（山西專版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二篇 實(shí)驗(yàn)題 熱點(diǎn)13 力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)精練（含解析）

熱點(diǎn)13力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)熱考題型力學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)量速度和加速度,利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與小車(物塊)連接在一起的紙帶上打出的點(diǎn)跡,可以得到位移、速度、加速度、時(shí)間等物理量,小小紙帶連接高考重點(diǎn)考查的五個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn):研究勻變速直線運(yùn)動(dòng),測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù),探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,探究動(dòng)能定理,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,真可謂“小紙帶、大內(nèi)涵”。題型一以“紙帶”為中心的實(shí)驗(yàn)1.用圖甲所示的裝置研究小車沿斜面在不同材料表面運(yùn)動(dòng)的情況,圖乙是某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz。甲乙(1)圖乙中A至N各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上連續(xù)打下的點(diǎn),根據(jù)刻度尺上的數(shù)據(jù)可以判斷,小車在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A、E間各點(diǎn)時(shí)在板面上做運(yùn)動(dòng),在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下F、N間各點(diǎn)時(shí)在布面上做運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下M點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的小車速度為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (2)若已知斜面的傾角為,小車的質(zhì)量為m,在布面上運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)值相比,測(cè)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)mgsin+ma偏大解析(1)由題圖乙可知,A至E點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)間間隔均勻,所以小車在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A、E間各點(diǎn)時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。F至N點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)間間隔逐漸減小,且FG-GH=GH-HJ=HJ-JM=JM-MN,所以小車在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下F、N間各點(diǎn)時(shí)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。vM=JM+MN2T=(7+6)×10-32×0.02m/s0.33m/s(2)由牛頓第二定律得:Ff-mgsin=ma,所以Ff=mgsin+ma。由于存在空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間的摩擦阻力,故測(cè)量的布面阻力偏大。題型二以“光電門”為中心的實(shí)驗(yàn)2.圖甲是實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水平面和小物塊之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置,曲面AB與水平面相切于B點(diǎn)且固定。帶有遮光條的小物塊自曲面上某一點(diǎn)釋放后沿水平面滑行最終停在C點(diǎn),P為光電計(jì)時(shí)器的光電門,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。甲乙(1)利用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度如圖乙所示,則遮光條的寬度d=cm; (2)實(shí)驗(yàn)中除了測(cè)定遮光條的寬度外,還需要測(cè)量的物理量有; A.小物塊質(zhì)量mB.遮光條通過光電門的時(shí)間tC.光電門到C點(diǎn)的距離xD.小物塊釋放點(diǎn)的高度h(3)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,同學(xué)們采用圖像法來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),他們根據(jù)(2)測(cè)量的物理量,建立如圖所示的坐標(biāo)系來尋找關(guān)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(biāo)尺上的第12條刻度線與主尺的刻度線對(duì)齊,讀數(shù)是0.05×12mm=0.60mm,則游標(biāo)卡尺的讀數(shù)是10mm+0.60mm=10.60mm=1.060cm。(2)實(shí)驗(yàn)的原理:根據(jù)遮光條的寬度與遮光條通過光電門的時(shí)間可求得滑塊通過光電門時(shí)的速度v=dt;滑塊從B到C的過程中,摩擦力做功,根據(jù)動(dòng)能定理得-mgx=0-12mv2,聯(lián)立以上兩式得動(dòng)摩擦因數(shù)=d22gxt2。則還需要測(cè)量的物理量是光電門P到C點(diǎn)的距離x與遮光條通過光電門的時(shí)間t,故B、C正確,A、D錯(cuò)誤。(3)由動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式可知,與t2和x的乘積成反比,所以x-1t2圖線是過原點(diǎn)的直線,應(yīng)該建立1t2-x坐標(biāo)系,故B項(xiàng)正確,A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。跟蹤集訓(xùn)1.為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,小車總質(zhì)量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器質(zhì)量,丙圖中M包括小車和與小車相連的滑輪質(zhì)量),鉤碼總質(zhì)量用m表示。甲乙丙(1)三組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中需滿足Mm關(guān)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(zhì)量的關(guān)系”,M為小車總質(zhì)量(其中小車自身質(zhì)量用M0表示,車上所加砝碼質(zhì)量用m0表示),所畫出的實(shí)驗(yàn)圖像如圖所示。設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,則小車受到的拉力為F=,小車的質(zhì)量為M0=。 答案(1)甲、乙、丙(2)甲(3)1kbk解析(1)三組實(shí)驗(yàn)都是用細(xì)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(zhì)量對(duì)應(yīng)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(cè)出,丙圖中小車受到的合外力則是測(cè)力計(jì)示數(shù)的2倍,因此三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)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(zhì)量M0=bk。2.(2017河北邯鄲摸底)某同學(xué)安裝如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。甲乙(1)此實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)當(dāng)讓重物做運(yùn)動(dòng),(填“需要”或“不需要”)測(cè)出重物的質(zhì)量。 (2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz,該同學(xué)選取如圖乙所示的一段紙帶,對(duì)BD段進(jìn)行研究。求得B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度vB=m/s(保留兩位有效數(shù)字),若再求得D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度為vD,測(cè)出重物下落的高度為hBD,則還應(yīng)計(jì)算與大小是否相等(填字母表達(dá)式)。 (3)該同學(xué)在上述實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題是  研究紙帶時(shí)存在的問題是, 實(shí)驗(yàn)誤差可能較大。答案(1)自由落體不需要(2)0.19ghBD12(vD2-vB2)(3)重物距離桌面太近(或“紙帶打點(diǎn)過短”等與此類似的答案)B、D兩點(diǎn)時(shí)間間隔過短解析(1)由實(shí)驗(yàn)原理知,應(yīng)讓重物在松開手后做自由落體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)械能守恒,mgh=12m(v22-v12),整理后,得gh=12(v22-12),所以不需要測(cè)量重物的質(zhì)量。(2)B點(diǎn)速度等于 AC段的平均速度,vB=AC2T0.19m/s。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理知,還應(yīng)計(jì)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(diǎn)過短;B、D兩點(diǎn)時(shí)間間隔太短,實(shí)驗(yàn)誤差較大。6