（課標(biāo)版）2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 第12講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新練習(xí)

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1、 第12講　力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 1.下面各圖均是用游標(biāo)卡尺測量時的示意圖,圖甲為50分度游標(biāo)卡尺,圖乙為20分度游標(biāo)卡尺,圖丙為10分度游標(biāo)卡尺,它們的讀數(shù)分別為:　　　　;　　　　;　　　　。? 答案　42.16 mm　63.30 mm　29.8 mm 解析　在題圖甲中,主尺讀數(shù)為42 mm,游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標(biāo)卡尺是50分度的,所以讀數(shù)為42 mm+8×0.02 mm=42.16 mm;在題圖乙中,主尺讀數(shù)為63 mm,游標(biāo)尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標(biāo)卡尺是20分度的,所以讀數(shù)為63 mm+6×0.05 mm=63.30

2、mm;在題圖丙中,主尺讀數(shù)為29 mm,游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標(biāo)卡尺是10分度的,所以讀數(shù)為29 mm+8×0.1 mm=29.8 mm。 2.甲、乙兩同學(xué)均設(shè)計了測量動摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。已知重力加速度為g。 (1)甲同學(xué)設(shè)計的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。其中A為置于水平面上的質(zhì)量為M的長直木板,B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊,C為與物塊右端連接的一輕質(zhì)彈簧測力計,連接彈簧測力計的細(xì)繩水平。實(shí)驗(yàn)時用力向左拉動A,當(dāng)C的示數(shù)穩(wěn)定后(B仍在A上),讀出其示數(shù)F。則該設(shè)計能測出　　　　(填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù),其表達(dá)式為μ=　　　　。? (2)

3、乙同學(xué)的設(shè)計如圖乙所示。他在一端帶有定滑輪的長木板上固定A、B兩個光電門,與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動時間,與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力,長木板固定在水平面上,物塊與滑輪間的細(xì)繩水平。實(shí)驗(yàn)時,多次改變砂桶中砂的質(zhì)量,每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開始運(yùn)動,讀出多組測力計示數(shù)F及對應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運(yùn)動時間t;在坐標(biāo)系中作出F-1t2的圖線如圖丙所示,圖線的斜率為k,與縱軸的截距為b。因乙同學(xué)不能測出物塊質(zhì)量,故該同學(xué)還應(yīng)該測出的物理量為　　　　　　　　　　　　(填所測物理量及符號)。根據(jù)所測物理量及圖線信息,可知物塊與木板之

4、間的動摩擦因數(shù)表達(dá)式為μ=　　　。? 答案　(1)A與B　Fmg (2)光電門A、B之間的距離x　2xbkg 解析　(1)實(shí)驗(yàn)時用力向左拉動A,C穩(wěn)定時讀數(shù)F等于A與B之間的摩擦力,A與B之間的壓力等于物塊B的重力mg,由F=μmg可得A與B之間的動摩擦因數(shù)表達(dá)式為μ=Fmg。 (2)根據(jù)題述情境,測力計示數(shù)F等于細(xì)繩中拉力,由牛頓第二定律有F-μmg=ma,由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律有x=12at2,聯(lián)立解得F=2mx1t2+μmg。圖丙所示的F-1t2圖線斜率k=2mx,與縱軸的截距b=μmg,若不能測量物塊質(zhì)量m,聯(lián)立消去m,解得μ=2xbkg。因此還應(yīng)該測出的物理量為光電門A、B之間

5、的距離x。 3.(2019湖北武漢模擬)為了探究在橡皮條彈力作用下小車的運(yùn)動,某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn),由靜止釋放小車,小車在處于伸長狀態(tài)的橡皮條彈力的作用下向左運(yùn)動。打點(diǎn)計時器打下的紙帶如圖乙所示,計時點(diǎn)0為打下的第一個點(diǎn),該同學(xué)在測出計時點(diǎn)2、3、4到計時點(diǎn)0的距離x1、x2、x3后,將紙帶由圖示位置剪斷,將每段紙帶的下端對齊,依次并排粘貼在直角坐標(biāo)系中,連接各段紙帶上端的中點(diǎn)畫出平滑曲線如圖丙所示。對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究可知: 甲 乙 丙 (1)在有橡皮條彈力作用時,小車做加速度　　　　的直線運(yùn)動。? A.不斷減小 B.不斷增大 C.先增大后減小 D.先減小

6、后增大 (2)設(shè)打點(diǎn)周期為T,則由紙帶測量數(shù)據(jù)可估算小車的最大速度vm=　　　　,該估算值　　　　(選填“等于”“大于”或“小于”)小車最大速度的實(shí)際值。? 答案　(1)D　(2)x2-x1T　小于 解析　(1)由于相鄰兩個計時點(diǎn)之間的時間間隔相同,紙帶的寬度相同,粘貼在如題圖丙的坐標(biāo)系中的紙帶形成的平滑曲線相當(dāng)于速度-時間圖像,根據(jù)速度-時間圖線的斜率表示加速度,可知小車做加速度先減小后增大的直線運(yùn)動。 (2)題圖丙中最長的紙帶對應(yīng)的速度最大,小車的最大速度vm=x2-x1T。由于采用平均速度代替瞬時速度,在該段紙帶中某位置小車的速度應(yīng)該最大,最大速度應(yīng)該大于按照平均速度計算得出的數(shù)

7、值,所以該估算值小于小車最大速度的實(shí)際值。 4.(2019廣東珠海模擬)實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用的橡皮筋老化,經(jīng)實(shí)驗(yàn)小組討論,采用如下的實(shí)驗(yàn)方案。 (1)先用一個彈簧測力計測量鉤碼的重力,如圖甲所示,則鉤碼的重力為　　　　N。? 甲 (2)把三根較長的細(xì)線l1、l2、l3一端連接在一起,結(jié)點(diǎn)記為O,細(xì)線l3另一端系在鉤碼上,用兩個彈簧測力計分別鉤住細(xì)線l1、l2的另一端,其中彈簧測力計A懸掛于固定點(diǎn)P(P點(diǎn)釘在固定的豎直木板上),手持另一彈簧測力計B緩慢地向左拉,使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置,如圖乙所示。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記

8、錄　。? 乙 (3)在白紙上按一定標(biāo)度作出彈簧測力計拉力F1、F2的圖示和l3上拉力F的圖示,根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F'的圖示,若　　　　　　　　　　　　　,則力的平行四邊形定則得到驗(yàn)證。? (4)實(shí)驗(yàn)小組對他們的實(shí)驗(yàn)方案有以下幾點(diǎn)認(rèn)識,其中正確的是　　　　。? A.進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時,每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置 B.進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時,每次都要使彈簧測力計B保持水平狀態(tài) C.在實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線 D.在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力的圖示稍大一些 答案　(1)3.6　(2)

9、結(jié)點(diǎn)O的位置、兩彈簧測力計拉力的方向及細(xì)線l3拉力的方向　(3)在誤差允許的范圍內(nèi)F'與F大小相等,方向相反　(4)CD 解析　(1)由題圖甲可知,彈簧測力計的分度值為0.2 N,其示數(shù)為3.6 N。 (2)本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)原理:拉力F1、F2合力的理論值與細(xì)線l3的拉力的實(shí)際值對比,合力的理論值和l3的拉力是作用在同一點(diǎn),要使用作圖法,所以需要記錄結(jié)點(diǎn)O的位置、兩彈簧測力計拉力的方向和細(xì)線l3拉力的方向。 (3)對比F1、F2的合力F'的圖示和l3上拉力F的圖示,如果在誤差允許的范圍內(nèi)F'大小與F相等,方向相反,則力的平行四邊形定則得到驗(yàn)證。 (4)改變拉力的大小,

10、進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時,只要系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),兩彈簧測力計拉力的合力F'與F(等于物體的重力)等大反向即可,因此結(jié)點(diǎn)O不需要每次實(shí)驗(yàn)都靜止在同一位置,選項(xiàng)A錯誤;進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時,只要兩彈簧測力計間的夾角合適即可,彈簧測力計B不需要每次都保持水平狀態(tài),選項(xiàng)B錯誤;在實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線,才能準(zhǔn)確讀數(shù)和記錄拉力的方向,選項(xiàng)C正確;在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示必須選定相同的標(biāo)度,才可以比較F'與F,并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力的圖示稍大一些以減少作圖帶來的誤差,選項(xiàng)D正確。 5.(2019江西贛州模擬)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置探究平拋運(yùn)動中機(jī)械能是否守恒。在圓

11、弧槽軌道的末端安裝一個光電門B,圓弧槽末端水平。地面上鋪有白紙,白紙上鋪有復(fù)寫紙,讓小球從圓弧槽上固定位置A點(diǎn)由靜止釋放,通過光電門后落在地面的復(fù)寫紙上,在白紙上留下打擊印。重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次,測得小球通過光電門B的平均時間為Δt=2.50 ms。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2) (1)用游標(biāo)卡尺測得小球直徑如圖乙所示,則小球直徑d=　　　　mm,由此可知小球通過光電門的速度大小vB=　　　　m/s。? (2)實(shí)驗(yàn)測得軌道末端離地面的高度h=0.441 m,小球的平均落點(diǎn)P到軌道末端正下方O點(diǎn)的距離x=0.591 m,則由平拋運(yùn)動規(guī)律解得小球平拋的初速度大小v0=　　　　m/s。?

12、(3)在誤差允許范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果中小球通過光電門的速度vB與由平拋運(yùn)動規(guī)律求解的平拋初速度v0滿足　　　　關(guān)系,就可以認(rèn)為平拋運(yùn)動過程中機(jī)械能是守恒的。? 答案　(1)5.00　2.0　(2)1.97 (3)vB=v0(相等) 解析　(1)小球的直徑d=5 mm+0.05 mm×0=5.00 mm 小球通過光電門的速度vB=dΔt=2.0 m/s (2)由平拋運(yùn)動規(guī)律可得x=v0t,h=12gt2,可求得v0=1.97 m/s (3)設(shè)平拋運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒,則 12mv2-12mv02=mgy 有v2-v02=2gy 由平拋運(yùn)動規(guī)律得 vy=gsv0,則v=vy2+v0

13、2 則g2s2v02+v02-v02=2gy 即y=12·g·sv02 即v0=gs22y 當(dāng)vB=v0時,可以認(rèn)為平拋運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒 6.某同學(xué)設(shè)計利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行“探究功與速度的變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),斜槽傾斜部分可自由調(diào)節(jié),將一木板豎直放置并固定,木板到斜槽末端O的距離為s,使小物塊從斜槽上某點(diǎn)由靜止釋放,小物塊從O點(diǎn)做平拋運(yùn)動擊中木板時下落的高度為y。 (1)小物塊離開O點(diǎn)的速度為　　　　。? (2)為了測出小物塊與軌道之間的摩擦力所做的功,可將斜槽慢慢調(diào)節(jié)至小物塊能在斜槽上做勻速直線運(yùn)動,記下此時斜槽傾角為θ,則小物塊與斜槽間的動摩擦因數(shù)μ=　　　　。取

14、斜槽上某點(diǎn)為標(biāo)記點(diǎn),標(biāo)記點(diǎn)到O點(diǎn)的水平距離為x,則小物塊在軌道上運(yùn)動過程中克服摩擦力做的功Wf=　　　　(小物塊與各接觸面間動摩擦因數(shù)相同)。? (3)抬高斜槽,保持標(biāo)記點(diǎn)與O點(diǎn)的水平距離x不變,將小物塊在標(biāo)記點(diǎn)處由靜止滑下,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)可以得出,小物塊從標(biāo)記點(diǎn)到O點(diǎn)的過程中重力做的功W與y的關(guān)系式應(yīng)為　　　　　　　　。? 答案　(1)gs22y　(2)tan θ　mgx tan θ (3)W=mgx tan θ+14mgs2·1y 解析　(1)根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律得s=v0t,y=12gt2,聯(lián)立解得v0=gs22y。 (2)小物塊能在斜槽上做勻速直線運(yùn)動,根據(jù)平衡條件得mg sin

15、θ=μmg cos θ,解得μ= tan θ。取斜槽上某點(diǎn)為標(biāo)記點(diǎn),標(biāo)記點(diǎn)到O點(diǎn)的水平距離為x,設(shè)軌道水平部分長度為x1,小物塊在斜槽軌道上做勻速直線運(yùn)動,克服摩擦力做功為Wf1,由動能定理可得,mg(x-x1)tan θ-Wf1=0,小物塊在水平軌道上運(yùn)動,克服摩擦力做功Wf2=μmgx1=mgx1 tan θ,則小物塊在軌道上運(yùn)動過程中克服摩擦力做的功Wf=Wf1+Wf2=mgx tan θ。 (3)由小物塊在軌道上運(yùn)動過程中克服摩擦力做的功Wf=Wf1+Wf2=mgx tan θ可知,克服摩擦力做功只與水平位移x有關(guān),對小物塊從標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動到O點(diǎn)的過程,由動能定理得W-Wf=12mv02,而v0=gs22y,解得W=mgx tan θ+14mgs2·1y。 - 7 -