（山西專版）2020版高考物理二輪復習 第二篇 實驗題 熱點13 力學基礎實驗精練（含解析）

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1、熱點13　力學基礎實驗 熱考題型 　　力學實驗的關鍵是測量速度和加速度,利用打點計時器在與小車(物塊)連接在一起的紙帶上打出的點跡,可以得到位移、速度、加速度、時間等物理量,小小紙帶連接高考重點考查的五個力學實驗:研究勻變速直線運動,測定動摩擦因數(shù),探究加速度與力、質量的關系,探究動能定理,驗證機械能守恒定律,真可謂“小紙帶、大內涵”。 題型一　以“紙帶”為中心的實驗 1.用圖甲所示的裝置研究小車沿斜面在不同材料表面運動的情況,圖乙是某同學在實驗中獲得的一條紙帶,打點計時器的電源頻率為50Hz。 甲 乙 (1)圖乙中A至N各點是打點計時器在紙帶上連續(xù)打下的點,根據(jù)刻度尺上

2、的數(shù)據(jù)可以判斷,小車在打點計時器打下A、E間各點時在板面上做　　　運動,在打點計時器打下F、N間各點時在布面上做　　　　運動,打點計時器打下M點時對應的小車速度為　　　m/s。(結果保留2位有效數(shù)字)? (2)若已知斜面的傾角為θ,小車的質量為m,在布面上運動時加速度的大小為a,重力加速度為g,則小車在布面上所受的阻力大小為　　　　,與真實值相比,測量的布面阻力　　　　(填“偏大”或“偏小”)。? 答案　(1)勻速直線(或勻速)　勻減速直線(或勻減速)　0.33　(2)mgsinθ+ma　偏大 解析　(1)由題圖乙可知,A至E點,相鄰兩點間間隔均勻,所以小車在打點計時器打下A、E間各點時

3、做勻速直線運動。F至N點,相鄰兩點間間隔逐漸減小,且FG-GH=GH-HJ=HJ-JM=JM-MN,所以小車在打點計時器打下F、N間各點時做勻減速直線運動。vM=JM+MN2T=(7+6)×10-32×0.02m/s≈0.33m/s (2)由牛頓第二定律得:Ff-mgsinθ=ma,所以Ff=mgsinθ+ma。由于存在空氣阻力和紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦阻力,故測量的布面阻力偏大。 題型二　以“光電門”為中心的實驗 2.圖甲是實驗室測定水平面和小物塊之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置,曲面AB與水平面相切于B點且固定。帶有遮光條的小物塊自曲面上某一點釋放后沿水平面滑行最終停在C點,P為光電

4、計時器的光電門,已知當?shù)刂亓铀俣葹間。 甲 乙 (1)利用游標卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示,則遮光條的寬度d=　　　　cm;? (2)實驗中除了測定遮光條的寬度外,還需要測量的物理量有　　　　;? A.小物塊質量m B.遮光條通過光電門的時間t C.光電門到C點的距離x D.小物塊釋放點的高度h (3)為了減小實驗誤差,同學們采用圖像法來處理實驗數(shù)據(jù),他們根據(jù)(2)測量的物理量,建立如圖所示的坐標系來尋找關系,其中合理的是　　　　。? 答案　(1)1.060　(2)BC　(3)B 解析　(1)主尺的讀數(shù)是1.0cm,游標尺上的第12條刻度線與主尺的刻度線對

5、齊,讀數(shù)是0.05×12mm=0.60mm,則游標卡尺的讀數(shù)是10mm+0.60mm=10.60mm=1.060cm。 (2)實驗的原理:根據(jù)遮光條的寬度與遮光條通過光電門的時間可求得滑塊通過光電門時的速度v=dt;滑塊從B到C的過程中,摩擦力做功,根據(jù)動能定理得-μmgx=0-12mv2,聯(lián)立以上兩式得動摩擦因數(shù)μ=d22gxt2。則還需要測量的物理量是光電門P到C點的距離x與遮光條通過光電門的時間t,故B、C正確,A、D錯誤。 (3)由動摩擦因數(shù)的表達式可知,μ與t2和x的乘積成反比,所以x-1t2圖線是過原點的直線,應該建立1t2-x坐標系,故B項正確,A、C、D項錯誤。 跟蹤集訓

6、 1.為了探究加速度與力、質量的關系,甲、乙、丙三位同學分別設計了如圖所示的實驗裝置,小車總質量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器質量,丙圖中M包括小車和與小車相連的滑輪質量),鉤碼總質量用m表示。 甲 乙 丙 (1)三組實驗中需要平衡小車與長木板間摩擦力的是　　　　(用甲、乙、丙表示)。? (2)三組實驗中需滿足M?m關系的是　　　　。? (3)若采用圖甲所示方法研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量的關系”,M為小車總質量(其中小車自身質量用M0表示,車上所加砝碼質量用m0表示),所畫出的實驗圖像如圖所示。設圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,則小車受

7、到的拉力為F=　　　　,小車的質量為M0=　　　　。? 答案　(1)甲、乙、丙　(2)甲　(3)1k　bk 解析　(1)三組實驗都是用細線的拉力表示小車受到的合外力,所以都需要平衡摩擦力。 (2)甲圖中鉤碼的總質量對應的重力大小表示小車受到的合外力大小,乙圖中小車受到的合外力用力傳感器測出,丙圖中小車受到的合外力則是測力計示數(shù)的2倍,因此三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件。 (3)根據(jù)牛頓第二定律得F=(M0+m0)a,變形得1a=1Fm0+M0F,所以1a-m0圖線的斜率為1F,則k=1F,解得F=1k;縱軸截距M0F=b,解得小車質量M0=bk

8、。 2.(2017河北邯鄲摸底)某同學安裝如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。 甲 乙 (1)此實驗中,應當讓重物做　　　　　運動,　　　　(填“需要”或“不需要”)測出重物的質量。? (2)打點計時器所用交流電的頻率為50Hz,該同學選取如圖乙所示的一段紙帶,對BD段進行研究。求得B點對應的速度vB=　　　　m/s(保留兩位有效數(shù)字),若再求得D點對應的速度為vD,測出重物下落的高度為hBD,則還應計算　　　　與　　　　　　大小是否相等(填字母表達式)。? (3)該同學在上述實驗過程中存在的問題是?　;? 研究紙帶時存在的問題是　,? 實驗誤差可能較大。 答案　(1)自由落體　不需要 (2)0.19　ghBD　12(vD2-vB2) (3)重物距離桌面太近(或“紙帶打點過短”等與此類似的答案)　B、D兩點時間間隔過短 解析　(1)由實驗原理知,應讓重物在松開手后做自由落體運動。根據(jù)機械能守恒,mgΔh=12m(v22-v12),整理后,得gΔh=12(v22-12),所以不需要測量重物的質量。 (2)B點速度等于 AC段的平均速度,vB=AC2T≈0.19m/s。根據(jù)實驗原理知,還應計算ghBD與12(vD2-vB2),看兩者大小是否相等。 (3)重物距離桌面太近,紙帶打點過短;B、D兩點時間間隔太短,實驗誤差較大。 6