高考物理二輪專題復(fù)習(xí)練案：第13講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 Word版含解析

專題五第13講限時(shí)：40分鐘1(2018·陜西省寶雞市模擬)如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B?；瑝K上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d_2.30_mm。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是_遮光條到光電門的距離L(或A、B間的距離)_。(3)改變鉤碼質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時(shí)間t，通過描點(diǎn)作出_F _(填“t2F”“F”或“F”)的線性圖象。解析(3)由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有v22aL，其中v，a，即2··L，得·F。2(2018·廈門市高三下學(xué)期第二次質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，是探究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可使塔輪、長槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。塔輪自上而下有三層，每層左右半徑比分別是1：1、2：1和3：1。左右塔輪通過皮帶連接，并可通過改變皮帶所處的層來改變左右塔輪的角速度之比。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩個(gè)小球分別放在短槽C處和長槽的A(或B)處，A、C到塔輪中心的距離相等。兩個(gè)小球隨塔輪做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力大小可由塔輪中心標(biāo)尺露出的等分格的格數(shù)讀出。(1)在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了_B_來探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系。A理想實(shí)驗(yàn)法B控制變量法C等效替代法(2)用兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在A、C位置，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左邊標(biāo)尺露出1格，右邊標(biāo)尺露出4格，則皮帶連接的左右塔輪半徑之比為_21_。解析(1)向心力和三個(gè)因素有關(guān)，所以需要控制其中兩個(gè)恒定，改變第三個(gè)量，從而來研究向心力和它們的關(guān)系，故采用了控制變量法，B正確；(2)同一條皮帶相連，則A、C線速度相同，故1，根據(jù)題意可知塔輪向心力之比為14，并且塔輪的半徑相同，A、C轉(zhuǎn)動(dòng)和各自的塔輪角速度相同，故，可知，故。3(2018·陜西省渭南韓城市高三下學(xué)期第三次模擬)為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量，(滑輪質(zhì)量不計(jì))(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作或保證的條件是_BCD_。A用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量B將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)D改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶E為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有一個(gè)點(diǎn)沒有畫出)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_1.3_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3)以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)(縱、橫坐標(biāo)軸單位長度相等，且都為國際單位)，畫出的aF圖象是一條直線，圖線與橫軸的夾角為，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為_D_A2tanBCkD解析(1)A、E項(xiàng)：本題拉力可以由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出，不需要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故A、E錯(cuò)誤；B項(xiàng)：該題是彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出拉力，從而表示小車受到的合外力，故需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，故B正確；C項(xiàng)：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，故C正確；D項(xiàng)：改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關(guān)系，故D正確。(2)由于兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有1個(gè)點(diǎn)沒有畫出，故兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T2×0.02s0.04s，根據(jù)逐差法a×102m/s21.3m/s2。(3)根據(jù)2Fma，aF，圖象的斜率k，即k，所以小車的質(zhì)量m，故D正確。4(2018·全國卷高考?jí)狠S卷理綜試題)如圖a所示是打樁機(jī)的簡易模型。質(zhì)量m1kg的物體在拉力F作用下從與釘子接觸處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，上升一段高度后撤去F，到最高點(diǎn)后自由下落，撞擊釘子后物體不再彈起，將釘子打入一定深度。若以初始狀態(tài)物體與釘子接觸處為零勢(shì)能點(diǎn)，物體上升過程中，機(jī)械能E與上升高度h的關(guān)系圖象如圖b所示。不計(jì)所有摩擦，g10m/s2。物體上升過程所受拉力F_12_N；在整個(gè)過程中距初始位置_0.6_m處物體的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等。解析根據(jù)功能原理得：EFh，得F，可知Eh圖象的斜率等于拉力，為：FN12N；由圖可知，物體的機(jī)械能最大為12J，下落的過程中機(jī)械能守恒，物體的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等時(shí)，均為6J，即：mgh6J，解得：h0.6m。5(2018·山東省濰坊市高三下學(xué)期一模)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)小組讓小球自傾角為30°的斜面上滑下，用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測(cè)得B、C、D、E到A的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知相機(jī)的頻閃頻率為f，重力加速度為g9.8m/s2。(1)滑塊經(jīng)過位置D時(shí)的速度v0_ _。(2)選取A為位移起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2x圖線，若圖線斜率k_9.8_，則小球下滑過程機(jī)械能守恒。(3)若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)寫出斜面傾角大小對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響。_斜面傾角越大，誤差越小_解析(1)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可知D點(diǎn)的速度等于CE段的平均速度，則有：vD；(2)取小球從A到B進(jìn)行分析，則減小的重力勢(shì)能為Epmgxsin30°mgx，增加的動(dòng)能為Ekmv20mv2，利用v2x來處理數(shù)據(jù)，小球從A到B機(jī)械能守恒，則有：mv2mgx，即v2gx，由此可知作出的v2x圖是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，斜率為kg9.8m/s2；(3)在垂直斜面方向，根據(jù)平衡條件有：FNmgcos，若斜面傾角增大，則正壓力減小，摩擦力減小，則誤差越小。6(2018·全國押題卷二)甲、乙同學(xué)均設(shè)計(jì)了動(dòng)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(jì)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為物塊右端連接一個(gè)輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)，連接彈簧的細(xì)繩水平，實(shí)驗(yàn)時(shí)用力向左拉動(dòng)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(jì)能測(cè)出_A與B_(填“A與B”或“A與地面”)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為_ _。(2)乙同學(xué)的設(shè)計(jì)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(gè)光電門，與光電門相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)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(shí)，多次改變沙桶中沙的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，讀出多組測(cè)力計(jì)示數(shù)F及對(duì)應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t；在坐標(biāo)系中作出F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(cè)出物塊質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量為_光電門A、B之間的距離x_(填所測(cè)物理量及符號(hào))。根據(jù)所測(cè)物理量及圖線信息，可知物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為_ _。解析(1)當(dāng)A達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，B處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F與B所受的滑動(dòng)摩擦力f大小相等。B對(duì)木塊A的壓力大小等于B的重力mg，由ffN得：，由C上讀取F，即可求出A與B間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)小車由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻加速直線運(yùn)動(dòng)位移公式得：xat2，解得：a，根據(jù)牛頓第二定律得：對(duì)于小車：Fmgma，則：Fmgmamg，圖線的斜率為k2mx，縱軸的截距為bmg，k與摩擦力是否存在無關(guān)，小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量是光電門A、B之間的距離x。7(2018·河北省衡水中學(xué)二模)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，該裝置由水平長木板及固定在木板一端的硬幣發(fā)射器組成，硬幣發(fā)射器包括支架、彈片及彈片釋放裝置，釋放彈片可將硬幣以某一初速度彈出。已知一元硬幣和五角硬幣與長木板間動(dòng)摩擦因數(shù)相同，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：a將一元硬幣置于發(fā)射槽口，釋放彈片將硬幣發(fā)射出去，硬幣沿著長木板中心線運(yùn)動(dòng)，在長木板中心線的適當(dāng)位置取一點(diǎn)O，測(cè)出硬幣停止滑動(dòng)時(shí)硬幣右側(cè)到O點(diǎn)的距離。再從同一位置釋放彈片將硬幣發(fā)射出去，重復(fù)多次，取該距離的平均值記為x1，如圖乙所示；b將五角硬幣放在長木板上，使其左側(cè)位于O點(diǎn)，并使其直徑與中心線重合，按步驟從同一位置釋放彈片，重新彈射一元硬幣，使兩硬幣對(duì)心正碰，重復(fù)多次，分別測(cè)出兩硬幣碰后停止滑行時(shí)距O點(diǎn)距離的平均值x2和x3，如圖丙所示。(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，除長木板，硬幣發(fā)射器，一元及五角硬幣，刻度尺外，還需要的器材為_天平_；(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量為_一元硬幣的質(zhì)量m1和五角硬幣的質(zhì)量m2_，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為_m1m1m2 _(用測(cè)量物理量對(duì)應(yīng)的字母表示)。解析(1)動(dòng)量為質(zhì)量和速度的乘積，該實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證質(zhì)量不等的兩物體碰撞過程中動(dòng)量守恒，需測(cè)量兩物體的質(zhì)量和碰撞前后的速度，因此除給定的器材外，還需要的器材為天平。(2)測(cè)出一元硬幣的質(zhì)量為m1，五角硬幣的質(zhì)量為m2，一元硬幣以速度v1被彈射出去后，由動(dòng)能定理可得m1gx1m1v，解得v1，當(dāng)一元硬幣以速度v1與五角硬幣碰撞后，速度分別為v2、v3，由動(dòng)能定理可得m1gx2m1v，m2gx3m2v，解得一元硬幣碰后速度v2，五角硬幣碰后的速度為v3，若碰撞過程動(dòng)量守恒則需滿足m1v1m1v2m2v3，代入數(shù)據(jù)可得m1m1m2