2018-2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)訓(xùn)練13 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新

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1、專題限時(shí)訓(xùn)練13　力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 時(shí)間：45分鐘 1．(2018·武漢華師一附中模擬)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車總質(zhì)量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固連的滑輪)，鉤碼總質(zhì)量用m表示． (1)為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時(shí)，小車的加速度與所受合外力成正比的結(jié)論，下列說法正確的是(　BC　) A．三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要平衡摩擦力 B．三組實(shí)驗(yàn)都需要平衡摩擦力 C．三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件 D．三組實(shí)驗(yàn)都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小

2、車的總質(zhì)量M的條件 (2)若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計(jì)讀數(shù)相同，通過計(jì)算得到小車加速度均為a，a＝g，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，則乙、丙兩人實(shí)驗(yàn)時(shí)所用小車總質(zhì)量之比為12，乙、丙兩人實(shí)驗(yàn)用的鉤碼總質(zhì)量之比為12. 解析：(1)為了便于測量合外力的大小，甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應(yīng)的重力即為合外力，而乙圖是力傳感器的示數(shù)，丙圖則是測力計(jì)的2倍，因此它們都必須平衡摩擦力，故A錯(cuò)誤，B正確；由于甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應(yīng)的重力即為合外力，因此三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件，故C正確，D錯(cuò)誤． (2)根據(jù)牛頓第二定律，則有：F＝M乙a,2F＝M丙a

3、；因此乙、丙兩人實(shí)驗(yàn)時(shí)所用小車總質(zhì)量之比為12；由牛頓第二定律，對砝碼進(jìn)行研究，則有m乙g－F＝m乙a，而m丙g－F＝m丙2a，因a＝g，解得m乙m丙＝12；即乙、丙兩人實(shí)驗(yàn)用的鉤碼總質(zhì)量之比為12. 2．小白用如圖所示的裝置驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，其部分實(shí)驗(yàn)操作如下． (1)請完成下列相關(guān)內(nèi)容： a．在木板上記下懸掛兩個(gè)鉤碼時(shí)彈簧末端的位置O. b．卸下鉤碼，然后將兩繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測力計(jì)將彈簧末端拉到同一位置O，記錄細(xì)繩套AO、BO的方向及兩彈簧測力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)．圖中B彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為11.40 N. c．小白在坐標(biāo)紙上畫出兩彈簧拉力FA、FB的大小

4、和方向如圖所示，請你用作圖工具在圖中坐標(biāo)紙上作出FA、FB的合力F′. d．已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力F如圖所示． e．最后觀察比較F和F′，得出結(jié)論． 答案：圖見解析 (2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是C. A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．控制變量法 C．等效替代法 D．建立物理模型法 解析：b.圖中B彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為11.40 N；c.圖線如圖： 3．如圖甲所示，某組同學(xué)借用“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，進(jìn)行“研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)： (1)為達(dá)到平衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)

5、打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線(或勻速)運(yùn)動(dòng)． (2)連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實(shí)驗(yàn)得到圖乙所示的紙帶．紙帶上O為小車運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻所打的點(diǎn)，選取時(shí)間間隔為0.1 s的相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G.實(shí)驗(yàn)時(shí)小車所受拉力為0.2 N，小車的質(zhì)量為0.2 kg. 請計(jì)算小車所受合外力做的功W和小車動(dòng)能的變化ΔEk.補(bǔ)填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第四位). O—B O—C O—D O—E O—F W/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 0.111_5 ΔEk/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.0

6、90 7 0.110_5 分析上述數(shù)據(jù)可知：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)W＝ΔEk，與理論推導(dǎo)結(jié)果一致． (3)實(shí)驗(yàn)前已測得托盤質(zhì)量為7.7×10－3 kg，實(shí)驗(yàn)時(shí)該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為0.015 kg(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第三位)． 解析：(1)若已平衡摩擦力，則小車在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)． (2)從紙帶上的O點(diǎn)到F點(diǎn)，W＝F·＝0.2×0.557 5 J＝0.111 5 J，打F點(diǎn)時(shí)速度vF＝＝ m/s＝1.051 m/s，ΔEk＝Mv＝×0.2×1.0512 J≈0.110 5 J. (3)打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為vB＝＝ m/s＝0.655 5 m/s，

7、所以小車的加速度a＝＝ m/s2≈0.99 m/s2. 小車所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，所以盤中砝碼的質(zhì)量m＝－m0＝ kg≈0.015 kg. 4．如圖甲為某一同學(xué)探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)圖，在水平臺面上放一長木板，板的右端有一個(gè)定滑輪，細(xì)繩一端連接小車，另一端跨過定滑輪，連接裝有砝碼的托盤，將小車同紙帶移近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，由靜止釋放托盤，每次托盤下落高度一定，木板足夠長，小車沒有碰到右側(cè)滑輪(小車在碰到右側(cè)滑輪之前，托盤已經(jīng)著地)，將小車中的砝碼依次移至托盤中，釋放托盤，多次實(shí)驗(yàn)打下紙帶，實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量為M，托盤質(zhì)量為m0，每個(gè)砝碼的質(zhì)量也為m0，所有砝碼與托盤的總質(zhì)量為m，托

8、盤下落的高度為h，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間. (1)減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)操作中先將長木板放置在水平桌面上，接下來再進(jìn)行一項(xiàng)調(diào)節(jié)是B.(填正確答案標(biāo)號) A．將長木板一端墊高，釋放空托盤讓其拖動(dòng)小車?yán)垘н\(yùn)動(dòng)并打點(diǎn)，判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) B．將長木板一端墊高，撤除細(xì)繩，用手撥動(dòng)小車后讓其拉著紙帶運(yùn)動(dòng)并打點(diǎn)，判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) C．將長木板一端墊高，撤除細(xì)繩，讓小車自行下滑拉著紙帶并打點(diǎn)，然后判斷小車是否做勻加速運(yùn)動(dòng) D．每移動(dòng)一次砝碼，小車對木板的壓力都不同，導(dǎo)致摩擦力不同，所以都應(yīng)平衡一次摩擦力 (2)實(shí)驗(yàn)中，用不同數(shù)目的砝碼拉動(dòng)小車拖動(dòng)紙帶圖乙是一條實(shí)驗(yàn)紙帶，O為初始點(diǎn)，紙帶

9、上的點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的原始點(diǎn)，則對紙帶上的數(shù)據(jù)處理正確的是C(填正確答案標(biāo)號)． A．選取OA間距，求OA間的平均速度 B．選取DE間距，求DE間的平均速度 C．選取DG間距，求DG間的平均速度 D．選取AG間距，求AG間的平均速度 (3)實(shí)驗(yàn)對多次做功的定量記錄和對紙帶的分析，探究功與速度的變化的關(guān)系，在數(shù)據(jù)處理時(shí)采用了圖象法處理，縱軸為小車最大速度的平方v2，橫軸為n(托盤中的砝碼個(gè)數(shù)n碼＝n－1)，得到圖丙，圖線為過原點(diǎn)的傾斜直線，說明做功與速度變化的關(guān)系是合外力做的功與速度的平方成正比，圖線斜率的表達(dá)式k＝. 解析：(1)為了使細(xì)繩對小車的拉力等于小車所受的合外力

10、，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)繩與長木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤除細(xì)繩，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，即平衡摩擦力，故A、C錯(cuò)誤，B正確；平衡摩擦力只需要平衡一次，每移動(dòng)一次砝碼，不需要重新平衡摩擦力，故D錯(cuò)誤． (2)我們要求出最后勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，所以選取后面點(diǎn)跡比較均勻的DG段，求DG間的平均速度，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤． (3)對小車、砝碼以及托盤整體，根據(jù)動(dòng)能定理得： [(n－1)m0＋m0]gh＝(m＋M)v2 整理得：v2＝n， 若v2-n圖線為過原點(diǎn)的

11、傾斜直線，則說明合外力做的功與速度的平方成正比，v2-n圖線斜率的表達(dá)式為： k＝＝. 5．(2018·全國卷Ⅱ)某同學(xué)用圖甲所示的裝置測量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼．緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大?。炒螌?shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在表中給出，其中f4的值可從圖乙中彈簧秤的示數(shù)讀出． 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動(dòng)摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55

12、f4 2.93 回答下列問題： (1)f4＝2.75 N； (2)在圖丙的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f-m圖線； 答案：如圖所示 (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝μ(M＋m)g，f-m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝μg； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f-m圖線求得μ＝0.40.(保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)對彈簧秤進(jìn)行讀數(shù)得2.75 N．(2)在圖象上添加(0.05 kg, 2.15 N)、(0.20 kg, 2.75 N)這兩個(gè)點(diǎn)，畫一條直線，使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，如答圖所示．(3)由實(shí)驗(yàn)原理可得f＝μ(M＋m)g, f-m圖線的斜率為k＝μg.(4)根據(jù)圖象求出k＝3.9 N/kg，代入數(shù)據(jù)得μ＝0.40. 7