2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)集訓(xùn)13 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）

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1、專題限時(shí)集訓(xùn)(十三) (建議用時(shí)：40分鐘) [專題通關(guān)練] 1．(易錯(cuò)題)如圖所示的裝置可以做許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)．以下說(shuō)法正確的是(　　) A．利用此裝置測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，需要調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜度來(lái)平衡摩擦力 B．利用此裝置做研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響 C．利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度 D．利用此裝置驗(yàn)證“系統(tǒng)機(jī)械能守恒”時(shí)，不必適當(dāng)墊高木板左端以消除小車和木板間的摩擦阻力的影響 E．利用此裝置探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”時(shí)、應(yīng)將木板帶打點(diǎn)

2、計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受阻力的影響 BCE　[利用此裝置測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，不需要平衡摩擦力，否則無(wú)法探究物塊與木板間的摩擦力和動(dòng)摩擦因數(shù)，故A錯(cuò)誤；利用此裝置做研究勻變速的直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)即可，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故B正確；利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)增減小車上砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度，故C正確；只有重力或只有彈力做功時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，利用此裝置驗(yàn)證“系統(tǒng)機(jī)械能守恒”時(shí)，必須適當(dāng)墊高木板左端以消

3、除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故D錯(cuò)誤；利用此裝置探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”時(shí)，應(yīng)平衡摩擦力，應(yīng)將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受阻力的影響，故E正確；故選B、C、E。] 2．(易錯(cuò)題)如圖所示為接在50 Hz低壓交流電源上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在一物體拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打出的一條紙帶，每打5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，但第3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)沒(méi)有畫出。由圖中數(shù)據(jù)可求得： (1)該物體的加速度大小為________m/s2。 (2)打第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)該物體的速度大小為________m/s。 (3)如果當(dāng)時(shí)交變電流的頻率是f＝49 Hz，而做

4、實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 [解析]　(1)設(shè)1、2兩點(diǎn)間的位移為x1,2、3兩點(diǎn)間的位移為x2,3、4兩點(diǎn)間的位移為x3,4、5兩點(diǎn)間的位移為x4。因?yàn)榻涣麟娫搭l率為50 Hz，且每打5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，所以兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.1 s；由xm－xn＝(m－n)aT2得x4－x1＝3aT2，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.74 m/s2。 (2)打第2個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度等于打1、3兩點(diǎn)之間物體的平均速度，因此有v2＝＝×10－2 m/s＝0.399 m/s。 (3)如果當(dāng)時(shí)交變電流的頻率是f＝49 Hz，則

5、周期變大，計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔變大，即任意相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間實(shí)際的時(shí)間間隔大于0.1 s，但是該同學(xué)仍以0.1 s計(jì)算，根據(jù)x4－x1＝3aT2，知加速度的測(cè)量值比實(shí)際值偏大。 [答案]　(1)0.74　(2)0.399　(3)偏大 3．(2019·福建廈門質(zhì)檢)某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。其實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿光滑水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為M1； b．在釘子上分別套上2條、3條、4條、……同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，重復(fù)步驟a，小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4、…； c．測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)

6、處理。 (1)為求出小物塊從桌面拋出時(shí)的動(dòng)能，需測(cè)量下列物理量中的________(填答案標(biāo)號(hào)，g已知)。 A．小物塊的質(zhì)量m B．橡皮筋的原長(zhǎng)x C．橡皮筋的伸長(zhǎng)量Δx D．桌面到地面的高度h E．小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L (2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、…，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、…。若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)，________為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線。 (3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于________。(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”) [解析]　(1

7、)根據(jù)小物塊從桌面拋出后豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，可得h＝gt2，解得t＝，根據(jù)小物塊從桌面拋出后水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可得小物塊做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0＝＝L，小物塊從桌面拋出時(shí)的動(dòng)能Ek＝mv＝，所以需測(cè)量的物理量有小物塊的質(zhì)量m，桌面到地面的高度h，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L，選項(xiàng)A、D、E符合題意。 (2)由Ek＝可知，以W為縱坐標(biāo)、L2為橫坐標(biāo)作圖，可得到一條直線。 (3)因?yàn)樾∥飰K與桌面間的摩擦力在每一次過(guò)程中都存在，且摩擦力不變，每一次摩擦力對(duì)物體都做負(fù)功，所以由此引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差。 [答案]　(1)ADE　(2)L2　(3)系統(tǒng)誤差 4．(2019·黑龍江

8、高三聯(lián)考)某研究性學(xué)習(xí)小組做“驗(yàn)證動(dòng)能定理”和“測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睂?shí)驗(yàn)，采用了如圖甲所示的裝置，其中物塊甲的質(zhì)量m1＝50 g、物塊乙的質(zhì)量m2＝150 g，開始時(shí)保持裝置靜止，然后釋放物塊乙，乙可以帶動(dòng)甲拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證動(dòng)能定理。某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖乙所示，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出，所用交流電頻率為50 Hz。 (1)系統(tǒng)的加速度大小為________m/s2，在打下0～5的過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J。 (2)忽略一切阻力的情況下，用v表示打下某點(diǎn)時(shí)的速度，用h表示該點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離，某同學(xué)作出

9、的-h圖象如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2。 甲　　　　　 乙 丙 [解析]　(1)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔t＝5×＝0.1 s，由Δx＝at2，可得系統(tǒng)的加速度大小為a＝4.8 m/s2。打下5時(shí)系統(tǒng)的速度大小v5＝×10－2 m/s＝2.4 m/s，在打下0～5的過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝(m1＋m2)v＝0.576 J。(2)忽略一切阻力，則有(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，代入數(shù)據(jù)，化簡(jiǎn)得＝gh，作出的-h圖象的斜率k＝g＝ m/s2，解得重力加速度g＝9.7 m/s2。 [答案]　(1)4.8　0

10、.576　(2)9.7 [能力提升練] 5．(2019·河北五校聯(lián)考)某興趣小組的同學(xué)看見(jiàn)一本物理書上說(shuō)“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為x時(shí)彈性勢(shì)能為Ep＝kx2?！睘榱蓑?yàn)證這個(gè)結(jié)論，該小組就嘗試用“研究加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖甲)設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)步驟： A．將長(zhǎng)木板放置在水平桌面上，并將其右端適當(dāng)墊高，在它的左端固定一輕質(zhì)彈簧，通過(guò)細(xì)繩與小車左端相連，小車的右端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶； B．將彈簧拉伸x后用插銷鎖定，測(cè)出其伸長(zhǎng)量x； C．合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開關(guān)后，拔掉插銷解除鎖定，小車在彈簧作用下運(yùn)動(dòng)到左端； D．在紙帶上某處選取合適的A點(diǎn)，測(cè)出小

11、車獲得的速度v； E．取不同的x重復(fù)以上步驟多次，記錄數(shù)據(jù)并利用功能關(guān)系分析結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)中已知小車的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，則： (1)將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，其作用是____________________。 (2)在步驟D中，所選取的A點(diǎn)位置應(yīng)在圖乙中的________段(選填“s1”“s2”或“s3”)。 (3)若Ep＝kx2成立，則實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出物理量x與m、k、v關(guān)系式是x＝________。 [解析]　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，為了讓彈簧的彈力更加接近于小車受到的合外力，長(zhǎng)木板右端需要適當(dāng)墊高，其作用是平衡摩擦力；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，s2段點(diǎn)間距均勻，為勻速直線運(yùn)動(dòng)

12、階段，說(shuō)明小車速度達(dá)到最大，故紙帶上A點(diǎn)位置應(yīng)在s2段；(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，由機(jī)械能守恒定律有： Ep＝kx2＝mv2 解得：x＝v。 [答案]　(1)平衡摩擦力　(2)s2　(3)v 6．(2019·湖南五市第二次聯(lián)考)在沒(méi)有天平的情況下，實(shí)驗(yàn)小組利用以下方法對(duì)質(zhì)量進(jìn)行間接測(cè)量。裝置如圖甲所示：一根輕繩跨過(guò)輕質(zhì)定滑輪與兩個(gè)相同的重物P、Q相連，重物P、Q的質(zhì)量均為m(已知)，在重物Q的下面通過(guò)輕質(zhì)掛鉤懸掛待測(cè)物塊Z，重物P的下端與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。 (1)某次實(shí)驗(yàn)中，先接通頻率為50 Hz的交流電源，再由靜止釋

13、放系統(tǒng)，得到如圖乙所示的紙帶，則系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)。 (2)在忽略阻力的情況下，物塊Z質(zhì)量M的表達(dá)式為M＝________(用字母m，a，g表示)。 (3)由(2)中理論關(guān)系測(cè)得的質(zhì)量為M，而實(shí)際情況下，空氣阻力，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦，定滑輪中的滾動(dòng)摩擦不可以忽略，使物塊Z的實(shí)際質(zhì)量與理論值M有一定差異，這是一種________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。 [解析]　(1)根據(jù)逐差法得 a＝ ＝8.00 m/s2。 (2)由Mg＝(M＋2m)a，得到M＝。 (3)由M實(shí)g－f＝(M實(shí)＋2m)a，得到M實(shí)＝，實(shí)際質(zhì)量總是大于理

14、論值M，這是實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差。 [答案]　(1)8.00　(2)　(3)系統(tǒng)誤差 題號(hào) 內(nèi)容 押題依據(jù) 核心考點(diǎn) 核心素養(yǎng) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置即可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，又可驗(yàn)證動(dòng)能定理、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)等 科學(xué)探究：立足教材基礎(chǔ)，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新 物理興趣小組的同學(xué)用圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，電源的頻率為50 Hz，重錘的質(zhì)量為m＝1.0 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2，他們通過(guò)正確的實(shí)驗(yàn)操作得到了如圖乙所示的紙帶。為了驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，該小組同學(xué)采用了以下兩種方法。 (1)方法一：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)5時(shí)重錘的瞬時(shí)速

15、度為________m/s，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)0和5的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的變化量為ΔEp＝________J，若重錘動(dòng)能的變化量為ΔEk＝________J，若它們近似相等，則可知重錘的機(jī)械能守恒。 (2)方法二：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)2時(shí)重錘的瞬時(shí)速度為________m/s，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)2和5的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的變化量為ΔE′p＝________J，重錘動(dòng)能的變化量為ΔE′k＝________J，若它們近似相等，則可知重錘的機(jī)械能守恒。 (3)以上兩種方法，你認(rèn)為________(選填“方法一”或“方法二”)誤差小。 [解析]　(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中某段時(shí)間內(nèi)的

16、平均速度等于該段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)5時(shí)重錘下落的速度v5＝＝1.155 m/s，則在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)0和5的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的變化量ΔEp＝mgh5＝0.659 J，動(dòng)能的變化量ΔEk＝mv＝0.667 J。(2)v2＝＝0.575 m/s，ΔE′p＝mg(h5－h(huán)2)＝0.508 J，ΔE′k＝m(v－v)＝0.502 J。 (3)重錘剛下落的時(shí)候運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，方法二避開了剛開始的一段紙帶，故方法二誤差比較小。 [答案]　(1)1.155　0.659　0.667　(2)0.575　0.508　0.502　(3)方法二 - 7 -