（廣西專用）2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）

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1、專題能力訓(xùn)練14　力學(xué)實(shí)驗(yàn) (時(shí)間:45分鐘　滿分:100分) 1.(10分)(2018·全國(guó)卷Ⅰ)如圖甲所示,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置,簡(jiǎn)化為圖中的指針。 現(xiàn)要測(cè)量圖甲中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒(méi)有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為　　　　　cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為　　　　　N/m(保留3

2、位有效數(shù)字)。? 答案:3.775　53.7 解析:①主尺讀數(shù)3.7cm,即37mm,游標(biāo)第15刻度與主尺對(duì)齊,所以總讀數(shù)為37mm+15×120mm=37.75mm=3.775cm; ②由F=kΔx得 k=FΔx=mgx2-x1=0.100×9.8(3.775-1.950)×10-2N/m≈53.7N/m。 2.(14分)(2019·全國(guó)卷Ⅱ)如圖甲所示,某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有:鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、刻度尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等。回答下列問(wèn)題: 甲 (1)鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=　　　　　(用木板與水平面的夾

3、角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。? (2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)整木板與水平面的夾角使θ=30°。接通電源,開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放鐵塊,鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶,如圖乙所示。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。重力加速度取9.80 m/s2?？梢杂?jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為　　　　　(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位)。? 乙 答案:(1)gsinθ-agcosθ　(2)0.35 解析:(1)對(duì)鐵塊受力分析得 mgsinθ-μmgcosθ=ma 所以μ=gsinθ-agcosθ。 (2)根據(jù)逐差法求加速度 a=[76.39

4、-31.83-(31.83-5.00)]×10-29T2m/s2 =17.73×10-29×0.12m/s2=1.97m/s2, μ=gsinθ-agcosθ=9.80×0.5-1.979.80×0.866≈0.35。 3.(14分)(2019·浙江4月)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要下列哪個(gè)器材　　　　。? A.彈簧測(cè)力計(jì)　　　　　 B.重垂線 C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (2)做實(shí)驗(yàn)時(shí),讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng),通過(guò)描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。下列一些操作要求,正確的是　　　　(多選)。? A.每次必須由同一位置靜止釋放小球 B.每次必須嚴(yán)格地

5、等距離下降記錄小球位置 C.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸 D.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些 (3)若用頻閃攝影的方法來(lái)驗(yàn)證小球在平拋運(yùn)動(dòng)中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng),記錄下如圖所示的頻閃照片。在測(cè)得x1,x2,x3,x4后,需要驗(yàn)證的關(guān)系是? 　。? 已知頻閃周期為T,用下列計(jì)算式求得的水平速度,誤差較小的是　　　　。? A.x1T B.x22T C.x33T D.x44T 答案:(1)B　(2)ACD　(3)x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1　D 解析:(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重垂線來(lái)確定豎直方向,不需要彈簧測(cè)力計(jì)和打點(diǎn)計(jì)

6、時(shí)器,故選B項(xiàng)。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)每次必須由同一位置靜止釋放小球,以保證小球到達(dá)最低點(diǎn)的速度相同,A項(xiàng)正確;每次不一定嚴(yán)格地等距離下降記錄小球位置,B項(xiàng)錯(cuò)誤;小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸,否則會(huì)改變運(yùn)動(dòng)軌跡,選項(xiàng)C正確;記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些,以減小誤差,D項(xiàng)正確。(3)因相鄰兩位置的時(shí)間間隔相同,則若小球在平拋過(guò)程中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng),則應(yīng)滿足x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1;由小球最后一個(gè)位置與第一個(gè)位置的水平距離計(jì)算求得的水平速度誤差較小,則用x44T計(jì)算式求得的水平速度誤差較小,故選D項(xiàng)。 4.(14分)某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則,設(shè)計(jì)了

7、如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2。 (1)主要實(shí)驗(yàn)步驟如下: ①?gòu)椈蓽y(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F; ②彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn),此時(shí)繩套1沿0°方向,繩套2沿120°方向,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1; ③根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算此時(shí)繩套1的拉力F1'=　　　　　　　　;? ④比較　　　　　　　　　,即可初步驗(yàn)證;? ⑤只改變繩套2的方向,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。 (2)保持繩套2方向不變,

8、繩套1從圖示位置向下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°,此過(guò)程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng),關(guān)于繩套1的拉力大小的變化,下列結(jié)論正確的是　　　　。? A.逐漸增大　　 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 答案:(1)F3　F1和F1'　(2)D 解析:(1)根據(jù)平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力F1'=Ftan30°=F3,通過(guò)比較F1和F1',在誤差范圍內(nèi)相同,則可初步驗(yàn)證。 (2)繩套1在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,合力保持不變,根據(jù)平行四邊形定則畫出圖像,如圖所示: 根據(jù)圖像可知,繩套1的拉力大小先減小后增大,故D正確。 5.(16分)(1)下圖螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為　　　 mm。? 圖中游標(biāo)

9、卡尺的讀數(shù)是　　　 cm。? (2)用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1=50 g、m2=150 g,則(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) ①在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v=　　　 m/s。? ②在打下點(diǎn)“0”到點(diǎn)“5”過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk=　　　　　　 J,系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp=　　 J(計(jì)算時(shí)g取10 m/s2

10、)。由此得出的結(jié)論:　?　。? ③若某同學(xué)作出v22-h圖像如圖所示,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=　　　 m/s2。? 答案:(1)5.670　1.050　(2)①2.4　②0.58　0.60　在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒　③9.7 解析:(1)5.5mm+17.0×0.01mm=5.670mm,注意讀可動(dòng)刻度時(shí)要估讀一位;游標(biāo)卡尺讀數(shù)1cm+10×0.05mm=1.050cm。 (2)由瞬時(shí)速度與平均速度的關(guān)系式v5=v=x4~62T=2.4m/s,ΔEk=12(m1+m2)v52=0.58J,重物m1上升h5=60.00cm=0.60m,重物m2下降0.60m,系統(tǒng)

11、重力勢(shì)能的減少量ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.60J。在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機(jī)械能守恒表達(dá)式12(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,得v22=m2-m1m2+m1gh,可知圖線的斜率k=m2-m1m2+m1g=5.821.20=4.85,解得g=9.7m/s2。 6.(16分)下圖為一彈簧彈射裝置,在內(nèi)壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧,彈簧壓縮并鎖定,在金屬管兩端各放置一個(gè)金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)?，F(xiàn)解除彈簧鎖定,兩個(gè)小球同時(shí)沿同一直線向相反方向彈射。然后按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn): ①用天平測(cè)出兩球質(zhì)量m

12、1、m2; ②用刻度尺測(cè)出兩管口離地面的高度h; ③記錄兩球在水平地面上的落點(diǎn)P、Q。 回答下列問(wèn)題: (1)要測(cè)定彈射裝置在彈射時(shí)所具有的彈性勢(shì)能,還需測(cè)量的物理量有　　　　。(已知重力加速度g)? A.彈簧的壓縮量Δx B.兩球落點(diǎn)P、Q到對(duì)應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2 C.小球直徑 D.兩球從管口彈出到落地的時(shí)間t1、t2 (2)根據(jù)測(cè)量結(jié)果,可得彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep=　　　　　　。? (3)由上述測(cè)得的物理量來(lái)表示,如果滿足關(guān)系式　　　　　　,就說(shuō)明彈射過(guò)程中兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。? 答案:(1)B　(2)m1gx124h+m2gx224h　(3)m1x

13、1=m2x2 解析:(1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,彈簧的彈性勢(shì)能等于兩球得到的初動(dòng)能之和,而要求解初動(dòng)能必須還要知道兩球彈射的初速度v0,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知v0=x2hg,故還需要測(cè)出兩球落點(diǎn)P、Q到對(duì)應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2; (2)小球被彈開時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=12mv02=mgx24h,故彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep=12m1v12+12m2v22=m1gx124h+m2gx224h;　 (3)如果滿足關(guān)系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就說(shuō)明彈射過(guò)程中兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 7.(16分)在探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組組裝了一套如圖甲所示的裝置,拉力傳感

14、器固定在小車上,一端與細(xì)繩相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶與小車尾部相連接,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T,實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下: 甲 (1)平衡小車所受的阻力:不掛鉤碼,調(diào)整木板右端的高度,用手輕推小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列　　　　　　　　　　的點(diǎn)。? (2)測(cè)量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量m,按圖組裝好儀器,并連接好所需電路,將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,先接通拉力傳感器和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,然后　　　　　　　　　　,打出一條紙帶,關(guān)閉電源。? (3)在打出的紙帶中選擇一條比較理想的紙帶如圖乙所示,在紙帶上按打點(diǎn)先后順序依次取O、A、B、C、D、E等多個(gè)計(jì)

15、數(shù)點(diǎn),各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)間的距離分別用hA、hB、hC、hD、hE、…表示,則小車和拉力傳感器在計(jì)時(shí)器打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式為　　　　　　　　,若拉力傳感器的讀數(shù)為F,計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)到打下D點(diǎn)過(guò)程中,細(xì)繩拉力對(duì)小車所做功的表達(dá)式為　　　　　　　。? 乙 (4)某同學(xué)以A點(diǎn)為起始點(diǎn),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)動(dòng)能的增量ΔEk為縱坐標(biāo),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)拉力對(duì)小車所做的功W為橫坐標(biāo),得到一條過(guò)原點(diǎn)的斜率為1的直線,由此可以得到的結(jié)論是? 　。? 答案:(1)間距相等　(2)釋放小車　(3)m(hE-hC)28T2　F(hD-hA) (4)外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量 解析:(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點(diǎn)時(shí),小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),受力平衡。 (2)在組裝好實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,再釋放小車。 (3)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE段的平均速度,即vD=hE-hC2T,故打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為EkD=12mvD2=m(hE-hC)28T2;拉力對(duì)小車做的功為W=F(hD-hA)。 (4)因圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線且直線的斜率為1,可得出方程式ΔEk=W,故可得結(jié)論:外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量。 9