2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 物理實驗 專題突破練14 力學(xué)實驗.doc

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專題突破練14　力學(xué)實驗 (時間:45分鐘　滿分:100分) 1.(15分)(2018天津南開中學(xué)月考)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量一小車在斜面上的運動時的加速度。實驗過程如下:在斜面上鋪上白紙,用圖釘釘住;把滴水計時器固定在小車的末端,調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水計時器內(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)好的滴水計時器盛滿水,使水滴能滴入淺盤內(nèi);隨即在撤去淺盤的同時放開小車,于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運動規(guī)律的點跡;小車到達(dá)斜面底端時立即將小車移開。 圖乙為實驗得到的一條紙帶,用刻度尺量出相鄰點之間的距離是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,試問: (1)滴水計時器的原理與課本上介紹的　　　　　　　　　　原理類似。 (2)由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時間的瞬時速度v4=　　　　 m/s,計算小車的加速度a的表達(dá)式為　　　　　　　　　,計算結(jié)果為　　　　 m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 2.(15分)(2018廣東潮州測試)如圖所示裝置可以用來“探究加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”,也可以用來“探究功與速度變化的關(guān)系”和“驗證機(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)卡尺測量遮光條的寬度d,其示數(shù)如圖所示,則d=　　　　 mm。測出小車靜止時遮光條到光電門的距離為x,光電計時器讀出遮光條通過光電門的時間是t,則小車的加速度是　　　　　　　　。(用測量的符號表示) (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”的實驗,他通過改變小車釋放點到光電門的距離成倍增加進(jìn)行多次實驗,每次實驗時要求小車都由靜止釋放。 ①如果每次實驗時遮光條通過光電門的時間為t,通過描點作出線性圖象來反映合力做功與t的關(guān)系,則下圖中符合實驗事實的是(　　) ②下列實驗操作中必要的是(　　) A.調(diào)整軌道的傾角,在未掛重物時使小車能在軌道上做勻速直線運動 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 D.保持小車(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變 3.(15分)(2018福建四地六校月考)兩個實驗小組做了如下兩個實驗,請回答下列問題: (1)一個實驗小組在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力與彈簧長度的圖象如圖所示。下列表述正確的是(　　) A.a的原長比b的長 B.a的勁度系數(shù)比b的大 C.a的勁度系數(shù)比b的小 D.測得的彈力與彈簧的長度成正比 (2)另一個實驗小組利用圖甲實驗裝置探究“求合力的方法”實驗。 ①下列說法中正確的是(　　) A.在測量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和合力F的過程中,橡皮條結(jié)點O的位置不能變化 B.彈簧測力計拉細(xì)線時,拉力方向必須豎直向下 C.F1、F2和合力F的大小都不能超過彈簧測力計的量程 D.為減小測量誤差,F1、F2方向間夾角應(yīng)為90 ②彈簧測力計的指針如圖乙所示,由圖可知拉力的大小為　　　　 N; ③本實驗采用的科學(xué)方法是(　　) A.理想實驗法 B.控制變量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法 4.(18分)(2017山東日照模擬)裝有拉力傳感器的輕繩,一端固定在光滑水平轉(zhuǎn)軸O,另一端系一小球,空氣阻力可以忽略。設(shè)法使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動(如圖甲),通過拉力傳感器讀出小球在最高點時繩上的拉力大小是F1,在最低點時繩上的拉力大小是F2。某興趣小組的同學(xué)用該裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取? (1)小明同學(xué)認(rèn)為,實驗中必須測出小球的直徑,于是他用螺旋測微器測出了小球的直徑,如圖乙所示,則小球的直徑d=　　　　 mm。 (2)小軍同學(xué)認(rèn)為不需要測小球的直徑。他借助最高點和最低點的拉力F1、F2,再結(jié)合機(jī)械能守恒定律即可求得。小軍同學(xué)還需要測量的物理量有　　　　　(填字母代號)。 A.小球的質(zhì)量m B.輕繩的長度l C.小球運動一周所需要的時間T (3)根據(jù)小軍同學(xué)的思路,請你寫出重力加速度g的表達(dá)式　　　　　　。 5.(18分)(2018山西孝義一模)圖甲所示為“探究加速度與物體所受合力的關(guān)系”的實驗裝置。圖中A為小車,連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B,它們均置于一端帶有定滑輪的足夠長的木板上,P為鉤碼,C為彈簧測力計,繩與滑輪間的摩擦可以忽略。 甲 (1)實驗時一定要進(jìn)行的操作是　　　　(填選項前的字母)。 A.一端帶有定滑輪的長木板必須保持水平 B.小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄彈簧測力計的示數(shù) C.改變P的質(zhì)量,打出幾條紙帶 D.為減小誤差,實驗中一定要保證P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (2)按圖甲裝置(長木板水平放置)完成實驗,以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo),以加速度a為縱坐標(biāo),圖乙中畫出的a-F圖象可能正確的是　　　　(填選項字母)。若測出的a-F圖象的斜率為k,則小車的質(zhì)量為　　　　。 乙 6.(19分)(2018北京卷)用圖甲所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 甲 主要實驗步驟如下: a.安裝好實驗器材。接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿長木板運動,重復(fù)幾次。 b.選出一條點跡清晰的紙帶,找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t=0),然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點,如圖乙中A、B、C、D、E、F……所示。 乙 c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度,分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d.以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,在坐標(biāo)紙上描點,如圖丙所示。 丙 結(jié)合上述實驗步驟,請你完成下列任務(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)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點,請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點,并畫出v-t圖象。 (3)觀察v-t圖象,可以判斷小車做勻變速直線運動,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動。用平均速度ΔxΔt表示各計數(shù)點的瞬時速度,從理論上講,對Δt的要求是　　　　　(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”);從實驗的角度看,選取的Δx大小與速度測量的誤差　　　　　(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。 (5)早在16世紀(jì)末,伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計時,為此他設(shè)計了如圖丁所示的“斜面實驗”,反復(fù)做了上百次,驗證了他的猜想,請你結(jié)合勻變速直線運動的知識,分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。 丁  專題突破練14　力學(xué)實驗 1.答案 (1)打點計時器　(2)0.20　(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2　0.19 解析 (1)滴水計時器的原理與課本上介紹的打點計時器原理類似。 (2)計數(shù)點4所代表時間的瞬時速度 v4=s34+s45t35 =(3.65+4.41)10-220.2 m/s =0.201 5 m/s≈0.20 m/s 計算小車的加速度a的表達(dá)式為: a=(x56+x45+x34)-(x23+x12+x01)9T2 代入數(shù)據(jù)可得:a≈0.19 m/s2 2.答案 (1)5.50　d22xt2　(2)①D?、贑D 解析 (1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.0510 mm=0.50 mm,所以最終讀數(shù)d=5 mm+0.50 mm=5.50 mm。由題意可知,該實驗中小車做勻加速直線運動,因此有:v2=2ax,速度為:v=dt,聯(lián)立可得:a=d22xt2。 (2)據(jù)題意可知,“探究合力的功與動能改變關(guān)系”的實驗,他通過成倍增加位移的方法來進(jìn)行驗證,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)動能定理可得:W=12mv2=12md2t2,由此可知W∝1t2,故選D。由于該實驗是通過成倍增加位移的方法來進(jìn)行驗證,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錯誤,CD正確。 3.答案 (1)B　(2)①AC?、?.00?、跜 解析 (1)在圖象中橫截距表示彈簧的原長,故b的原長比a的長,故A錯誤;在圖象中斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k,故a的勁度系數(shù)比b的大,故B正確、C錯誤;彈簧的彈力滿足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故D錯誤。 (2)①要保證兩個彈簧測力計的拉力與一個彈簧測力計的拉力效果相同,橡皮條要沿相同方向伸長量相同,則O點的位置應(yīng)固定,可以用一個彈簧測力計代替所掛鉤碼完成實驗,故A正確;本實驗是在水平面作力的圖示,為了減小誤差,彈簧測力計必須保持與木板平行,橡皮條及掛鉤碼的細(xì)繩必須在同一平面內(nèi),彈簧測力計拉細(xì)線時,拉力方向不一定要豎直向下,故B錯誤;在測量的過程中F1、F2和合力F的大小都不能超過彈簧測力計的量程,故C正確;本實驗只要使兩次效果相同就行,兩個彈簧測力計拉力的方向沒有限制,并非一定要夾角為90不變,故D錯誤。 ②由圖乙彈簧測力計的指針指示可知,拉力F的大小為4.00 N。 ③本實驗中,合力產(chǎn)生的效果與兩個分力產(chǎn)生的效果是相同的,所以采用的科學(xué)方法是等效替代法。所以C正確。 4.答案 (1)5.695　(2)A　(3)F2-F16m 解析 (1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)5.5 mm,可動刻度讀數(shù)為0.0119.5 mm=0.195 mm,所以最終讀數(shù)為固定刻度讀數(shù)+可動刻度讀數(shù)=5.5 mm+0.195 mm=5.695 mm。 (2)(3)由牛頓第二定律,在最高點,則有F1+mg=mv12r,而在最低點,則有F2-mg=mv22r;再依據(jù)機(jī)械能守恒定律,則有12mv22=12mv12+2mgr,聯(lián)立上式,解得g=F2-F16m,因此已知最高點和最低點的拉力F1、F2,小軍同學(xué)還需要測量的物理量有小球的質(zhì)量m,故A正確,B、C錯誤;根據(jù)小軍同學(xué)的思路,重力加速度g的表達(dá)式為g=F2-F16m。 5.答案 (1)BC　(2)A　1k 解析 (1)該實驗要平衡摩擦力,一端帶有定滑輪的長木板要傾斜,故A項錯誤。為提高打點的個數(shù),小車靠近打點計時器,打點計時器的使用要先接通電源后釋放小車,故B項正確。改變P的質(zhì)量,打出幾條紙帶,得到不同拉力作用下的加速度,故C項正確。由于該實驗的連接方式,小車是在繩的拉力下加速運動,此拉力可由測力計示數(shù)獲得,不需要用重物的重力來代替,則不要求重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,故D項錯誤。故答案為BC。 (2)若沒有平衡摩擦力,則當(dāng)F≠0時,a=0;也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0;且實驗中物體的加速度與合外力成正比,圖線應(yīng)為直線。所以a-F圖象可能正確的是圖線A。據(jù)牛頓第二定律F-f=ma,解得:a=Fm-fm,對比圖象可得:1m=k,則小車質(zhì)量m=1k。 6.答案 (1)A　C (2)圖見解析 (3)小車的速度隨時間均勻變化　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,那么它通過的位移x∝t2。因此,只要測量小球通過不同位移所用的時間,就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。 解析 (1)打點計時器需要使用交流電源,選A不選B,由于需要測量長度,所以選C,本實驗用打點計時器計時,故不需要秒表,本實驗不需要測量質(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求瞬時速度,Δt越小越好。 (5)如果速度隨時間是均勻變化的,那么位移x將與時間t的二次方成正比,所以只要測出不同時間內(nèi)的位移和時間,看x1t12=x2t22=x3t32=…是否成立,如果成立就可以檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。