《（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)14 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)精練（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（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)14 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)精練（含解析）（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、熱點(diǎn)14 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
熱考題型
《考試大綱》中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岬?“能運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題,包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”。所以從儀器的使用、裝置的改造、數(shù)據(jù)的靈活處理等方面進(jìn)行變通和拓展是復(fù)習(xí)中必須經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程,要對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、方法進(jìn)行合理遷移,類似的實(shí)驗(yàn)要多比較分析。
題型一 儀器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
1.某同學(xué)利用圖示裝置來(lái)研究A和C組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。A、B是質(zhì)量均為m的小物塊,C是質(zhì)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(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí),就觸發(fā)速度
2、傳感器測(cè)定此時(shí)重物C的速度。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi),重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)操作如下:
①開(kāi)始時(shí),系統(tǒng)在外力作用下保持靜止,輕繩拉直但張力為零?，F(xiàn)釋放C,使其向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí),觸發(fā)速度傳感器測(cè)出C的速度為v;
②在實(shí)驗(yàn)中保持A、B質(zhì)量不變,改變C的質(zhì)量M,多次重復(fù)第①步。
回答下列問(wèn)題:
(1)該實(shí)驗(yàn)中,M和m大小關(guān)系必須滿足M m(填“<”“=”或“>”)。?
(2)為便于研究速度v與質(zhì)量M的關(guān)系,每次測(cè)重物的速度時(shí),其已下降的高度應(yīng) (填“相同”或“不同”)。?
(3)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),為得到線性關(guān)系圖線,應(yīng)作出 ?填“v2-M”“v2-1M
3、”或“v2-1M+m”圖線。
(4)若第(3)問(wèn)中所作出的圖線在縱軸上的截距為b,則彈簧的勁度系數(shù)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(dāng)壓力傳感器的示數(shù)為零時(shí),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(zhì)量M的關(guān)系。
(3)因剛開(kāi)始時(shí)彈簧被壓縮,彈力為mg;而壓力傳感器示數(shù)為0時(shí),彈簧被拉伸,彈力大小仍為mg,即彈簧彈性勢(shì)能在始、末狀態(tài)相同,為此需要驗(yàn)證12(m+M)v2=(M-m)g·2x,x為彈簧彈力大小為mg時(shí)彈簧的形變量,化簡(jiǎn)得v2
4、=-8mg·x·1M+m+4gx,所以要想得到線性關(guān)系圖線,應(yīng)作v2-1M+m圖線。
(4)由題意知,當(dāng)1M+m=0時(shí)有b=4gx,而mg=kx,聯(lián)立得k=4mg2b。
題型二 方法創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
2.某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢(shì)能與壓縮量的關(guān)系。
(1)如圖(a),將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺(tái),在上端的托盤中依次增加砝碼,測(cè)得相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表,由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k= N/m。(g取9.8m/s2)?
砝碼質(zhì)量(g)
50
100
150
彈簧長(zhǎng)度(cm)
8.62
7.63
6.66
(2)取下彈簧,將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè),
5、如圖(b)所示;調(diào)整導(dǎo)軌,當(dāng)滑塊自由滑動(dòng)時(shí),通過(guò)兩個(gè)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(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為 。?
(4)重復(fù)(3)中的操作,得到v與x的關(guān)系如圖(c)。由圖可知,v與x成 關(guān)系,由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論:對(duì)同一根彈簧,彈性勢(shì)能與彈簧的 成正比。?
答案 (1)49.5~50.5 (2)相等 (3)滑塊的動(dòng)能 (4)壓縮量的二次方
解析 (1)由f=kx得Δf=k·Δx,代入表中數(shù)據(jù)可得出k值。(2)滑塊滑行過(guò)程中無(wú)摩擦阻力,自由滑動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌已調(diào)整到水平
6、狀態(tài),故滑塊此時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)。(3)當(dāng)不考慮空氣阻力、摩擦等因素且導(dǎo)軌又調(diào)到水平狀態(tài)時(shí),釋放滑塊的過(guò)程中只涉及彈性勢(shì)能與滑塊的動(dòng)能,即能量只在這兩種形式的能量之間轉(zhuǎn)化。(4)v-x圖線是過(guò)原點(diǎn)的直線,故v∝x。因Ep=Ek=12mv2∝v2∝x2,故Ep∝x2。
跟蹤集訓(xùn)
1.用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量滑塊A與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。長(zhǎng)木板水平固定,細(xì)線跨過(guò)定滑輪與滑塊A、重錘B相連。將細(xì)線拉直,測(cè)出B離地面的高度h,將重錘從h高處?kù)o止釋放,B落地后,測(cè)出A在木板上滑動(dòng)的距離x;改變B釋放高度重復(fù)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
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(cè)得A的質(zhì)量mA=3kg,B的質(zhì)量mB=1kg,A和B間細(xì)線的長(zhǎng)度L=112.0cm,木板的長(zhǎng)度l=98.0cm,要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?以上四個(gè)量中沒(méi)有必要測(cè)量的是 (用物理量的符號(hào)表示)。?
(2)作出x隨h變化的圖像。
(3)由圖像并結(jié)合(1)中所測(cè)數(shù)值求得滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 。?
答案 (1)L、l (2)見(jiàn)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(zhì)量mA、
8、mB,從靜止釋放讓它們運(yùn)動(dòng)到B著地,根據(jù)動(dòng)能定理得:
mBgh-μmAgh=12(mA+mB)v2①
從B著地到A停在木板上,根據(jù)動(dòng)能定理得:
12mAv2=μmAg(x-h)②
由①②解得:μ=mBh(mA+mB)x-mBh③
可知沒(méi)有必要測(cè)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(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)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(shù)據(jù)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(jī),是英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德(G
9、·Atwood,1746-1807)創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。某同學(xué)對(duì)該裝置加以改進(jìn)后用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,如圖乙所示。
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),該同學(xué)進(jìn)行了如下操作:
①將質(zhì)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?fàn)顟B(tài)。測(cè)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(zhì)量為m的物塊C,讓系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),光電門記錄擋光片擋光的時(shí)間為Δt。
③測(cè)出擋光片的寬度d,計(jì)算有關(guān)物理量,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
(2)如果系統(tǒng)(重
10、物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒,應(yīng)滿足的關(guān)系式為 (已知重力加速度為g)。?
(3)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因有 (寫一條即可)。?
(4)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,該同學(xué)突發(fā)奇想:如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒,不斷增大物塊C的質(zhì)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(guān)系?a隨m增大會(huì)趨于一個(gè)什么值?請(qǐng)你幫該同學(xué)解決:
①寫出a與m之間的關(guān)系式: (還要用到M和g)。?
②a的值會(huì)趨于 。?
答案 (1)①擋光片中心
(2)mgh=12(2M+m)(dΔt)2
(3)重物運(yùn)動(dòng)受到空氣阻力
11、(4)①a=g2Mm+1?、趃
解析 (1)、(2)需要測(cè)量系統(tǒng)重力勢(shì)能的變化量,應(yīng)該測(cè)量出擋光片中心到光電門中心的豎直距離h,則系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=mgh,系統(tǒng)的末速度為:v=dΔt,則系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為:ΔEk=12(2M+m)v2=12(2M+m)(dΔt)2,若系統(tǒng)機(jī)械能守恒,則有:mgh=12(2M+m)(dΔt)2。
(3)系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件是只有重力做功,引起實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因可能有:繩子和滑輪有一定的質(zhì)量、滑輪與軸之間有摩擦、重物運(yùn)動(dòng)受到空氣阻力等。
(4)根據(jù)牛頓第二定律得,系統(tǒng)所受的合外力為mg,則系統(tǒng)加速度為:a=mg2M+m=g2Mm+1,當(dāng)m不斷增大時(shí),則a趨于g。
6
（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)14 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)精練（含解析）
