2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題十二 力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(14分)如圖甲所示,在研究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系時(shí),把彈簧上端固定在橫梁上,下端懸吊不同重力的砝碼,用刻度尺測量彈簧的長度,把彈簧的伸長量x和彈簧彈力F的關(guān)系在F-x坐標(biāo)系中描點(diǎn)如圖乙所示。(1)從坐標(biāo)系中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,該彈簧的勁度系數(shù)是(精確到兩位有效數(shù)字)。(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),以下哪項(xiàng)是沒有必要的?(填入字母序號)。A.懸吊砝碼后,在砝碼靜止后再讀數(shù)B.盡量減小彈簧和橫梁之間的摩擦C.彈簧的受力不超過它的彈性限度2.(16分)某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng),重物落地后,物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)。從紙帶上便于測量的點(diǎn)開始,每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz。甲乙(1)通過分析紙帶數(shù)據(jù),可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)和之間某時(shí)刻開始減速。(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的速度大小為m/s,計(jì)數(shù)點(diǎn)6對應(yīng)的速度大小為m/s。(保留三位有效數(shù)字)(3)物塊減速運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小為a=m/s2,若用來計(jì)算物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(g為重力加速度),則計(jì)算結(jié)果比動(dòng)摩擦因數(shù)的真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”)。3.(16分)(xx貴州八校聯(lián)盟聯(lián)考)為了測量木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù),某小組使用位移傳感器設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(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),描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時(shí)間t變化規(guī)律,如圖乙所示。(1)根據(jù)上述x-t圖,計(jì)算0.3 s時(shí)木塊的速度v= m/s,木塊加速度a= m/s2;(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)若知道木板的傾角為,則木塊與木板的動(dòng)摩擦因數(shù)=,所有量用字母表示(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間)。(3)為了提高木塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的測量精度,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.選擇體積較小的實(shí)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4.(16分)(xx山東棗莊統(tǒng)考)(1)下圖螺旋測微器的讀數(shù)為 mm;圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)是 cm。(2)用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1=50 g、m2=150 g,則(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)在紙帶上打下記數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v= m/s;在打下點(diǎn)“0”到點(diǎn)“5”過程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量Ek= J,系統(tǒng)勢能的減少量Ep= J(計(jì)算時(shí)g取10 m/s2)。由此得出的結(jié)論:。若某同學(xué)作出-h圖象如圖,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭= m/s2。5.(18分)甲某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源,可以提供輸出電壓為6 V的交變電流和直流電,交變電流的頻率為50 Hz。重錘從高處由靜止開始下落,重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)測量并分析,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟:A.按照圖示的裝置安裝器件;B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上;C.用天平測出重錘的質(zhì)量;D.先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶;E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離;F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動(dòng)能。其中沒有必要進(jìn)行的步驟是,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是。(填選項(xiàng)字母)(2)這位同學(xué)進(jìn)行正確測量后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析,如圖乙所示,其中O點(diǎn)為起始點(diǎn),A、B、C、D、E、F為六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù),可得出打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為 m/s。(保留三位有效數(shù)字)乙(3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點(diǎn)的速度v,量出下落距離h,并以為縱軸、以h為橫軸畫出的-h圖象,應(yīng)是下列圖中的。丙(4)他進(jìn)一步分析,發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)存在較大誤差,為此對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),用如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律:通過電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落,下落過程中經(jīng)過光電門B時(shí),通過與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)記錄擋光時(shí)間t,用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h,用游標(biāo)卡尺測得小鐵球的直徑d。重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束。則小鐵球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v=。如果d、t、h、g滿足關(guān)系式,就可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(5)比較兩個(gè)方案,改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點(diǎn)是。6.(20分)在探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組組裝了一套如圖甲所示的裝置,拉力傳感器固定在小車上,一端與細(xì)繩相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶與小車尾部相連接,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T,實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下:甲(1)平衡小車所受的阻力:不掛鉤碼,調(diào)整木板右端的高度,用手輕推小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。(2)測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M,按圖組裝好儀器,并連接好所需電路,將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,先接通拉力傳感器和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,然后,打出一條紙帶,關(guān)閉電源。(3)在打出的紙帶中選擇一條比較理想的紙帶如圖乙所示,在紙帶上按打點(diǎn)先后順序依次取O、A、B、C、D、E等多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)間的距離分別用hA、hB、hC、hD、hE、表示,則小車和拉力傳感器在計(jì)時(shí)器打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式為,若拉力傳感器的讀數(shù)為F,計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)到打下D點(diǎn)過程中,細(xì)繩拉力對小車所做功的表達(dá)式為。乙(4)某同學(xué)以A點(diǎn)為起始點(diǎn),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)動(dòng)能的增量Ek為縱坐標(biāo),以A點(diǎn)到各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)拉力對小車所做的功W為橫坐標(biāo),得到一條過原點(diǎn)的傾角為45的直線,由此可以得到的結(jié)論是。參考答案1.答案:(1)1.2102 N/m或1.3102 N/m(2)B解析:(1)由胡克定律F=kx知F-x圖象中的斜率即勁度系數(shù)。(2)胡克定律只在彈性限度內(nèi)才成立;實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)在砝碼靜止、形變量穩(wěn)定時(shí)讀數(shù);彈簧和橫梁之間的摩擦力對本實(shí)驗(yàn)沒有影響。2.答案:(1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00偏大解析:(1)由紙帶上各點(diǎn)間距可以看出,6、7兩點(diǎn)間距離最大,在計(jì)數(shù)點(diǎn)6之前,連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移差x=2.00 cm,而6、7兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間位移與前一段位移之差x=x67-x56<2.00 cm。故物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)6和7之間開始減速。(2)根據(jù)v5=可得v5= m/s=1.00 m/s,從點(diǎn)2到點(diǎn)6段的加速度a=2.01 m/s2,v6=v5+aT=1.20 m/s。(3)物塊在6、7點(diǎn)間加速度變化,減速過程加速度大小有a=2.0 m/s2,但重物落地后,滑塊向前運(yùn)動(dòng)時(shí)除受摩擦力作用外,紙帶和限位孔之間也存在摩擦力作用,即mg+F阻=ma,=,故利用=計(jì)算出的動(dòng)摩擦因數(shù)比真實(shí)值偏大。3.答案:(1)0.804.0(2)(3)AC解析:(1)由圖象知,在第1個(gè)0.1 s內(nèi),木塊的位移為0,在第二個(gè)0.1 s,木塊的位移x2=(42-40) cm=2 cm,經(jīng)第3個(gè)0.1 s,木塊的位移x3=(40-34) cm=6 cm,經(jīng)第4個(gè)0.1 s,木塊的位移x4=(34-24) cm=10 cm,0.3 s時(shí)木塊的速度v=0.8 m/s;由x=aT2解得a=4.0 m/s2。(2)根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin -mgcos =ma,解得=。(3)A點(diǎn)與傳感器距離適當(dāng)大些,可提高長度的測量精度,提高加速度的測量精度,從而提高動(dòng)摩擦因數(shù)的測量精度,選項(xiàng)A正確;而木板的傾角過大,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間過短,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;體積較小的實(shí)心木塊受到的空氣阻力較小,測量結(jié)果較準(zhǔn)確,選項(xiàng)C正確;傳感器開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻可從任意位置,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.答案:(1)5.6701.050(2)2.40.580.60在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒9.7解析:(1)5.5 mm+17.00.01 mm=5.670 mm,注意讀可動(dòng)刻度時(shí)要估計(jì)一位;游標(biāo)卡尺讀數(shù),1 cm+100.05 mm=1.050 cm,游標(biāo)卡尺不能估讀。(2)由瞬時(shí)速度與平均速度的關(guān)系式v5=2.4 m/s,Ek=(m1+m2)=0.58 J,重物m1上升h5=60.00 cm=0.60 m,重物m2下降0.60 m,系統(tǒng)重力勢能的減小量Ep=m2gh5-m1gh5=0.6 J。在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機(jī)械能守恒表達(dá)式(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,得gh,可知圖線的斜率k=g=4.85,解得g=9.7 m/s2。5.答案:(1)CB(2)1.84(3)C(4)=gh(5)消除了紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦影響,提高了測量的精確度,從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差解析:(1)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,需要驗(yàn)證mv2=mgh,則只需驗(yàn)證v2=gh即可,故不需要測出重錘的質(zhì)量,所以沒有必要進(jìn)行的步驟是C。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能使用交流電源,故操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B。(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知,B點(diǎn)的速度為vB= m/s=1.84 m/s。(3)由關(guān)系式v2=gh可知,v2-h圖象應(yīng)是過原點(diǎn)的傾斜直線,故選C。(4)小鐵球通過光電門的時(shí)間很短,故可用小鐵球經(jīng)過光電門的平均速度近似求出小鐵球通過光電門的瞬時(shí)速度,即v=,代入v2=gh可得=gh。6.答案:(1)間距相等(2)釋放小車(3)F(hD-hA)(4)外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量解析:(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點(diǎn)時(shí),小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),受力平衡。(2)在組裝好實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源,再釋放小車。(3)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE段的平均速度,即vD=,故打下D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為EkD=;拉力對小車做的功為W=F(hD-hA)。(4)因圖線是一條過原點(diǎn)的直線且直線的傾角為45,可得出方程式Ek=W,故可得結(jié)論:外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化量。