2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練15 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

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1、課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(十五) 力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1．某同學(xué)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)和重物m驗(yàn)證力的平行四邊形定則．如圖所示，彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線(xiàn)掛一重物m，彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線(xiàn)系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置，分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線(xiàn)的方向． (1)實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_(kāi)_______N. (2)若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程，為正常測(cè)量，需要進(jìn)行適量調(diào)整，調(diào)整過(guò)程中保持PO方向不變，以下操作可行的是________． A．保持其他條件不變，手拉彈簧測(cè)力計(jì)B繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B．保持

2、其他條件不變，手拉彈簧測(cè)力計(jì)B繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C．保持其他條件不變，適當(dāng)減小重物m的質(zhì)量 D．保持其他條件不變，適當(dāng)增大重物m的質(zhì)量 (3)分析實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)懷疑彈簧測(cè)力計(jì)A因拉伸超出量程后讀數(shù)不準(zhǔn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力的過(guò)程中，結(jié)點(diǎn)O的軌跡被描在白紙上，若兩次記錄O點(diǎn)軌跡如圖中的兩條虛線(xiàn)所示．保證重物質(zhì)量不變，沿兩條不同的軌跡運(yùn)動(dòng)到細(xì)線(xiàn)OB水平時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)A的彈力大小為F1、F2，它們的大小關(guān)系為F1________F2，由圖說(shuō)明彈簧測(cè)力計(jì)A拉伸________(選填“超出”或“未超出”)彈性限度． 解析　(1)彈簧測(cè)力計(jì)的最小刻度為0.1 N，則A的讀數(shù)為3.

3、60 N. (2)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程，說(shuō)明拉彈簧測(cè)力計(jì)A的力大了，可行的方法是減小重物m的質(zhì)量或減小B的拉力，而此時(shí)結(jié)點(diǎn)O在三力作用下平衡，在重物m質(zhì)量不變的情況下，只有讓B繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故選A、C. (3)由于兩次OB水平時(shí)，重物m沒(méi)有變化，合力是一定的，故B的拉力不變，因此測(cè)力計(jì)A兩次的示數(shù)是相同的，即F1＝F2，但圖中兩次O點(diǎn)的軌跡不重合，表明測(cè)力計(jì)A拉伸超出了彈性限度． 答案　(1)3.60　(2)AC　(3)＝　超出 2．(2018·湖北省黃石市高三調(diào)研)在某次動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)中，指導(dǎo)老師要求同學(xué)們利用手中的器材測(cè)量小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示

4、的實(shí)驗(yàn)裝置． (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)用兩塊完全相同的木板AB、CD組裝成了如圖所示的軌道，其中AB傾斜，CD水平，兩木板連接處平滑相接．將小物塊從木塊AB的某位置由靜止釋放，小物塊停止運(yùn)動(dòng)后，用毫米刻度尺測(cè)量小物塊釋放時(shí)距水平面的高度h以及在木板CD上滑行的距離x，為測(cè)得動(dòng)摩擦因數(shù)，該同學(xué)還需要測(cè)量________； (2)改變釋放高度h進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，記錄對(duì)應(yīng)的h1、x1，h2、x2，h3、x3，……之后以x為縱坐標(biāo)，h為橫坐標(biāo)描點(diǎn)作圖，得到一條傾斜直線(xiàn)，斜率為k，則小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______(用測(cè)量量和k表示)． 解析　(1)對(duì)小物塊的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程由動(dòng)能定理得mgh

5、－μmgcos θ－μmgx＝0，整理得x＝h，故實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量木板AB的傾角θ或由tan θ＝可知，還可以測(cè)量小物塊釋放時(shí)的位置在水平面的投影到B點(diǎn)的距離l. (2)x－h(huán)圖線(xiàn)的斜率k＝－，解得μ＝或由tan θ＝，得μ＝. 答案　(1)木板AB的傾角θ或小物塊釋放時(shí)的位置在水平面的投影到B點(diǎn)的距離l　(2)或 3．(2018·河北保定實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)如圖所示為測(cè)量物塊與水平固定桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，細(xì)線(xiàn)平行于桌面． ①用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光片的寬度d；用刻度尺測(cè)出兩光電門(mén)之間的距離s；用天平測(cè)出物塊和遮光片的總質(zhì)量為M，重物質(zhì)量為m. ②讓物塊從光電門(mén)A的左方某位

6、置由靜止釋放，測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)A和光電門(mén)B所用的時(shí)間tA和tB； ③根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ. 回答下列問(wèn)題： (1)測(cè)量d時(shí)，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為1 mm)的示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______mm. (2)摩擦因數(shù)μ可用上述已知量、測(cè)量量和重力加速度g表示為μ＝________.(均用字母表示) (3)遮光片通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度________遮光片豎直中線(xiàn)通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度．(選填“大于”、“小于”或“等于”) 解析　(1)從圖中可知游標(biāo)上第12個(gè)刻度與21mm對(duì)齊，所以游標(biāo)的零刻度對(duì)應(yīng)的整數(shù)部分應(yīng)為9mm處，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為9mm＋12×mm＝9

7、.60mm； (2)由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度，故vA＝，vB＝，由運(yùn)動(dòng)學(xué)的導(dǎo)出公式：2as＝v－v，解得a＝＝； 對(duì)m：mg－F拉＝ma，對(duì)M：F拉－μMg＝Ma，解得； μ＝ (3)遮光片通過(guò)光電門(mén)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而物塊做加速運(yùn)動(dòng)前一半的時(shí)間內(nèi)位移小于后一半時(shí)間內(nèi)的位移，所以時(shí)間到一半時(shí)，遮光片的中線(xiàn)尚未到達(dá)光電門(mén)，所以遮光通過(guò)光電門(mén)的平均速度小于遮光片豎直中線(xiàn)通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度． 答案　(1)9.60　(2) (3)小于 4．(2018·河南省鄭州市高三調(diào)研)某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)用牛頓第二定律測(cè)量滑塊的質(zhì)量M.

8、其主要步驟為： (1)調(diào)整長(zhǎng)木板傾角，當(dāng)鉤碼的質(zhì)量為m0時(shí)滑塊沿木板恰好向下做勻速運(yùn)動(dòng)． (2)保持木板傾角不變，撤去鉤碼m0，將滑塊移近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后釋放滑塊，滑塊沿木板向下做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并打出點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示(已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打下一個(gè)點(diǎn))． 請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(①、②兩問(wèn)均保留3位有效數(shù)字) ①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打下B點(diǎn)時(shí)滑塊的速度vB＝________m/s； ②滑塊做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________m/s2； ③滑塊質(zhì)量M＝________(用字母a、m0、當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭表示)． 解析　①根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過(guò)程中的平

9、均速度，可以求出打紙帶上B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小vB＝＝m/s＝1.38m/s； ②根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝at2可以知，加速度的大小： a＝＝×10－2m/s2＝3.88m/s2； ③滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受力平衡，由平衡條件得：m0g＝Mgsin θ－f，撤去m0時(shí)的滑塊的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的合外力：F合＝Mgsin θ－f，由牛頓第二定律得：F合＝Ma，解得：M＝. 答案?、?.38?、?.88?、? 5．(2018·山東省臨沂市高三三模)某探究小組利用傳感器研究小球在擺動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，用長(zhǎng)為L(zhǎng)不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線(xiàn)懸掛一質(zhì)量為m的實(shí)心金屬小球，

10、在懸點(diǎn)處裝有拉力傳感器，可記錄小球在擺動(dòng)過(guò)程中各時(shí)刻的拉力值，小球半徑可忽略不計(jì)，已知重力加速度為g，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下： ①將小球拉離平衡位置某一高度h處無(wú)初速度釋放，在傳感器采集的數(shù)據(jù)中提取最大值為F； ②改變高度h，重復(fù)上述過(guò)程，獲取多組擺動(dòng)高度h與對(duì)應(yīng)過(guò)程的拉力最大值F的數(shù)據(jù)； ③在F－h(huán)坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線(xiàn)．作出F與h關(guān)系圖象如圖乙實(shí)線(xiàn)所示． (1)F與h的關(guān)系滿(mǎn)足F＝________(用題目所給的字母表示)，說(shuō)明小球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒； (2)根據(jù)乙圖中的實(shí)線(xiàn)，可知擺線(xiàn)長(zhǎng)L＝________m．(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，g取10m/s2) (3)乙圖中的虛線(xiàn)是另一探究小組

11、作出的F－h(huán)圖象，則兩小組實(shí)驗(yàn)所使用的器材________不同．(填“m”或“L”) 解析　(1)根據(jù)牛頓第二定律，則有：F－mg＝ 動(dòng)能表達(dá)式為：Ek＝mv2＝(F－mg)L 根據(jù)機(jī)械能守恒定律，則有：mgh＝(F－mg)L 解得：F＝＋mg， (2)F－h(huán)圖象中，截距為2，即mg＝2，則m＝0.20 kg 而圖象的斜率k＝5；因此L＝0.80m. (3)乙圖中的虛線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)斜率不同，由F＝mg＋h可知，兩小組實(shí)驗(yàn)所使用的器材L不同． 答案　(1)＋mg　(2)0.80　(3)L 6．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證碰撞過(guò)程中的動(dòng)量守恒．軌道AOB在O處平滑相接、B右側(cè)為粗糙

12、水平面，有兩個(gè)材料及表面粗糙程度均相同的小物塊甲、乙，其質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)，令小物塊甲從斜面上M點(diǎn)由靜止下滑，運(yùn)動(dòng)至粗糙水平面上的C點(diǎn)速度恰好減為0，測(cè)量B、C間距為x、把小物塊乙置于B點(diǎn)，小物塊甲仍從斜面上M點(diǎn)由靜止下滑小物塊甲與小物塊乙碰撞后，在粗糙水平面上的位移分別為x1、x2. (1)為驗(yàn)證碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，是否需要測(cè)量小物塊與粗糙水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)？________(選填“是”或“否”)；小物塊甲與軌道AOB間的摩擦力是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？________(選填“是”或“否”)． (2)若滿(mǎn)足關(guān)系式________________，則二者碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒．

13、解析　無(wú)論小物塊甲與軌道AOB間是否存在摩擦力、摩擦力大小如何，只要每次釋放點(diǎn)相同，則其每次運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)的速度相同，故小物塊甲與軌道AOB間的摩擦力不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在粗糙水平面上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v＝2μgx、v0＝，小物塊材料及表面粗糙程度均相同，故與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，若滿(mǎn)足動(dòng)量守恒，則滿(mǎn)足m1＝m1＋m2，即m1＝m1＋m2，因此動(dòng)摩擦因數(shù)不需要測(cè)量． 答案　(1)否　否　(2)m1＝m1＋m2 7．(2018·四川省攀枝花市高考物理三診試卷)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了測(cè)量小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度，實(shí)驗(yàn)用如圖所示的裝置．實(shí)驗(yàn)操作的主要步驟如下： (ⅰ)在一塊平木

14、板上釘上復(fù)寫(xiě)紙和白紙，將其豎直立于斜槽軌道末端槽口前，木板與槽口之間有一段初始距離d，并保持板面與軌道末端的水平段垂直． (ⅱ)使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡A (ⅲ)將木板沿水平方向向右平移一段動(dòng)距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡B (ⅳ)將木板再水平向右平移相同距離x，使小球仍從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，再在白紙上得到痕跡C (ⅴ)測(cè)得A、B、C三點(diǎn)距地面的高度為y1、y2、y3，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間. 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 (1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是________ A．斜槽軌道必須盡可能光

15、滑 B．每次小球均須由靜止釋放 C．每次釋放小球的位置可以不同 D．步驟(ⅰ)初始距離d必須與步驟(ⅲ)中距離x相等 (2)根據(jù)上述直接測(cè)量的量和已知的物理量可以得到小球平拋的初速度大小的表達(dá)式為v0＝________.(用題中所給字母表示) (3)某同學(xué)做進(jìn)一步的研究，改變小球釋放的初始位置的高度h，每改變一次高度，重復(fù)上述步驟(ⅰ)－(ⅴ)(其它條件不變)，并記錄每次的h、y1、y2、y3.在同一坐標(biāo)系中畫(huà)出y1－、y2－、y3－圖象．根據(jù)你的分析，下列哪個(gè)圖最接近該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果________(圖中直線(xiàn)a表示y1－圖象，直線(xiàn)b表示y2－圖象，直線(xiàn)c表示y3－圖象)． 解

16、析　根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理以及操作中的注意事項(xiàng)確定正確的操作步驟．根據(jù)豎直方向上連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出相等的時(shí)間間隔，結(jié)合水平位移和時(shí)間間隔求出初速度． (1)為了保證小球的初速度相等，每次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放，斜槽軌道不需要光滑，故A錯(cuò)誤，C錯(cuò)誤，B正確，步驟(ⅰ)初始距離d必須與步驟(ⅲ)中距離x無(wú)關(guān)，只要保證，連續(xù)水平移動(dòng)的位移x相等即可，故D錯(cuò)誤． (2)在豎直方向上，(y2－y3)－(y1－y2)＝gT2；水平方向上x(chóng)＝v0T，可得小球平拋的初速度v0＝x. (3)設(shè)小球離地高度為H0，小球平拋運(yùn)動(dòng)階段水平位移為x′＝v0t，距離地面高度為y＝H0－gt2，小

17、球從斜槽的由h處?kù)o止釋放，忽略摩擦力的影響，mgh＝mv，由以上分析可得y＝－＋H0，當(dāng)由木板水平向右平移時(shí)，對(duì)x′逐漸變大，y－圖象斜率變小，故C正確． 答案　(1)B　(2)x　(3)C 8．(9分)某小組的同學(xué)通過(guò)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證：“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧從形變量為x到恢復(fù)原長(zhǎng)的過(guò)程中，彈力做的功為W＝kx2的結(jié)論”． (1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．將一輕彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌的左端，彈簧左端固定，讓彈簧處于自然狀態(tài)．在彈簧下面的氣墊導(dǎo)軌上水平的固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度線(xiàn)與彈簧的左端剛好對(duì)齊，此時(shí)彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x1，如圖甲所示． B．用彈簧

18、測(cè)力計(jì)拉著彈簧右端水平向右緩慢移動(dòng)，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F時(shí)，彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x2，如圖乙所示(彈簧的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi))．則此彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______． C．在水平氣墊導(dǎo)軌的右端合適位置安裝一個(gè)光電門(mén)(光電門(mén)距離彈簧最左端的距離大于x1)，如圖丙所示． D．用天平測(cè)得小車(chē)(帶有遮光條)的質(zhì)量為m，用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度d的結(jié)果如圖丁所示，則d＝________mm. E．把小車(chē)置于氣墊導(dǎo)軌上，向左推小車(chē)使彈簧壓縮一段距離(彈簧與小車(chē)未拴接)，此時(shí)彈簧右端在刻度尺上對(duì)應(yīng)的示數(shù)為x3，如圖丙所示(彈簧的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi))．由靜止釋放小車(chē)，測(cè)得小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的遮光時(shí)間

19、Δt.小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度大小為_(kāi)_______(用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)物理量的符號(hào)表示)． (2)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若________＝________(用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)物理量的符號(hào)表示)，就可驗(yàn)證彈力做的功W＝kx2的結(jié)論． (3)同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中有如下討論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說(shuō)法是________ A．遮光條的寬度越小越好 B．把氣墊導(dǎo)軌左端墊起適當(dāng)高度來(lái)平衡摩擦力 C．計(jì)算彈簧勁度系數(shù)時(shí)，多次測(cè)量取平均值 D．向左推小車(chē)壓縮彈簧時(shí)，彈簧形變量越大越好 解析　(1)根據(jù)胡克定律可得F＝k(x2－x1)，解得k＝； 螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d＝2.5 mm＋17.0×0.01 mm＝2.670 mm； 遮光條非常窄，所以通過(guò)光電門(mén)的平均速度可近似認(rèn)為是通過(guò)光電門(mén)的平均速度，故v＝； (2)彈力做功W＝kx2＝(x1－x3)2，動(dòng)能增加量為Ek＝mv2＝m2，故只要(x1－x3)2＝m2，則結(jié)論得正； (3)如果滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度很小，即使遮光條的寬度很小，遮光時(shí)間也較長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；氣墊導(dǎo)軌傾斜，彈簧可能由于自身的重力導(dǎo)致自然長(zhǎng)度有誤差，B錯(cuò)誤；墊高后計(jì)算彈簧勁度系數(shù)時(shí)，多次測(cè)量取平均值，有益于減小誤差，C正確；壓縮彈簧時(shí)，適量即可，防止超過(guò)彈性限度，D錯(cuò)誤． 答案　(1)　2.670　　(2)(x1－x3)2　m2　C 9