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2022年高三二輪復習物理專題通關 課時鞏固過關練（十三） 物理實驗6.13 Word版含答案
1.(12分)(xx·德州一模)如圖甲,一個圓盤可以繞通過中心垂直于盤面的水平軸轉動。圓盤加速轉動時,紙帶隨圓盤運動通過打點計時器打上一系列點。用20分度的游標卡尺測得圓盤的直徑如圖乙所示,用此裝置打出的一條紙帶如圖丙所示(打點計時器所接交流電的頻率為50Hz,A、B、C、D…為計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出)。
(1)根據(jù)圖乙讀出圓盤的直徑為
2、 cm。
(2)根據(jù)圖丙計算,打D點時圓盤轉動的角速度為 rad/s。
(3)由圖丙可知,紙帶運動的加速度大小為 m/s2。
【解析】(1)整數(shù)部分為60mm,小數(shù)部分為零,由于精確度為0.05mm,故需寫到0.001cm處,故讀數(shù)為6.000cm;故直徑為6.000cm。
(2)打下計數(shù)點D時,速度為
vD===0.39m/s
故ω==rad/s=13rad/s
(3)紙帶運動的加速度為
a===m/s2=0.60m/s2
答案：(1)6.000 (2)13 (3)0.60
2.(12分)(xx·全國卷Ⅰ)某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時
3、的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20 m)。
完成下列填空：
(1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上,如圖甲所示,托盤秤的示數(shù)為1.00 kg。
(2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時,托盤秤的示數(shù)如圖乙所示,該示數(shù)為 kg。
(3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放,小車經(jīng)過最低點后滑向另一側,此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m;多次從同一位置釋放小車,記錄各次的m值如表所示：
序號
1
2
3
4
5
m/kg
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90
(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù),可求出小車經(jīng)過凹形
4、橋最低點時對橋的壓力為 N;小車通過最低點時的速度大小為 m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,計算結果保留2位有效數(shù)字)
【解題指南】解答本題時應從以下三點進行分析：
(1)掌握托盤秤的讀數(shù)規(guī)則。
(2)注意讀數(shù)和力的換算。
(3)在軌道的最低點根據(jù)牛頓第二定律分析。
【解析】(2)托盤秤的最小標度為0.1 kg,則讀數(shù)為
1.00 kg+4.0×0.1 kg=1. 40 kg;
(4)小車經(jīng)過最低點時對橋的壓力為
F=-1.00g=7.9 N,
在橋的最低點,由牛頓第二定律得
F-mg=m,
其中m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,
5、
再代入其他數(shù)據(jù)解得v=1.4 m/s。
答案：(2)1.40 (4)7.9 1.4
3.(14分)圖中所示的裝置可用來探究做功與速度變化的關系。傾角為θ的斜面體固定在實驗臺上,將光電門固定在斜面體的底端O點,讓小球從斜面上的不同位置由靜止釋放,釋放點到光電門的距離d依次為5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。
(1)用游標卡尺測量小球的直徑,如圖乙所示,小球的直徑D= cm。
(2)該實驗 (選填“需要”或“不需要”)測量小球的質量;小球通過光電門經(jīng)歷的時間為Δt,小球通過光電門的速度為 (填字母),不考慮誤差的影響,從理論上來說,該結
6、果 (選填“<”“>”或“=”)球心通過光電門的瞬時速度。
(3)為了探究做功與速度變化的關系,依次記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表所示。
實驗次數(shù)
1
2
3
4
5
6
d/×10-2m
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
v/(m·s-1)
0.69
0.98
1.20
1.39
1.55
1.70
v2/(m·s-1)2
0.48
0.97
1.43
1.92
2.41
2.86
/(m·s-1
0.83
0.99
1.10
1.18
1.24
1.30
從表格中數(shù)據(jù)分析能夠得到關于“
7、做功與速度變化的關系”的結論是?
。
【解析】(1)螺旋測微器：固定刻度為5.5mm,可動刻度為12.5×0.01mm=0.125mm,則讀數(shù)為5.5mm+0.125mm=5.625mm=0.5625cm。
(2)根據(jù)動能定理mgd=mv2得,本實驗要驗證v2=2gd,故不需要測量小球的質量。由平均速度表示經(jīng)過光電門時的速度,故小球通過光電門的速度為v=,根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得：小球通過光電門的平均速度等于這個過程中間時刻的速度,所以小球通
8、過光電門的平均速度小于球心通過光電門的瞬時速度。
(3)根據(jù)表格中記錄的數(shù)據(jù)可得,釋放點到光電門的距離d與物體的速度以及速度的平方根都不存在正比例的關系,與速度的平方接近正比例關系,所以可選擇v2為坐標系的縱坐標。將表格中的數(shù)據(jù)在d-v2坐標系中描點連線如圖。從圖像中得到的直接結論是d與v2成正比;從而間接得到做功與物體速度變化的規(guī)律是合外力做功與v2成正比。
答案：(1)0.5625
(2)不需要 <
(3)合外力做功與小球通過光電門時速度的平方成正比
4.(14分)(xx·深州二模)在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗中：
(1)兩實驗小組同學分別采用了如圖甲和乙所示的
9、裝置的兩種不同的實驗方案進行實驗。
①在圖甲中,下落物體應選擇密度 (選填“大”或“小”)的重物;在圖乙中,兩個重物的質量關系是m1 (選填“>”“=”或“<”)m2。
②采用圖乙的方案進行實驗,還需要的實驗器材有交流電源、刻度尺和 。
③比較兩種實驗方案,你認為圖 (選填“甲”或“乙”)所示實驗方案更合理,理由是 。
(2)有一同學采用了圖甲所示的方案,選出一條紙帶如圖丙所示,其中O點為起始點,A、B、C為三個計數(shù)點,打點計時器通以50Hz交流電,在計數(shù)點A和B
10、、B和C之間還各有一個點,重物的質量為0.5kg,g取9.8m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù),打B點時重物的重力勢能比開始下落時減少了 J,這時它的動能是 J,根據(jù)上面這兩個數(shù)據(jù)你能得到的結論是 。(結果保留三位有效數(shù)字)
【解析】(1)①在題圖甲中,為了減小空氣阻力的影響,應選擇體積小、密度大的重物;在題圖乙中,m2在m1的拉力作用下向上運動,所以m1>m2。②兩重物質量不等,分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時,兩邊質量不能約去,故需要天平測量兩重物的質量。③題圖乙中所示實驗還受到細線與滑輪之間的摩擦力的影響,機械能損失較
11、大,故題圖甲所示實驗方案較為合理。
(2)重力勢能減少量為ΔEp=mghOB=0.867J;打B點時重物的速度為vB=,其動能為ΔEkB=m()2=0.852J,可見在誤差允許的范圍內,重物下落時機械能守恒。
答案：(1)①大 > ②天平?、奂住D乙中還受到細線與滑輪之間的摩擦力的影響 (2)0.867 0.852 在誤差允許的范圍內,重物下落時機械能守恒
5.(16分)(xx·濟南二模)為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖。圖1中打點計時器的電源為50Hz的交流電源,打點的時間間隔用Δt表示。在小車質量未知的情況下,某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質量間
12、的關系”。
(1)完成下列實驗步驟中的填空：
①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊,調整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列 的點。
②按住小車,在小吊盤中放入適當質量的物塊,在小車中放入砝碼。
③打開打點計時器電源,釋放小車,獲得圖2帶有點列的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質量m。
④按住小車,改變小車中砝碼的質量,重復步驟③。
⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標注一個計數(shù)點。測量相鄰計數(shù)點的間距s1,s2,…。求出與不同m相對應的加速度a。
⑥以砝碼的質量m為橫坐標,為縱坐標,在坐標紙上作出-m關系圖線。
(2)完成下列填空：
①
13、本實驗中,為了保證在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是 。
②設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示為a= 。由此求得加速度的大小a= m/s2。
③圖3為所得實驗圖線的示意圖。設圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為 ,小車的質量為 。
【解析】(1)①平衡摩擦力的標準為小車可以勻速運動,打點計時器打出的紙帶點跡間隔均勻。
(2)①設小車的質量為M,小吊盤和盤中物塊的質量為m,設繩子上拉力為F
14、,
以整體為研究對象有mg=(m+M)a
解得a=
以M為研究對象有繩子的拉力F=Ma=mg
顯然要有F=mg必有m+M=M,故有M?m,即只有M?m時,才可以認為繩對小車的拉力大小等于小吊盤和盤中物塊的重力。所以為了保證在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質量之和應該遠小于小車和砝碼的總質量。
②設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2、s3。由勻變速直線運動的推論得：Δx=aT2
a=
圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=24.2mm,s3=47.2mm。
由此求得加速度的大小
a==m/s2=1.15m/s2。
15、
③設小車質量為M,小車受到外力為F,由牛頓第二定律有F=(m+M)a;
所以=+,
所以,-m圖像的斜率為,故F=,縱軸截距為b==kM,所以,M=。
答案：(1)①間隔均勻 (2)①M遠大于m
② 1.15?、邸?
6.(16分)如圖甲所示是研究小車做勻變速直線運動的實驗裝置,打點計時器的工作周期為T。
(1)實驗中,必要的措施是 。
A.細線必須與長木板平行
B.小車必須具有一定的初速度
C.小車質量遠大于鉤碼質量
D.平衡小車與長木板間的摩擦力
(2)如圖乙所示,A、B、C、D、E、F、G是打好的紙帶上7個連續(xù)的點。從圖乙中可讀得s6= cm,F點對應的
16、瞬時速度大小的計算式為vF= 。(用題目中所給量的字母表示)
(3)如圖丙所示是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的v2-2s圖線(s為各打點至同一起點的距離),由圖線可知：該圖線的斜率表示 ,其大小為 (保留2位有效數(shù)字),單位是 。
【解析】(1)本實驗是研究小車做勻變速直線運動,而不是探究加速度與力的關系,只要保證小車做勻加速直線運動即可,故B、C、D沒有必要;若細線與長木板不平行,隨著小車向左運動,細線與水平方向的夾角增大,小車受到的合外力就會發(fā)生變化(拉力減小、摩擦力增大),加速度隨之發(fā)生變化,小車做變加速運動,與實驗要求不符,故必須保證細線與長木
17、板平行。故選A。
(2)刻度尺的最小刻度為毫米,讀數(shù)時應精確到0.1mm,s6=6.50cm-0.50cm=6.00cm;在勻變速直線運動的某段過程中,中間時刻的瞬時速度與這段時間內的平均速度相等,故F點對應的瞬時速度vF=。
(3)由速度位移關系v2-=2as得：v2=a·2s+,圖像的斜率表示小車的加速度：a===0.5m/s2。
答案：(1)A (2)6.00
(3)小車加速度的大小 0.5 m/s2
7.(16分)一個實驗小組做“探究彈簧彈力與彈簧伸長關系”的實驗,采用如圖甲所示裝置,質量不計的彈簧下端掛一個小盤,在小盤中增添砝碼,改變彈簧的彈力。實驗中作出小盤中砝碼重力隨
18、彈簧伸長量x變化的圖像如圖乙所示。(重力加速度g取10m/s2)
(1)利用圖像乙,可求得該彈簧的勁度系數(shù)為 N/m。
(2)利用圖像乙,可求得小盤的質量為 kg,小盤的質量會導致彈簧勁度系數(shù)的測量結果與真實值相比 (選填“偏大”“偏小”或“相同”)。
【解析】設彈簧原長為l0,小盤質量為m,根據(jù)胡克定律,彈簧彈力F彈=kx=F+mg得砝碼重力F=kx-mg,可知圖像斜率表示彈簧勁度系數(shù)k==N/m=200N/m。圖像縱軸截距絕對值表示托盤的重力,由圖像可知縱軸截距F=-1N,托盤重力G=mg=1N,則質量m=0.1kg。由F=kx-mg可知,彈簧勁度系數(shù)與托盤質量無關,故彈簧勁度系數(shù)的測量結果與真實值相同。
答案：(1)200 (2)0.1 相同
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2022年高三二輪復習物理專題通關 課時鞏固過關練（十三） 物理實驗6.13 Word版含答案
