2019年高考物理大二輪專題復(fù)習(xí) 考前增分練 實(shí)驗(yàn)題專練部分 力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究.doc

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2019年高考物理大二輪專題復(fù)習(xí) 考前增分練 實(shí)驗(yàn)題專練部分 力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究 1．某同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”．三條細(xì)繩結(jié)于O點(diǎn)分別與兩彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼相接． 圖1 (1)實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定在豎直木板上的P點(diǎn)； B．結(jié)點(diǎn)O下的細(xì)繩掛鉤碼C； C．手持彈簧測(cè)力計(jì)B緩慢向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置； D．記下鉤碼的質(zhì)量、結(jié)點(diǎn)O的位置、讀出并記錄彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)、記錄________________________________________________________________________． (2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，下列哪些情況會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差？________(選填選項(xiàng)前的字母) A．木板不豎直 B．A彈簧測(cè)力計(jì)外殼的重力 C．B彈簧測(cè)力計(jì)的拉力方向沒(méi)有保持水平 D．改變彈簧測(cè)力計(jì)B的拉力進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置發(fā)生變化 (3)某次實(shí)驗(yàn)中．該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程，請(qǐng)你提出解決問(wèn)題的一個(gè)辦法________________________________________________________________________． 答案　(1)三條細(xì)線(拉力)的方向　(2)A (3)減小彈簧測(cè)力計(jì)B的拉力；或減小鉤碼C的質(zhì)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(guān)，與方向也有關(guān)，所以得記下鉤碼的質(zhì)量、結(jié)點(diǎn)O的位置、讀出并記錄彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)、還有記錄三條細(xì)繩(拉力)的方向． (2)木板不豎直時(shí)，鉤碼和木板間有摩擦力會(huì)產(chǎn)生誤差；B、C對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響；結(jié)點(diǎn)O的位置發(fā)生變化是一種錯(cuò)誤操作． 2．在“探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中． 圖2 (1)某同學(xué)采用如圖2所示的裝置進(jìn)行試驗(yàn)，________(選填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，________(選填“需要”或“不需要”)測(cè)量小車的質(zhì)量． (2)該同學(xué)在研究小車運(yùn)動(dòng)時(shí)打出了一條紙帶，如圖3所示．在紙帶上，連續(xù)5個(gè)點(diǎn)為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離見(jiàn)下表，并畫出對(duì)應(yīng)的圖線(其中橫坐標(biāo)數(shù)值表示第幾個(gè)0.1 s，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的是該0.1 s內(nèi)物體的位移)如圖4所示．則小車的速度隨時(shí)間________(選填“是”或“不是”)均勻變化；整個(gè)過(guò)程中小車的平均加速度為________ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) 圖3 圖4 時(shí)間t/0.1 s 1 2 3 4 5 6 相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)的目的是探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，故不需要平衡摩擦力，也不需要測(cè)量小車的質(zhì)量． (2)由題圖知，小車的速度隨時(shí)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(shí)驗(yàn)裝置研究“加速度與合外力的關(guān)系”． 圖5 (1)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．不掛鉤碼，放開沒(méi)有紙帶的小車，能夠自由下滑即可 B．不掛鉤碼，輕推沒(méi)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(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(cè)出細(xì)線上的拉力，改變鉤碼的個(gè)數(shù)，確定加速度a與細(xì)線上拉力F的關(guān)系，下列圖象中能正確表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是________． (3)在上述實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz，某次實(shí)驗(yàn)中一段紙帶的打點(diǎn)記錄如圖6所示，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為____ m/s2.(保留3位有效數(shù)字) 圖6 答案　(1)D　(2)A　(3)7.50 解析　(1)平衡摩擦力時(shí)，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(yùn)動(dòng)，則摩擦力得到平衡．選D. (2)因?yàn)槔κ怯蓚鞲衅鳒y(cè)出，已經(jīng)平衡了摩擦力，則加速度與拉力的關(guān)系圖線是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，即加速度與拉力成正比．選A. (3)根據(jù)Δx＝aT2，運(yùn)用逐差法得，a＝＝7.50 m/s2. 4．某興趣小組的實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，通過(guò)電磁鐵控制的小球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)光電門B時(shí)，通過(guò)與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)記錄下?lián)豕鈺r(shí)間t，測(cè)出A、B之間的距離h.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過(guò)程中球心通過(guò)光電門中的激光束． 圖7 (1)若用該套裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知重力加速度為g，還需要測(cè)量的物理量為________． A．A點(diǎn)與地面間的距離H B．小球的質(zhì)量m C．小球從A到B的下落時(shí)間tAB D．小球的直徑d (2)用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球直徑如圖8所示，則小球直徑為________ cm，某次小球通過(guò)光電門毫秒計(jì)數(shù)器的讀數(shù)為3 ms，則該次小球通過(guò)光電門B時(shí)的瞬時(shí)速度大小為v＝________ m/s. 圖8 (3)若用該套裝置進(jìn)行“探究做功和物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，大家提出以下幾種猜想：W∝v；W∝v2；W∝…….然后調(diào)節(jié)光電門B的位置，計(jì)算出小球每次通過(guò)光電門B的速度v1、v2、v3、v4…，并測(cè)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(shù)關(guān)系，他們下一步應(yīng)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(jù)機(jī)械能守恒定律知，需要知道速度和物體下落的高度，故選項(xiàng)D正確． (2)游標(biāo)卡尺是10分的，故游標(biāo)卡尺的的讀數(shù)為1.14 cm，由平均速度來(lái)表示瞬時(shí)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(shù)學(xué)知識(shí)可以猜到h－v2關(guān)系，故選項(xiàng)A正確． 5．(xx河南豫東豫北名校五模)小宇同學(xué)看見(jiàn)一本參考書上說(shuō)“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為x時(shí)的彈性勢(shì)能為Ep＝kx2”，為了驗(yàn)證該結(jié)論，他分別設(shè)計(jì)了下面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)(重力加速度用g表示)： 實(shí)驗(yàn)一：如圖10甲所示，在豎直掛著的彈簧下端掛上一個(gè)質(zhì)量為m的小球，測(cè)得其靜止后彈簧的形變量為d； 實(shí)驗(yàn)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(gè)小球置于彈簧上端，在彈簧外側(cè)套一根帶插銷孔的內(nèi)壁光滑的透明長(zhǎng)管，將彈簧壓縮后用插銷鎖定，測(cè)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(cè)出小球上升的最大高度為H； 實(shí)驗(yàn)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(guò)前面的小球?qū)椈蓧嚎sx后釋放，測(cè)得桌面高度為h，小球最終落點(diǎn)與桌面邊沿的水平距離為L(zhǎng). 圖10 (1)由實(shí)驗(yàn)一測(cè)得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________； (2)若Ep＝kx2成立，則實(shí)驗(yàn)二中測(cè)出的物理量x與d、H的關(guān)系式是x＝________________； (3)若Ep＝kx2成立，則實(shí)驗(yàn)三中測(cè)出的物理量x與d、h、L的關(guān)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(gè)質(zhì)量為m的小球，測(cè)得其靜止后彈簧的形變量為d， 根據(jù)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(cè)出小球上升的最大高度為H，若Ep＝kx2成立，根據(jù)小球和彈簧系統(tǒng)機(jī)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(dòng)能Ek1＝0， 小球離開桌面后，以初速度v0做平拋運(yùn)動(dòng)，則有 L＝v0t h＝gt2 可得v0＝L 彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能，所以 Ep＝kx2＝mv 解得x＝L. 6．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲“探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系”，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了如圖11所示甲、乙兩套裝置，圖中A為小車，B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C為彈簧測(cè)力計(jì)，P為小桶(內(nèi)有沙子)，一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)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(rèn)為：①甲圖中彈簧秤的示數(shù)即為小車受到的拉力大??；②乙圖中彈簧秤示數(shù)的二倍為小車受到的拉力大?。?qǐng)判斷兩種分析是否正確，若不正確，請(qǐng)指明并簡(jiǎn)要說(shuō)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(shí)驗(yàn)，除圖中實(shí)驗(yàn)儀器和低壓交流電源(含導(dǎo)線)外，還必需的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器是________________、________________. (3)該實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小車受到的阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，在長(zhǎng)木板保持水平的情況下，請(qǐng)你利用該裝置測(cè)出小車受到的阻力，其方法是____________________________________． (4)在上述實(shí)驗(yàn)操作中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz，某同學(xué)打出的一段紙帶如圖12所示，O、A、B…F為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動(dòng)時(shí)與紙帶上E點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vE＝________ m/s.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 圖12 答案　(1)①的說(shuō)法是正確的；②的說(shuō)法不正確，因?yàn)楫?dāng)小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，要考慮滑輪的質(zhì)量，小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數(shù)的二倍 (2)刻度尺　天平 (3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量，輕推小車，使小車拖動(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則彈簧秤的示數(shù)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(dòng)滑輪的質(zhì)量m，設(shè)彈簧秤的拉力為F，小車對(duì)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(shù)的二倍． (2)該實(shí)驗(yàn)要計(jì)算出小車的動(dòng)能，要測(cè)量小車的質(zhì)量，所以需要天平；要測(cè)量紙帶計(jì)時(shí)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，還需要刻度尺． (3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量，輕推小車，使小車拖動(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小． (4)E點(diǎn)的速度等于DF段的平均速度 vE＝＝ m/s＝1.39 m/s. 7．研究性學(xué)習(xí)小組為“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”和“測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?，采用了如圖13所示的裝置，其中m1＝50 g、m2＝150 g，開始時(shí)保持裝置靜止，然后釋放物塊m2，m2可以帶動(dòng)m1拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，只要對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，即可研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)．某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖14所示，0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，兩相鄰點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)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(diǎn)0～5的過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________ J. (2)忽略一切阻力的情況下，某同學(xué)作出的－h(huán)圖象如圖15所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________ m/s2. 圖15 答案　(1)4.8　0.576　(2)9.6 解析　(1)據(jù)題意，從紙帶可以求出系統(tǒng)的加速度：x56－x45＝aT2，而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間時(shí)間間隔為：T＝0.1 s，則加速度為：a＝4.8 m/s2，在打點(diǎn)0～5的過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：ΔEk＝(m1＋m2)v，計(jì)數(shù)點(diǎn)5的瞬時(shí)速度為：v5＝＝2.4 m/s，則ΔEk＝0.576 J. (2)據(jù)(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(jì)南市二模)為了測(cè)量木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ，某小組使用位移傳感器設(shè)計(jì)了如圖16甲所示實(shí)驗(yàn)裝置，讓木塊從傾斜木板上一點(diǎn)A由靜止釋放，位移傳感器可以測(cè)出木塊到傳感器的距離．位移傳感器連接計(jì)算機(jī)，描繪出滑塊相對(duì)傳感器的位移x隨時(shí)間t的變化規(guī)律，如圖乙所示． 圖16 (1)根據(jù)上述圖線，計(jì)算0.4 s時(shí)木塊的速度v＝________ m/s，木塊加速度a＝________ m/s2； (2)為了測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)μ，還需要測(cè)量的量是________；(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭) (3)為了提高木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ的測(cè)量精度，下列措施可行的是________． A．A點(diǎn)與傳感器距離適當(dāng)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(jì)時(shí)的時(shí)刻必須是木塊從A點(diǎn)釋放的時(shí)刻 答案　(1)0.4　1　(2)斜面傾角(或A點(diǎn)的高度)　(3)A 解析　(1)0.4 s時(shí)木塊的速度等于0.2 s～0.6 s內(nèi)的平均速度，即v＝ m/s＝0.4 m/s； 根據(jù)Δx＝aT2，可求出木塊的加速度a＝ m/s2＝1 m/s2. (2)根據(jù)mgsin θ－μmgcos θ＝ma，可知測(cè)出傾斜角或A點(diǎn)的高度算出傾斜角． (3)當(dāng)A點(diǎn)與傳感器距離適當(dāng)大些，可測(cè)出多組數(shù)據(jù)，求平均值，能提高測(cè)量精度，A正確；傾斜角越大，測(cè)得的數(shù)據(jù)越少，不利于提高測(cè)量精度，B錯(cuò)誤；若選擇體積較大的空心木塊，在下降過(guò)程中，受空氣阻力變大，影響了動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量，C錯(cuò)誤；傳感器開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻不一定是從A點(diǎn)釋放的時(shí)刻，只要根據(jù)中間一段的Δx＝aT2，就可算出加速度，D錯(cuò)誤． 【解題方法技巧】 力學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)策略——強(qiáng)化總結(jié)提升能力 力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分在高考中常以運(yùn)動(dòng)的研究為載體，考查速度、加速度等物理量的測(cè)量，或考查力學(xué)規(guī)律的驗(yàn)證與探究，同時(shí)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)誤差的分析仍然是高考考查的重點(diǎn)與熱點(diǎn)． 高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題大部分是從課本中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)變形而來(lái)．我們首先要掌握課本要求的基本的實(shí)驗(yàn)原理和方法，在復(fù)習(xí)中要善于找出不同實(shí)驗(yàn)在知識(shí)或能力要求上的共性和個(gè)性．如：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)在原理、操作、數(shù)據(jù)分析等要求上有很多共同點(diǎn)；驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)就是在一定的條件下測(cè)量出相關(guān)物理量并判斷規(guī)律是否成立，而探究型實(shí)驗(yàn)本質(zhì)是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，只不過(guò)需要先進(jìn)行物理上的推導(dǎo)或猜想．