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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題五 高考物理實(shí)驗 第11講 力學(xué)實(shí)驗提升訓(xùn)練
1.(xx·鹽城市高三模擬)(1)小明同學(xué)到實(shí)驗室去做“驗證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗時看見實(shí)驗桌上有一把20分度的游標(biāo)卡尺,他立即用游標(biāo)卡尺測量了鋼筆套的長度,如圖1所示,則鋼筆套的長度為________mm。
圖1
(2)隨后小明開始做“驗證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗,在水平放置的木板上墊上一張白紙,把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn),橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套,如圖2甲所示。先用兩個彈簧測力計鉤住細(xì)繩套,互成角度拉橡皮條使之伸長,結(jié)點(diǎn)到某一位置O,此時記下兩個彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2和兩細(xì)繩的方向。請完成
2、下列問題:
①F1的讀數(shù)如圖乙所示(只畫出了彈簧測力計的一部分),則F1=________N。
圖2
②小明再用一個彈簧測力計鉤住細(xì)繩套把橡皮條位長,應(yīng)該使結(jié)點(diǎn)拉到________,記下彈簧測力計的讀數(shù),并記下________。
③在本實(shí)驗中,若保持F1和F2的大小不變,則關(guān)于這兩個力的合力的說法中正確的是( )
A.合力F的大小隨F1與F2夾角的增大而增大
B.F1和F2的夾角在0°到180°之間時,夾角越小,合力F越大
C.F1或F2的大小總是小于合力F的大小
D.合力F的大小不一定大于F1或F2的大小
解析 (1)由題圖甲,游標(biāo)尺上的第11條刻線與主尺上21 mm
3、刻線對齊,且游標(biāo)尺為20分度,故鋼筆套的長度為10 mm+0.5×11 mm=10.55 mm。(2)①彈簧測力計的最小格為0.1 N,需向下一位估讀,讀數(shù)為1.23 N。②合力與兩個分力的作用效果相同,故兩次將橡皮條應(yīng)拉至同一位置O;力是矢量,應(yīng)同時記錄力的大小和方向。③F1與F2大小不變時,兩力的夾角越小,合力越大,選項A錯誤,選項B正確;合力與分力是等效替代的關(guān)系,但合力不一定大,分力也不一定小,選項C錯誤,選項D正確。
答案 (1)10.55 (2)①1.22~1.24?、谕晃恢肙 細(xì)繩的方向?、跙D
2.(xx·浙江理綜,21)甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗,乙同學(xué)準(zhǔn)備
4、做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗。
圖3
(1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗器材,甲同學(xué)需在圖中選用的器材________;乙同學(xué)需在圖中選用的器材________。(用字母表示)
圖4
(2)某同學(xué)在實(shí)驗室選齊所需器材后,經(jīng)正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”),其加速度大小為________。
解析 (1)“驗證機(jī)械能守恒定律”一般采用重錘自由落體運(yùn)動,使用紙帶法測速度,所以要用到重錘和電火花打點(diǎn)計時器,即A、B;“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗一般以小車為研究對象,需改變小車質(zhì)量,要用到紙帶法測加速度,所
5、以需要電火花計時器、小車、鉤碼,即B、D、E。
(2)紙帶①相鄰相等時間位移之差Δx1=0.1 cm,而②紙帶的Δx2=0.05 cm,由a=可知①紙帶加速度大,且可算得a== m/s2=2.5 m/s2。
答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2
3.(xx·金麗衢十二校高三聯(lián)考)用如圖5所示的實(shí)驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗所用的電源為學(xué)生電源,輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落,重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn),對圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量,即可驗證機(jī)械能守恒定律。
圖5
(1)下面列舉了該實(shí)驗的幾個操作步驟:
A.按照圖示
6、的裝置安裝器件;
B.將打點(diǎn)計時器接到電源的“直流輸出”上;
C.用天平測出重錘的質(zhì)量;
D.先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶;
E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離;
F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。
其中沒有必要進(jìn)行的步驟是________,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________。
(2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶,選取紙帶上的連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E,測出各點(diǎn)之間的距離如圖6所示。使用電流的頻率為f,則計算重錘下落的加速度的表達(dá)式a=________。(用s1、s2、s3、s4及f表示)
(3)在驗證機(jī)
7、械能守恒定律的實(shí)驗中發(fā)現(xiàn),重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能,其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用,可以通過該實(shí)驗裝置測阻力的大小。若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。還需要測量的物理量是________,試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示重錘和紙帶在下落的過程中AE段受到的平均阻力大小F=________。
圖6
解析 (1)步驟C不必要,重錘的質(zhì)量不需要測量,因為等式mgh=mv2兩邊把質(zhì)量約掉了;打點(diǎn)計時器使用的是低壓交流電源,所以步驟B是錯誤的。
(2)為了減小實(shí)驗誤差,可以采用逐差法求加速度,有:s4-s2=2at2,s3-s1=2at2
由以上兩式得a=;
(3
8、)由牛頓第二定律mg-F=ma可知,要測阻力的大小,還要測重錘的質(zhì)量m,將加速度表達(dá)式代入,即得F=m[g-]。
答案 (1)C B (2)
(3)重錘的質(zhì)量m m[g-]
4.在“探究物體運(yùn)動加速度與外力關(guān)系”實(shí)驗中,
(1)某些同學(xué)不能得到當(dāng)小車的質(zhì)量一定時加速度a與作用力F成正比的正確圖線,而是得出下列圖線,請分別說出得到圖中A、B、C三種圖的原因。
得到A圖的原因是___________________________________________________________;
得到B圖的原因是___________________________________
9、________________________;
得到C圖的原因是___________________________________________________________。
(2)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗之前,將實(shí)驗器材組裝如圖7所示,請你指出該裝置中的錯誤或不妥之處(只需指出二處錯誤或不妥之處)__________________________________
___________________________________________________________________________。
圖7
(3)如圖8為某同學(xué)實(shí)驗中獲得的一條紙帶,
10、A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點(diǎn),每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距s=________ cm;C點(diǎn)對應(yīng)的速度是vC=________ m/s;加速度是a=________m/s2(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
圖8
解析 (1)A圖與縱軸有交點(diǎn),說明沒有拉力時就產(chǎn)生了加速度,即平衡摩擦力時木板抬起角度偏大;B圖與橫軸有交點(diǎn),說明拉力小時沒有加速度,拉力增大到一定值時才有加速度,說明平衡摩擦力時木板抬起角度偏??;C圖雖過原點(diǎn)但力F大時發(fā)生彎曲,不滿足正比關(guān)系,即懸掛砂和砂桶的質(zhì)量偏大,不滿足m?M,不能忽略砂和砂桶的質(zhì)量;(2)實(shí)驗電源應(yīng)該是4~6 V交流電;
11、小車應(yīng)停靠在打點(diǎn)計時器附近;應(yīng)該抬起木板右端用來平衡摩擦力;(3)由圖象可讀出AB之間的距離s=0.70 cm;由于相鄰計數(shù)點(diǎn)間有四個點(diǎn)沒有畫出,所以相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1 s,而C點(diǎn)的速度vC==0.1 m/s;根據(jù)加速度一定時物體在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為一恒量,即aT2=xCD-xBC,得a=0.20 m/s2。
答案 (1)平衡摩擦力時木板抬起角度偏大
平衡摩擦力時木板抬起角度偏小
懸掛砂和砂桶的質(zhì)量偏大,不滿足m?M
(2)電源應(yīng)該是4~6 V交流電;小車應(yīng)該??吭诖螯c(diǎn)計時器附近;沒有抬起木板右端用來平衡摩擦力。
(3)0.70 0.10 0.20
5.
12、為了探究在橡皮條彈力作用下小車的運(yùn)動,某同學(xué)設(shè)計了如圖9甲所示的實(shí)驗,由靜止釋放小車,小車在處于伸長狀態(tài)的橡皮條彈力的作用下向左運(yùn)動,打點(diǎn)計時器打下的紙帶如圖乙所示。0計數(shù)點(diǎn)為打下的第一個點(diǎn),該同學(xué)在測出計數(shù)點(diǎn)2、3、4到起點(diǎn)0的距離x1、x2、x3后,將紙帶由圖示位置剪斷,將每段紙帶的下端對齊,依次并排粘貼在直角坐標(biāo)系中,連接各段紙帶上端的中點(diǎn)畫光滑曲線如圖10所示。對該實(shí)驗結(jié)果的研究可知:
圖9
(1)在有橡皮條彈力作用時,小車做加速度________的運(yùn)動。
圖10
A.不斷減小
B.不斷增大
C.先增大后減小
D.先減小后增大
(2)小車的最大速度出現(xiàn)在計數(shù)點(diǎn)_
13、_______、________之間,設(shè)打點(diǎn)周期為T,則由紙帶測量數(shù)據(jù)可估算小車的最大速度vm=________,該估算值________(選填“等于”、“大于”或“小于”)小車最大速度的真實(shí)值。
解析 (1)依題意,圖10可看作v-t圖象,由圖中曲線可知,小車速度達(dá)到最大后做減速運(yùn)動,說明小車與桌面間有摩擦力,因此小車的加速度a=。在橡皮條彈力F的作用下,小車向左運(yùn)動,橡皮條伸長量減小,彈力減小,當(dāng)彈力F減小到等于摩擦力Ff時,加速度為零,此時橡皮條仍然處于伸長狀態(tài),之后由于彈力小于摩擦力小車做減速運(yùn)動,在彈力為零后小車只受摩擦力而做勻減速運(yùn)動,圖線為直線。故在橡皮條彈力作用下,小車先加速
14、后減速,加速度先減小后反向增大,D選項正確。
(2)在相同時間T內(nèi),速度越大,位移越大,因此小車的最大速度出現(xiàn)在位移大的一段,即計數(shù)點(diǎn)2、3之間。最大速度接近并大于計數(shù)點(diǎn)2、3之間的平均速度,可以用vm=來估算。
答案 (1)D (2)2 3 小于
6.(xx·新課標(biāo)全國卷Ⅱ,22)某同學(xué)用圖11(a)所示的實(shí)驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50 Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示,圖中標(biāo)出了五個連續(xù)點(diǎn)之間的距離。
圖11
(1)物塊下滑時的加速度a=________ m/s2,打C點(diǎn)時物塊的速度v=________ m/
15、s;
(2)已知重力加速度大小為g,為求出動摩擦因數(shù),還必須測量的物理量是________(填正確答案標(biāo)號)。
A.物塊的質(zhì)量
B.斜面的高度
C.斜面的傾角
解析 根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知,
加速度a==3.25 m/s;
打C點(diǎn)時物塊的速度vC=≈1.79 m/s
(2)由牛頓第二定律得加速度a=gsin θ-μgcos θ,所以要求出動摩擦因數(shù),還必須測量的物理量是斜面的傾角。
答案 (1)3.25 1.79 (2)C
7.某同學(xué)用如圖12甲所示的實(shí)驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”。
(1)實(shí)驗時,必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學(xué)是這樣操作的:如圖乙,將小車
16、靜止地放在水平長木板上,并連著已穿過打點(diǎn)計時器的紙帶,調(diào)整木板右端的高度,接通電源,用手輕撥小車,讓打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列______________________的點(diǎn),說明小車在做__________________運(yùn)動。
圖12
(2)如果該同學(xué)先如(1)中的操作,平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力為F,在小車質(zhì)量M保持不變情況下,不斷往桶里加砂,砂的質(zhì)量最終達(dá)到M,測小車加速度a,作a-F的圖象。下列圖線正確的是________。
(3)設(shè)紙帶上計數(shù)點(diǎn)的間距為s1和s2。如圖13為用米尺測量某一紙帶上的s1、s2的情況,從圖中可讀出s1=3.10 cm,s2=________cm,已知打點(diǎn)計時器的頻率為50Hz,由此求得加速度的大小a=________m/s2。
圖13
解析 (1)當(dāng)打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列均勻分布的點(diǎn)跡時,說明小車做勻速直線運(yùn)動。
(2)設(shè)砂和砂桶的總質(zhì)量為m,繩的拉力為FT,由牛頓第二定律對小車得FT=Ma,對砂和砂桶得mg-FT=ma,當(dāng)m較大時,F(xiàn)T<mg,則a=<,故C項正確。
(3)s2=9.60 cm-4.10 cm=5.50 cm
a==m/s2=2.40 m/s2
答案 (1)點(diǎn)跡均勻 勻速 (2)C (3)5.50 2.40