2019年高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 專題跟蹤訓(xùn)練14 力學(xué)實(shí)驗(yàn).doc

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專題跟蹤訓(xùn)練(十四) 力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1．(2018安徽省示范高中聯(lián)考)利用圖示裝置可以做多個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)． (1)用此裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，________(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(zhì)量的關(guān)系\”實(shí)驗(yàn)時(shí)，改變小車質(zhì)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(dòng)能變化的關(guān)系\”實(shí)驗(yàn)，為了盡可能準(zhǔn)確，不掛鉤碼平衡摩擦力時(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力并不影響小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，故不需要平衡摩擦力．(2)用此裝置探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，改變小車質(zhì)量，重力沿木板向下的分力仍等于滑動(dòng)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(guān)系時(shí)，為了盡可能準(zhǔn)確，平衡摩擦力時(shí)不掛鉤碼，但小車后面需要固定紙帶，因?yàn)榧垘c打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間也有摩擦力． [答案]　(1)不需要　(2)不需要　(3)需要 2．(2018全國(guó)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(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡(jiǎn)化為圖中的指針． 現(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)．當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)． [解析]　實(shí)驗(yàn)所用的游標(biāo)卡尺最小分度為0.05 mm，游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第15條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，題圖(b)所示的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為3.7 cm＋150.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm.托盤中放有質(zhì)量為m＝0.100 kg的砝碼時(shí)，彈簧受到的拉力F＝mg＝0.1009.8 N＝0.980 N，彈簧伸長(zhǎng)量為x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm，根據(jù)胡克定律F＝kx，解得此彈簧的勁度系數(shù)k＝＝53.7 N/m. [答案]　3.7750.005　53.70.1 3．(2018全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼．緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大?。炒螌?shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出. 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動(dòng)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(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達(dá)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(shù)字) [解析]　(1)對(duì)彈簧秤進(jìn)行讀數(shù)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(gè)點(diǎn)，畫一條直線，使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，如答圖所示．(3)由實(shí)驗(yàn)原理可得f＝μ(M＋m)g，f－m圖線的斜率為k＝μg.(4)根據(jù)圖象求出k＝3.9 N/kg，代入數(shù)據(jù)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(zhì)檢(一))小明同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)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(shí)間．小明同學(xué)進(jìn)行了如下操作： (1)用螺旋測(cè)微器測(cè)小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為________mm. (2)該小球質(zhì)量為m、直徑為D．現(xiàn)使小球從紅外線的正上方h處自由下落，記錄小球擋光時(shí)間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動(dòng)能增加量的表達(dá)式為________；重力勢(shì)能減少量的表達(dá)式為________．(用所給字母表示) (3)改變小球下落高度h，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小球動(dòng)能的增加量總是小于重力勢(shì)能的減少量，你認(rèn)為可能的原因是_____________(至少寫出一條)． [解析]　(1)根據(jù)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)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(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度，根據(jù)速度的定義，小球下落h高度時(shí)速度大小為v＝.小球下落過程中動(dòng)能增加量的表達(dá)式為ΔEk＝mv2＝m2.重力勢(shì)能減少量的表達(dá)式為ΔEp＝mgh.(3)小球下落過程中動(dòng)能增加量總是小于重力勢(shì)能減少量的可能原因是空氣阻力對(duì)小球做負(fù)功． [答案]　(1)15.220(15.219～15.221均可) (2)ΔEk＝m2　ΔEp＝mgh　(3)空氣阻力對(duì)小球做負(fù)功 5．(2018昆明市高三摸底)某小組的同學(xué)通過設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證：“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的輕彈簧從形變量為x到恢復(fù)原長(zhǎng)的過程中，彈力做的功為W＝kx2”的結(jié)論． (1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．將一輕彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)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(dǎo)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(duì)齊，此時(shí)彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x1，如圖甲所示． B．用彈簧測(cè)力計(jì)拉著彈簧右端水平向右緩慢移動(dòng)，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F時(shí)，彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x2，如圖乙所示(彈簧的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi))．則此彈簧的勁度系數(shù)為________． C．在水平氣墊導(dǎo)軌的右端合適位置安裝一個(gè)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(cè)得小車(帶有遮光條)的質(zhì)量為m，用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光條寬度d的結(jié)果如圖丁所示，則d＝________mm. E．把小車置于氣墊導(dǎo)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(shí)彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x3，如圖丙所示(彈簧的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi))．由靜止釋放小車，測(cè)得小車通過光電門時(shí)的遮光時(shí)間為Δt.小車經(jīng)過光電門時(shí)的速度大小為________(用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)物理量的符號(hào)表示)． (2)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若________＝________(用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)物理量的符號(hào)表示)，就可驗(yàn)證彈力做的功W＝kx2的結(jié)論． (3)同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中有如下討論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是________． A．遮光條的寬度越小越好 B．把氣墊導(dǎo)軌左端墊起適當(dāng)高度來平衡摩擦力 C．計(jì)算彈簧勁度系數(shù)時(shí)，多次測(cè)量取平均值 D．向左推小車壓縮彈簧時(shí)，彈簧形變量越大越好 [解析]　(1)由題意知，彈簧的原長(zhǎng)為x1，用彈簧測(cè)力計(jì)拉著彈簧緩慢向右移動(dòng)至x2位置時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了Δx＝x2－x1，根據(jù)胡克定律有F＝kΔx＝k(x2－x1)，因此彈簧的勁度系數(shù)為k＝；螺旋測(cè)微器的讀數(shù)由兩部分構(gòu)成，即固定讀數(shù)＋可動(dòng)讀數(shù)，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(shí)速度，所以有v＝.(2)小車的動(dòng)能是由彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來，由能量守恒知，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，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(dāng)?shù)男∮欣跍p小實(shí)驗(yàn)誤差，但并不是越小越好，因?yàn)閷挾忍?huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；應(yīng)用氣墊導(dǎo)軌時(shí)不需要再平衡摩擦力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)時(shí)，多次測(cè)量有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差，選項(xiàng)C正確；在實(shí)際操作時(shí)，向左推小車壓縮彈簧時(shí)，彈簧形變量太大，彈簧可能無法完全恢復(fù)原狀，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． [答案]　(1)B．　D．2.670　E.　 (2)(x1－x3)2　m2　(3)C 6．現(xiàn)利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．在圖甲中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計(jì)時(shí)器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時(shí)間． 實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.310 kg，滑塊B的質(zhì)量m2＝0.108 kg，遮光片的寬度d＝1.00 cm，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(cè)，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示． 若實(shí)驗(yàn)允許的相對(duì)誤差絕對(duì)值(||100%)最大為5%，本實(shí)驗(yàn)是否在誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律？寫出運(yùn)算過程． [解析]　按定義，滑塊運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小v＝① 式中Δs為物塊在很短時(shí)間Δt內(nèi)走過的路程． 設(shè)紙帶上打出相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為ΔtA，則 ΔtA＝＝0.02 s② ΔtA可視為很短． 設(shè)滑塊A在碰撞前后瞬時(shí)速度大小分別為v0、v1.將②式和題圖乙所給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入①式得v0＝2.00 m/s③， v1＝0.970 m/s④ 設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為v2，由①式有v2＝?、? 代入所給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得 v2＝2.86 m/s⑥ 設(shè)兩滑塊在碰撞前后的總動(dòng)量分別為p和p′，則p＝m1v0⑦， p′＝m1v1＋m2v2⑧ 兩滑塊在碰撞前后總動(dòng)量相對(duì)誤差的絕對(duì)值為δp＝100%⑨ 聯(lián)立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得δp＝1.7%<5%⑩ 因此，本實(shí)驗(yàn)在允許的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律． [答案]　見解析