總是小于重力勢能減少量的可能原因是空氣阻力對小球做負功． [答案]　(1)15.220(15.219～15.221均可) (2)ΔEk＝m2　ΔEp＝mgh　(3)空氣阻力對小球做負功 5．(2018昆明市高三摸底)某小組的同學通過設計如下實驗來驗證：“在彈性限度內，勁度系數為k的輕彈簧從形變量為x到恢復原長的過程中，彈力做的功為W＝kx2”的結論． (1)部分實驗步驟如下： A．將一輕彈簧放置在水平氣墊導軌的左端，彈簧左端固定，讓彈簧處于自然狀態(tài)．在彈簧下面的氣墊導軌上水平固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度線與彈簧的左端剛好對齊，此時彈簧右端在刻度尺上對應的示數為x1，如圖甲所示． B．用彈簧測力計拉著彈簧右端水平向右緩慢移動，當彈簧測力計的示數為F時，彈簧右端在刻度尺上對應的示數為x2，如圖乙所示(彈簧的形變在彈性限度內)．則此彈簧的勁度系數為________． C．在水平氣墊導軌的右端合適位置安裝一個光電門(光電門與彈簧最左端的距離大于x1)，如圖丙所示． D．用天平測得小車(帶有遮光條)的質量為m，用螺旋測微器測得遮光條寬度d的結果如圖丁所示，則d＝________mm. E．把小車置于氣墊導軌上，向左推小車使彈簧壓縮一段距離(彈簧與小車未拴接)，此時彈簧右端在刻度尺上對應的示數為x3，如圖丙所示(彈簧的形變在彈性限度內)．由靜止釋放小車，測得小車通過光電門時的遮光時間為Δt.小車經過光電門時的速度大小為________(用實驗中所測物理量的符號表示)． (2)在實驗誤差允許的范圍內，若________＝________(用實驗中所測物理量的符號表示)，就可驗證彈力做的功W＝kx2的結論． (3)同學們在實驗過程中有如下討論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________． A．遮光條的寬度越小越好 B．把氣墊導軌左端墊起適當高度來平衡摩擦力 C．計算彈簧勁度系數時，多次測量取平均值 D．向左推小車壓縮彈簧時，彈簧形變量越大越好 [解析]　(1)由題意知，彈簧的原長為x1，用彈簧測力計拉著彈簧緩慢向右移動至x2位置時，彈簧伸長了Δx＝x2－x1，根據胡克定律有F＝kΔx＝k(x2－x1)，因此彈簧的勁度系數為k＝；螺旋測微器的讀數由兩部分構成，即固定讀數＋可動讀數，所以d＝2.5 mm＋17.00.01 mm＝2.670 mm；由于遮光條較窄，因此可以用小車通過遮光條的平均速度來代替通過光電門的瞬時速度，所以有v＝.(2)小車的動能是由彈性勢能轉化而來，由能量守恒知，在實驗誤差允許的范圍內，若(x1－x3)2＝m2，則說明彈力做的功為W＝kx2.(3)遮光條的寬度適當的小有利于減小實驗誤差，但并不是越小越好，因為寬度太小會導致測量誤差增大，選項A錯誤；應用氣墊導軌時不需要再平衡摩擦力，選項B錯誤；計算彈簧的勁度系數時，多次測量有利于減小實驗誤差，選項C正確；在實際操作時，向左推小車壓縮彈簧時，彈簧形變量太大，彈簧可能無法完全恢復原狀，選項D錯誤． [答案]　(1)B．　D．2.670　E.　 (2)(x1－x3)2　m2　(3)C 6．現利用如圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律．在圖甲中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間． 實驗測得滑塊A的質量m1＝0.310 kg，滑塊B的質量m2＝0.108 kg，遮光片的寬度d＝1.00 cm，打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0 Hz. 將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示． 若實驗允許的相對誤差絕對值(||100%)最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內驗證了動量守恒定律？寫出運算過程． [解析]　按定義，滑塊運動的瞬時速度大小v＝① 式中Δs為物塊在很短時間Δt內走過的路程． 設紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為ΔtA，則 ΔtA＝＝0.02 s② ΔtA可視為很短． 設滑塊A在碰撞前后瞬時速度大小分別為v0、v1.將②式和題圖乙所給實驗數據代入①式得v0＝2.00 m/s③， v1＝0.970 m/s④ 設滑塊B在碰撞后的速度大小為v2，由①式有v2＝　⑤ 代入所給實驗數據得 v2＝2.86 m/s⑥ 設兩滑塊在碰撞前后的總動量分別為p和p′，則p＝m1v0⑦， p′＝m1v1＋m2v2⑧ 兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為δp＝100%⑨ 聯立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關數據，得δp＝1.7%<5%⑩ 因此，本實驗在允許的誤差范圍內驗證了動量守恒定律． [答案]　見解析