2019年高考物理大二輪專題復習 考前增分練 實驗題專練部分 力學實驗的設計與探究.doc

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2019年高考物理大二輪專題復習 考前增分練 實驗題專練部分 力學實驗的設計與探究 1．某同學用如圖1所示的實驗裝置來“驗證力的平行四邊形定則”．三條細繩結于O點分別與兩彈簧測力計和鉤碼相接． 圖1 (1)實驗步驟如下： A．彈簧測力計A掛于固定在豎直木板上的P點； B．結點O下的細繩掛鉤碼C； C．手持彈簧測力計B緩慢向左拉，使結點O靜止在某位置； D．記下鉤碼的質量、結點O的位置、讀出并記錄彈簧測力計A和B的示數、記錄________________________________________________________________________． (2)在實驗過程中，下列哪些情況會對實驗結果產生誤差？________(選填選項前的字母) A．木板不豎直 B．A彈簧測力計外殼的重力 C．B彈簧測力計的拉力方向沒有保持水平 D．改變彈簧測力計B的拉力進行多次實驗時，結點O的位置發(fā)生變化 (3)某次實驗中．該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請你提出解決問題的一個辦法________________________________________________________________________． 答案　(1)三條細線(拉力)的方向　(2)A (3)減小彈簧測力計B的拉力；或減小鉤碼C的質量；或減小AO與BO之間的夾角 解析　(1)矢量和不僅與大小有關，與方向也有關，所以得記下鉤碼的質量、結點O的位置、讀出并記錄彈簧測力計A和B的示數、還有記錄三條細繩(拉力)的方向． (2)木板不豎直時，鉤碼和木板間有摩擦力會產生誤差；B、C對實驗無影響；結點O的位置發(fā)生變化是一種錯誤操作． 2．在“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”實驗中． 圖2 (1)某同學采用如圖2所示的裝置進行試驗，________(選填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，________(選填“需要”或“不需要”)測量小車的質量． (2)該同學在研究小車運動時打出了一條紙帶，如圖3所示．在紙帶上，連續(xù)5個點為一個計數點，相鄰兩個計數點之間的距離見下表，并畫出對應的圖線(其中橫坐標數值表示第幾個0.1 s，縱坐標對應的是該0.1 s內物體的位移)如圖4所示．則小車的速度隨時間________(選填“是”或“不是”)均勻變化；整個過程中小車的平均加速度為________ m/s2.(保留兩位有效數字) 圖3 圖4 時間t/0.1 s 1 2 3 4 5 6 相鄰計數點的距離xn/cm 1.45 2.45 3.46 4.44 5.45 6.46 答案　(1)不需要　不需要　(2)是　1.0(0.95～1.1均可) 解析　(1)本實驗的目的是探究小車速度隨時間的變化規(guī)律，故不需要平衡摩擦力，也不需要測量小車的質量． (2)由題圖知，小車的速度隨時間是均勻變化的，可求小車的加速度x6－x1＝5aT2，解得加速度a≈1.0 m/s2. 3．某課外興趣小組利用如圖5所示的實驗裝置研究“加速度與合外力的關系”． 圖5 (1)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．不掛鉤碼，放開沒有紙帶的小車，能夠自由下滑即可 B．不掛鉤碼，輕推沒有紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可 C．不掛鉤碼，放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．不掛鉤碼，輕推拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可 (2)該小組同學實驗時先正確平衡摩擦力，并利用鉤碼和小車之間連接的力傳感器測出細線上的拉力，改變鉤碼的個數，確定加速度a與細線上拉力F的關系，下列圖象中能正確表示該同學實驗結果的是________． (3)在上述實驗中打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz，某次實驗中一段紙帶的打點記錄如圖6所示，則小車運動的加速度大小為____ m/s2.(保留3位有效數字) 圖6 答案　(1)D　(2)A　(3)7.50 解析　(1)平衡摩擦力時，使重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，不掛鉤碼，輕推拖著紙帶的小車，小車能夠做勻速直線運動，則摩擦力得到平衡．選D. (2)因為拉力是由傳感器測出，已經平衡了摩擦力，則加速度與拉力的關系圖線是過原點的傾斜直線，即加速度與拉力成正比．選A. (3)根據Δx＝aT2，運用逐差法得，a＝＝7.50 m/s2. 4．某興趣小組的實驗裝置如圖7所示，通過電磁鐵控制的小球從A點自由下落，下落過程中經過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄下?lián)豕鈺r間t，測出A、B之間的距離h.實驗前應調整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束． 圖7 (1)若用該套裝置驗證機械能守恒，已知重力加速度為g，還需要測量的物理量為________． A．A點與地面間的距離H B．小球的質量m C．小球從A到B的下落時間tAB D．小球的直徑d (2)用游標卡尺測得小球直徑如圖8所示，則小球直徑為________ cm，某次小球通過光電門毫秒計數器的讀數為3 ms，則該次小球通過光電門B時的瞬時速度大小為v＝________ m/s. 圖8 (3)若用該套裝置進行“探究做功和物體速度變化關系”的實驗，大家提出以下幾種猜想：W∝v；W∝v2；W∝…….然后調節(jié)光電門B的位置，計算出小球每次通過光電門B的速度v1、v2、v3、v4…，并測出小球在A、B間的下落高度h1、h2、h3、h4…，然后繪制了如圖9所示的h－v圖象．若為了更直觀地看出h和v的函數關系，他們下一步應該重新繪制(　　) 圖9 A．h－v2圖象 B．h－ 圖象 C．h－ 圖象 D．h－ 圖象 答案　(1)D　(2)1.14　3.8　(3)A 解析　(1)根據機械能守恒定律知，需要知道速度和物體下落的高度，故選項D正確． (2)游標卡尺是10分的，故游標卡尺的的讀數為1.14 cm，由平均速度來表示瞬時速度，故v＝＝3.8 m/s. (3)由于圖中曲線是開口向上的拋物線，故由數學知識可以猜到h－v2關系，故選項A正確． 5．(xx河南豫東豫北名校五模)小宇同學看見一本參考書上說“在彈性限度內，勁度系數為k的彈簧，形變量為x時的彈性勢能為Ep＝kx2”，為了驗證該結論，他分別設計了下面的三個實驗(重力加速度用g表示)： 實驗一：如圖10甲所示，在豎直掛著的彈簧下端掛上一個質量為m的小球，測得其靜止后彈簧的形變量為d； 實驗二：如圖乙所示，將同一根彈簧豎直固定在水平桌面上，并把同一個小球置于彈簧上端，在彈簧外側套一根帶插銷孔的內壁光滑的透明長管，將彈簧壓縮后用插銷鎖定，測出彈簧壓縮量為x.拔掉插銷解除鎖定后，彈簧將小球彈起，測出小球上升的最大高度為H； 實驗三：如圖丙所示，將這根彈簧置于光滑水平桌面上，一端固定，另一端通過前面的小球將彈簧壓縮x后釋放，測得桌面高度為h，小球最終落點與桌面邊沿的水平距離為L. 圖10 (1)由實驗一測得該彈簧的勁度系數k＝________； (2)若Ep＝kx2成立，則實驗二中測出的物理量x與d、H的關系式是x＝________________； (3)若Ep＝kx2成立，則實驗三中測出的物理量x與d、h、L的關系式是x＝________________. 答案　(1)　(2)　(3)L 解析　(1)如題圖甲所示，在豎直掛著的彈簧下端掛上一個質量為m的小球，測得其靜止后彈簧的形變量為d， 根據二力平衡得：F＝mg＝kd k＝.① (2)拔掉插銷解除鎖定后，彈簧將小球彈起，測出小球上升的最大高度為H，若Ep＝kx2成立，根據小球和彈簧系統(tǒng)機械能守恒列出等式 Ep＝kx2＝mgH② 由①②解得x＝. (3)將彈簧壓縮x后釋放，小球初動能Ek1＝0， 小球離開桌面后，以初速度v0做平拋運動，則有 L＝v0t h＝gt2 可得v0＝L 彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能，所以 Ep＝kx2＝mv 解得x＝L. 6．某學習小組的同學欲“探究小車動能變化與合外力對它所做功的關系”，在實驗室設計了如圖11所示甲、乙兩套裝置，圖中A為小車，B為打點計時器，C為彈簧測力計，P為小桶(內有沙子)，一端帶有定滑輪的足夠長的木板水平放置． 圖11 (1)如果忽略滑輪與繩間的摩擦，小組成員認為：①甲圖中彈簧秤的示數即為小車受到的拉力大小；②乙圖中彈簧秤示數的二倍為小車受到的拉力大?。埮袛鄡煞N分析是否正確，若不正確，請指明并簡要說出不正確的原因．__________________________________. (2)選擇了上述一種合理的方法后，要順利完成該實驗，除圖中實驗儀器和低壓交流電源(含導線)外，還必需的兩個實驗儀器是________________、________________. (3)該實驗中發(fā)現小車受到的阻力對實驗結果影響較大，在長木板保持水平的情況下，請你利用該裝置測出小車受到的阻力，其方法是____________________________________． (4)在上述實驗操作中，打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz，某同學打出的一段紙帶如圖12所示，O、A、B…F為打點計時器連續(xù)打出的計時點，根據圖中數據求出小車運動時與紙帶上E點相對應的瞬時速度vE＝________ m/s.(結果保留3位有效數字) 圖12 答案　(1)①的說法是正確的；②的說法不正確，因為當小車加速運動時，要考慮滑輪的質量，小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數的二倍 (2)刻度尺　天平 (3)調整小桶內沙子的質量，輕推小車，使小車拖動紙帶做勻速運動，則彈簧秤的示數等于小車受到的阻力大小 (4)1.39 解析　(1)在題圖甲中，小車的拉力等于彈簧秤的拉力，在題圖乙中，考慮到動滑輪的質量m，設彈簧秤的拉力為F，小車對滑輪的拉力為FT，則2F－FT＝ma，知小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數的二倍． (2)該實驗要計算出小車的動能，要測量小車的質量，所以需要天平；要測量紙帶計時點之間的長度，還需要刻度尺． (3)調整小桶內沙子的質量，輕推小車，使小車拖動紙帶做勻速運動，則彈簧秤的示數等于小車受到的阻力大?。? (4)E點的速度等于DF段的平均速度 vE＝＝ m/s＝1.39 m/s. 7．研究性學習小組為“研究勻變速直線運動的規(guī)律”和“測當地的重力加速度”，采用了如圖13所示的裝置，其中m1＝50 g、m2＝150 g，開始時保持裝置靜止，然后釋放物塊m2，m2可以帶動m1拖著紙帶打出一系列的點，只要對紙帶上的點進行測量，即可研究勻變速直線運動．某次實驗打出的紙帶如圖14所示，0是打下的第一個點，兩相鄰點間還有4個點沒有標出，交流電頻率為50 Hz. 圖13 圖14 (1)系統(tǒng)的加速度大小為________ m/s2，在打點0～5的過程中，系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________ J. (2)忽略一切阻力的情況下，某同學作出的－h(huán)圖象如圖15所示，則當地的重力加速度g＝________ m/s2. 圖15 答案　(1)4.8　0.576　(2)9.6 解析　(1)據題意，從紙帶可以求出系統(tǒng)的加速度：x56－x45＝aT2，而相鄰計數點之間時間間隔為：T＝0.1 s，則加速度為：a＝4.8 m/s2，在打點0～5的過程中，系統(tǒng)動能的增量為：ΔEk＝(m1＋m2)v，計數點5的瞬時速度為：v5＝＝2.4 m/s，則ΔEk＝0.576 J. (2)據(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v，整理得：＝，則圖象斜率為：k＝＝＝4.8，重力加速度為：g＝9.6 m/s2. 8．(xx山東省濟南市二模)為了測量木塊與木板間動摩擦因數μ，某小組使用位移傳感器設計了如圖16甲所示實驗裝置，讓木塊從傾斜木板上一點A由靜止釋放，位移傳感器可以測出木塊到傳感器的距離．位移傳感器連接計算機，描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時間t的變化規(guī)律，如圖乙所示． 圖16 (1)根據上述圖線，計算0.4 s時木塊的速度v＝________ m/s，木塊加速度a＝________ m/s2； (2)為了測定動摩擦因數μ，還需要測量的量是________；(已知當地的重力加速度g) (3)為了提高木塊與木板間動摩擦因數μ的測量精度，下列措施可行的是________． A．A點與傳感器距離適當大些 B．木板的傾角越大越好 C．選擇體積較大的空心木塊 D．傳感器開始計時的時刻必須是木塊從A點釋放的時刻 答案　(1)0.4　1　(2)斜面傾角(或A點的高度)　(3)A 解析　(1)0.4 s時木塊的速度等于0.2 s～0.6 s內的平均速度，即v＝ m/s＝0.4 m/s； 根據Δx＝aT2，可求出木塊的加速度a＝ m/s2＝1 m/s2. (2)根據mgsin θ－μmgcos θ＝ma，可知測出傾斜角或A點的高度算出傾斜角． (3)當A點與傳感器距離適當大些，可測出多組數據，求平均值，能提高測量精度，A正確；傾斜角越大，測得的數據越少，不利于提高測量精度，B錯誤；若選擇體積較大的空心木塊，在下降過程中，受空氣阻力變大，影響了動摩擦因數的測量，C錯誤；傳感器開始計時的時刻不一定是從A點釋放的時刻，只要根據中間一段的Δx＝aT2，就可算出加速度，D錯誤． 【解題方法技巧】 力學實驗的復習策略——強化總結提升能力 力學實驗部分在高考中常以運動的研究為載體，考查速度、加速度等物理量的測量，或考查力學規(guī)律的驗證與探究，同時實驗原理的理解、實驗數據的處理、實驗誤差的分析仍然是高考考查的重點與熱點． 高考力學實驗題大部分是從課本中的學生實驗變形而來．我們首先要掌握課本要求的基本的實驗原理和方法，在復習中要善于找出不同實驗在知識或能力要求上的共性和個性．如：驗證機械能守恒定律實驗、驗證牛頓第二定律實驗、研究勻變速直線運動實驗在原理、操作、數據分析等要求上有很多共同點；驗證型實驗就是在一定的條件下測量出相關物理量并判斷規(guī)律是否成立，而探究型實驗本質是驗證型實驗，只不過需要先進行物理上的推導或猜想．