（通用版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題分層突破練14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）

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1、專題分層突破練14　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1.某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測(cè)量一小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:在斜面上鋪上白紙,用圖釘釘住;把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端,調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿水為準(zhǔn));在斜面頂端放置一淺盤,把小車放在斜面頂端,把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水,使水滴能滴入淺盤內(nèi);隨即在撤去淺盤的同時(shí)放開小車,于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡;小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開。 圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶,用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm

2、、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,試問: (1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的　　　　　　　　　　原理類似。? (2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度v4=　　　　 m/s,計(jì)算小車的加速度a的表達(dá)式為　　　　　　　　　,計(jì)算結(jié)果為　　　　 m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)? 2.如圖所示裝置可以用來(lái)“探究加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”,也可以用來(lái)“探究功與速度變化的關(guān)系”和“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等。 (1)某同學(xué)用此裝置探究小車在拉力作用下的加速度。用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,其示數(shù)如圖所示,則d=　　　　 mm。測(cè)出

3、小車靜止時(shí)遮光條到光電門的距離為x,光電計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間是t,則小車的加速度是　　　　　　　　。(用測(cè)量的符號(hào)表示)? (2)該同學(xué)繼續(xù)用此裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他通過(guò)改變小車釋放點(diǎn)到光電門的距離成倍增加進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)時(shí)要求小車都由靜止釋放。 ①如果每次實(shí)驗(yàn)時(shí)遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間為t,通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象來(lái)反映合力做功與t的關(guān)系,則下圖中符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是(　　) ②下列實(shí)驗(yàn)操作中必要的是(　　) A.調(diào)整軌道的傾角,在未掛重物時(shí)使小車能在軌道上做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.必須滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C.必須保證小車由靜止?fàn)顟B(tài)開始釋放

4、 D.保持小車(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變 3.(2019河南鄭州一中測(cè)試)在利用碰撞做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,圖甲中斜槽PQ與水平槽QR平滑連接,按要求安裝好儀器后開始實(shí)驗(yàn)。先不放被碰小球,使入射小球從斜槽上的A點(diǎn)由靜止?jié)L下,重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次;然后把被碰小球靜止放在槽的水平部分的前端邊緣B處(槽口),再使入射小球從斜槽上的A點(diǎn)由靜止?jié)L下,再重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次,在白紙上記錄下掛于槽口B的重垂線在記錄紙上的豎直投影點(diǎn)和各次實(shí)驗(yàn)時(shí)小球落點(diǎn)的平均位置,從左至右依次為O、M、P、N點(diǎn),測(cè)得兩小球直徑相等,入射小球和被碰小球的質(zhì)量分別為m1、m2,且m1=2m2。則: (1

5、)兩小球的直徑用螺旋測(cè)微器測(cè)得,測(cè)量結(jié)果如圖乙,則兩小球的直徑均為　　　　　 mm。? (2)入射小球每次都應(yīng)從斜槽上的同一位置無(wú)初速度釋放,其目的是　　　　　。? A.使入射小球每次都能水平飛出槽口 B.使入射小球每次都以相同的動(dòng)量到達(dá)槽口 C.使入射小球在空中飛行的時(shí)間不變 D.使入射小球每次都能與被碰小球?qū)π呐鲎? (3)若未放被碰小球和放了被碰小球,入射小球的落點(diǎn)分別是P、M。在誤差允許的范圍內(nèi)若測(cè)得|ON|=　　　　　|MP|(填倍數(shù)),則表明碰撞過(guò)程中兩小球組成的系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律? 4.(2019四川瀘州二診)某同學(xué)利用圖示裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。A、B是質(zhì)量均為

6、m的小物塊,C是質(zhì)量為M的重物,A、B間由輕彈簧相連,A、C間由輕質(zhì)細(xì)繩相連。在物塊B下放置一壓力傳感器,重物C下放置一速度傳感器,壓力傳感器與速度傳感器相連。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi),重力加速度大小為g。實(shí)驗(yàn)操作如下: a.開始時(shí),系統(tǒng)在一外力作用下保持靜止,細(xì)繩拉直但張力為零?，F(xiàn)釋放C,使其向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí),速度傳感器測(cè)出C的速度為v。 b.在實(shí)驗(yàn)中保持A、B質(zhì)量不變,改變C的質(zhì)量M,多次重復(fù)步驟a。 回答下列問題: (1)該實(shí)驗(yàn)中,M和m大小關(guān)系必滿足M　　　　　m(選填“小于”“等于”或“大于”)。? (2)為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系,每次測(cè)C的

7、速度時(shí),C已下降的高度應(yīng)　　　　　(選填“相同”或“不同”)。? (3)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),為了更直觀地驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,應(yīng)作出　　　　　?選填“v2-M”“v2-1M”或“v2- 1M+m”圖線。 (4)根據(jù)(3)中的圖線,若圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數(shù)為　　　　　(用題給的已知量表示)。? 5.(2018北京卷)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 甲 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下: a.安裝好實(shí)驗(yàn)器材。接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng),重復(fù)幾次。 b.選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t=0),然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)

8、數(shù)點(diǎn),如圖乙中A、B、C、D、E、F……所示。 乙 c.通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度,分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d.以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),如圖丙所示。 丙 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟,請(qǐng)你完成下列任務(wù): (1)在下列儀器和器材中,還需要使用的有　　　　　和　　　　　(填選項(xiàng)前的字母)。? A.電壓合適的50 Hz交流電源 B.電壓可調(diào)的直流電源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝碼) (2)在圖丙中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),并

9、畫出v-t圖象。 (3)觀察v-t圖象,可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng),其依據(jù)是　　　　　,v-t圖象斜率的物理意義是　　　　　。? (4)描繪v-t圖象前,還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。用平均速度ΔxΔt表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度,從理論上講,對(duì)Δt的要求是　　　　　(選填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”);從實(shí)驗(yàn)的角度看,選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差　　　　　(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)。? (5)早在16世紀(jì)末,伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí),為此他設(shè)計(jì)了如圖丁所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”,反復(fù)做了上百次,驗(yàn)證了他的猜想,請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí),分析說(shuō)明如何利

10、用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。 丁 專題分層突破練14　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1.答案 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (2)0.20 (x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2　0.19 解析 (1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理類似。 (2)計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度 v4=s34+s45t35 =(3.65+4.41)×10-22×0.2m/s =0.2015m/s≈0.20m/s 計(jì)算小車的加速度a的表達(dá)式為: a=(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2 代入數(shù)據(jù)可得:a≈0.19m/s

11、2 2.答案 (1)5.50　d22xt2　(2)①D　②CD 解析 (1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm,所以最終讀數(shù)d=5mm+0.50mm=5.50mm。由題意可知,該實(shí)驗(yàn)中小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),因此有:v2=2ax,速度為:v=dt,聯(lián)立可得:a=d22xt2。 (2)據(jù)題意可知,“探究合力的功與動(dòng)能改變關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他通過(guò)成倍增加位移的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,所以需要先表示出小車的速度,小車的速度用平均速度代替即:v=dt,根據(jù)動(dòng)能定理可得:W=12mv2=12md2t2,由此可知W∝1t2,故選D。由于該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)成倍增加位移的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,

12、只要W-1t2的關(guān)系即可,所以不需平衡摩擦力、不需要滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,但必須保證每次小車由靜止釋放且保持小車(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變,故AB錯(cuò)誤,CD正確。 3.答案 (1)12.895　(2)B　(3)2 解析 (1)螺旋測(cè)微器的主尺部分長(zhǎng)度為12.5mm,轉(zhuǎn)動(dòng)部分讀數(shù)為:39.5×0.01mm,故小球的直徑為:(12.5+0.395)mm=12.895mm;(2)入射小球每次都應(yīng)從斜槽上的同一位置無(wú)初速度釋放,是為了使小球每次都以相同的速度飛出槽口,即為了保證入射小球每次都以相同的動(dòng)量到達(dá)槽口,B正確;(3)設(shè)入射小球碰前瞬間的速度為v1,碰后瞬間的速度為v1',碰

13、后瞬間被碰小球的速度為v2',則m1v1=m1v1'+m2v2',由于m1=2m2,則有2(v1-v1')=v2',設(shè)平拋時(shí)間為t,則OM=v1't,ON=v2't,OP=v1t,所以若系統(tǒng)碰撞的過(guò)程中動(dòng)量守恒,則滿足|ON|=2|MP|。 4.答案 (1)大于　(2)相同　(3)v2-1M+m　(4)4mg2b 解析 (1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)定壓力傳感器示數(shù)為零時(shí),C向下運(yùn)動(dòng)的速度v,所以必須滿足M>m。(2)因剛開始時(shí)彈簧被壓縮,彈力大小為mg,而壓力傳感器示數(shù)為零時(shí),彈簧被拉伸,彈力大小仍為mg,彈簧的形變量x=mgk+mgk=2mgk,不論C的質(zhì)量如何,測(cè)C的速度時(shí),C已下降的高度相

14、同,為2mgk。(3)彈性勢(shì)能在始末狀態(tài)相同,為此只需驗(yàn)證12(m+M)v2=(M-m)gx,化簡(jiǎn)得v2=-4mgx·1M+m+2gx,所以應(yīng)作v2-1M+m圖線。(4)由題意知b=2gx,而mg=kx2,聯(lián)立得k=4mg2b。 5.答案 (1)A　C (2)圖見解析 (3)小車的速度隨時(shí)間均勻變化　加速度 (4)越小越好　有關(guān) (5)如果小球的初速度為0,其速度v∝t,那么它通過(guò)的位移x∝t2。因此,只要測(cè)量小球通過(guò)不同位移所用的時(shí)間,就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化。 解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用交流電源,選A不選B,由于需要測(cè)量長(zhǎng)度,所以選C,本實(shí)驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),故不需要秒表,本實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量質(zhì)量,故不需要天平。 (2)如圖所示 (3)v-t圖線是一條傾斜的直線,小車的速度隨時(shí)間均勻變化,斜率的物理意義是小車的加速度。 (4)用平均速度ΔxΔt求瞬時(shí)速度,Δt越小越好。 (5)如果速度隨時(shí)間是均勻變化的,那么位移x將與時(shí)間t的二次方成正比,所以只要測(cè)出不同時(shí)間內(nèi)的位移和時(shí)間,看x1t12=x2t22=x3t32=…是否成立,如果成立就可以檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。 8