（山西專版）2020版高考物理二輪復習 第二篇 實驗題 熱點14 力學創(chuàng)新實驗精練（含解析）

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1、熱點14　力學創(chuàng)新實驗 熱考題型 　　《考試大綱》中的實驗能力提到:“能運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題,包括簡單的設計性實驗”。所以從儀器的使用、裝置的改造、數據的靈活處理等方面進行變通和拓展是復習中必須經歷的一個過程,要對各個實驗的原理、方法進行合理遷移,類似的實驗要多比較分析。 題型一　儀器創(chuàng)新實驗 1.某同學利用圖示裝置來研究A和C組成的系統機械能是否守恒。A、B是質量均為m的小物塊,C是質量為M的重物,A、B間由輕彈簧相連、A、C間由輕繩相連。在物塊B下放置一壓力傳感器,重物C下放置一速度傳感器,壓力傳感器與速度傳感器相連。當壓力傳感器示數為零時,就觸發(fā)速度

2、傳感器測定此時重物C的速度。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內,重力加速度為g。實驗操作如下: ①開始時,系統在外力作用下保持靜止,輕繩拉直但張力為零?，F釋放C,使其向下運動,當壓力傳感器示數為零時,觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v; ②在實驗中保持A、B質量不變,改變C的質量M,多次重復第①步。 回答下列問題: (1)該實驗中,M和m大小關系必須滿足M　　　　m(填“<”“=”或“>”)。? (2)為便于研究速度v與質量M的關系,每次測重物的速度時,其已下降的高度應　　　　(填“相同”或“不同”)。? (3)根據所測數據,為得到線性關系圖線,應作出　　　?填“v2-M”“v2-1M

3、”或“v2-1M+m”圖線。 (4)若第(3)問中所作出的圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數為　　　　(用題給的已知量表示)。? 答案　(1)>　(2)相同　(3)v2-1M+m　(4)4mg2b 解析　(1)由題意可知,當壓力傳感器的示數為零時,C仍然有向下的速度v,所以必須滿足M>m。 (2)必須保證重物每次下降高度相同才能研究速度v與質量M的關系。 (3)因剛開始時彈簧被壓縮,彈力為mg;而壓力傳感器示數為0時,彈簧被拉伸,彈力大小仍為mg,即彈簧彈性勢能在始、末狀態(tài)相同,為此需要驗證12(m+M)v2=(M-m)g·2x,x為彈簧彈力大小為mg時彈簧的形變量,化簡得v2

4、=-8mg·x·1M+m+4gx,所以要想得到線性關系圖線,應作v2-1M+m圖線。 (4)由題意知,當1M+m=0時有b=4gx,而mg=kx,聯立得k=4mg2b。 題型二　方法創(chuàng)新實驗 2.某同學根據機械能守恒定律,設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關系。 (1)如圖(a),將輕質彈簧下端固定于鐵架臺,在上端的托盤中依次增加砝碼,測得相應的彈簧長度,部分數據如下表,由數據算得勁度系數k=　　　　N/m。(g取9.8m/s2)? 砝碼質量(g) 50 100 150 彈簧長度(cm) 8.62 7.63 6.66 (2)取下彈簧,將其一端固定于氣墊導軌左側,

5、如圖(b)所示;調整導軌,當滑塊自由滑動時,通過兩個光電門的速度大小　　　　　　　　　　　。? (3)用滑塊壓縮彈簧,記錄彈簧的壓縮量x;釋放滑塊,記錄滑塊脫離彈簧后的速度v,釋放滑塊過程中,彈簧的彈性勢能轉化為　　　　。? (4)重復(3)中的操作,得到v與x的關系如圖(c)。由圖可知,v與x成　　　　關系,由上述實驗可得結論:對同一根彈簧,彈性勢能與彈簧的　　　　成正比。? 答案　(1)49.5~50.5　(2)相等　(3)滑塊的動能　(4)壓縮量的二次方 解析　(1)由f=kx得Δf=k·Δx,代入表中數據可得出k值。(2)滑塊滑行過程中無摩擦阻力,自由滑動時導軌已調整到水平

6、狀態(tài),故滑塊此時勻速運動。(3)當不考慮空氣阻力、摩擦等因素且導軌又調到水平狀態(tài)時,釋放滑塊的過程中只涉及彈性勢能與滑塊的動能,即能量只在這兩種形式的能量之間轉化。(4)v-x圖線是過原點的直線,故v∝x。因Ep=Ek=12mv2∝v2∝x2,故Ep∝x2。 跟蹤集訓 1.用如圖所示實驗裝置測量滑塊A與木板間的動摩擦因數。長木板水平固定,細線跨過定滑輪與滑塊A、重錘B相連。將細線拉直,測出B離地面的高度h,將重錘從h高處靜止釋放,B落地后,測出A在木板上滑動的距離x;改變B釋放高度重復實驗,實驗數據如下表所示。 實驗次數 1 2 3 4 5 6 h/cm 10.0

7、15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 x/cm 14.7 22.4 30.3 37.6 44.9 52.4 　　(1)若測得A的質量mA=3kg,B的質量mB=1kg,A和B間細線的長度L=112.0cm,木板的長度l=98.0cm,要達到實驗目的,以上四個量中沒有必要測量的是　　　　(用物理量的符號表示)。? (2)作出x隨h變化的圖像。 (3)由圖像并結合(1)中所測數值求得滑塊與木板間的動摩擦因數為　　　　。? 答案　(1)L、l　(2)見解析圖　(3)0.2 解析　(1)由題意可知,B距地面的高度h,A在木板上滑行的距離x,A、B的質量mA、

8、mB,從靜止釋放讓它們運動到B著地,根據動能定理得: mBgh-μmAgh=12(mA+mB)v2① 從B著地到A停在木板上,根據動能定理得: 12mAv2=μmAg(x-h)② 由①②解得:μ=mBh(mA+mB)x-mBh③ 可知沒有必要測量L和l。 (2)作出x隨h變化的圖像如圖所示。 (3)由③得:x=(1+μ)mBμ(mA+mB)h 根據數學知識得到圖像中直線的斜率 k=(1+μ)mBμ(mA+mB) 由圖得:k≈1.5 代入數據得:(1+μ)×1μ(3+1)=1.5 解得:μ=0.2 2.如圖甲所示的裝置叫阿特伍德機,是英國數學家和物理學家阿特伍德(G

9、·Atwood,1746-1807)創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置,用來研究勻變速直線運動的規(guī)律。某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律,如圖乙所示。 (1)實驗時,該同學進行了如下操作: ①將質量均為M的重物(A含擋光片、B含掛鉤)用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止狀態(tài)。測量出　　　　　　　　(填“A的上表面”、“A的下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心的豎直距離h。? ②在B的下端掛上質量為m的物塊C,讓系統(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開始運動,光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt。 ③測出擋光片的寬度d,計算有關物理量,驗證機械能守恒定律。 (2)如果系統(重

10、物A、B以及物塊C)的機械能守恒,應滿足的關系式為　　　　　　　　(已知重力加速度為g)。? (3)引起該實驗系統誤差的原因有　　　　　　　　　　　　　　(寫一條即可)。? (4)驗證實驗結束后,該同學突發(fā)奇想:如果系統(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,不斷增大物塊C的質量m,重物B的加速度a也將不斷增大,那么a與m之間有怎樣的定量關系?a隨m增大會趨于一個什么值?請你幫該同學解決: ①寫出a與m之間的關系式:　　　　　　　　(還要用到M和g)。? ②a的值會趨于　　　　。? 答案　(1)①擋光片中心 (2)mgh=12(2M+m)(dΔt)2 (3)重物運動受到空氣阻力

11、(4)①a=g2Mm+1?、趃 解析　(1)、(2)需要測量系統重力勢能的變化量,應該測量出擋光片中心到光電門中心的豎直距離h,則系統重力勢能的減少量ΔEp=mgh,系統的末速度為:v=dΔt,則系統動能的增加量為:ΔEk=12(2M+m)v2=12(2M+m)(dΔt)2,若系統機械能守恒,則有:mgh=12(2M+m)(dΔt)2。 (3)系統機械能守恒的條件是只有重力做功,引起實驗系統誤差的原因可能有:繩子和滑輪有一定的質量、滑輪與軸之間有摩擦、重物運動受到空氣阻力等。 (4)根據牛頓第二定律得,系統所受的合外力為mg,則系統加速度為:a=mg2M+m=g2Mm+1,當m不斷增大時,則a趨于g。 6