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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 1.(14分)如圖甲所示,在研究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系時,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Δx和彈簧彈力F的關(guān)系在F-Δx坐標(biāo)系中描點(diǎn)如圖乙所示。 (1)從坐標(biāo)系中的實(shí)驗數(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)驗注意事項,以下哪項是沒有必要的?(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)驗裝置,探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動,重物落地后,物塊再運(yùn)動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個點(diǎn)取1個計數(shù)點(diǎn),相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。打點(diǎn)計時器電源的頻率為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數(shù)點(diǎn)　　　　和　　　　之間某時刻開始減速。 (2)計數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的速度大小為　　　　m/s,計數(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)動過程中加速度的大小為a=　　　m/s2,若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)(g為重力加速度),則計算結(jié)果比動摩擦因數(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摩擦因數(shù),某小組使用位移傳感器設(shè)計了如圖甲所示的實(shí)驗裝置,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。位移傳感器連接計算機(jī),描繪出滑塊相對傳感器的位移x隨時間t變化規(guī)律,如圖乙所示。 (1)根據(jù)上述x-t圖,計算0.3 s時木塊的速度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θ,則木塊與木板的動摩擦因數(shù)μ=　　　　　　,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.傳感器開始計時的時刻必須是木塊從A點(diǎn)釋放的時刻 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)驗裝置驗證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)計時器打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,即可驗證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個點(diǎn),每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計數(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) ①在紙帶上打下記數(shù)點(diǎn)5時的速度v=　　　 m/s; ②在打下點(diǎn)“0”到點(diǎn)“5”過程中,系統(tǒng)動能的增量ΔEk=　　　　　　 J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=　　 J(計算時g取10 m/s2)。由此得出的結(jié)論:　 　。 ③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)驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗所用的電源為學(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,即可驗證機(jī)械能守恒定律。 (1)他進(jìn)行了下面幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器件; B.將打點(diǎn)計時器接到電源的“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)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能。 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為六個計數(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)驗存在較大誤差,為此對實(shí)驗設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn),用如圖丙所示的實(shí)驗裝置來驗證機(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,通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間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的瞬時速度v=　　　　。如果d、t、h、g滿足關(guān)系式　　　　　　,就可驗證機(jī)械能守恒定律。 (5)比較兩個方案,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)在探究動能定理的實(shí)驗中,某實(shí)驗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)計時器的紙帶與小車尾部相連接,打點(diǎn)計時器打點(diǎn)周期為T,實(shí)驗的部分步驟如下: 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)計時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)計時器附近,先接通拉力傳感器和打點(diǎn)計時器的電源,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等多個計數(shù)點(diǎn),各個計數(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時器打下D點(diǎn)時的動能表達(dá)式為　　　　　　　　,若拉力傳感器的讀數(shù)為F,計時器打下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)到各個計數(shù)點(diǎn)動能的增量ΔEk為縱坐標(biāo),以A點(diǎn)到各個計數(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=kΔx知F-Δx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)驗時應(yīng)在砝碼靜止、形變量穩(wěn)定時讀數(shù);彈簧和橫梁之間的摩擦力對本實(shí)驗沒有影響。 2.答案:(1)6　7(或7　6)　(2)1.00　1.20　(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,在計數(shù)點(diǎn)6之前,連續(xù)相等的時間內(nèi)位移差Δx=2.00 cm,而6、7兩計數(shù)點(diǎn)間位移與前一段位移之差Δx=x67-x56<2.00 cm。故物塊在兩相鄰計數(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)動時除受摩擦力作用外,紙帶和限位孔之間也存在摩擦力作用,即μmg+F阻=ma,μ=,故利用μ=計算出的動摩擦因數(shù)比真實(shí)值偏大。 3.答案:(1)0.80　4.0　(2) (3)AC 解析:(1)由圖象知,在第1個0.1 s內(nèi),木塊的位移為0,在第二個0.1 s,木塊的位移x2=(42-40) cm=2 cm,經(jīng)第3個0.1 s,木塊的位移x3=(40-34) cm=6 cm,經(jīng)第4個0.1 s,木塊的位移x4=(34-24) cm=10 cm,0.3 s時木塊的速度v==0.8 m/s;由Δx=aT2解得a==4.0 m/s2。 (2)根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin θ-μmgcos θ=ma,解得μ=。 (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,從而提高動摩擦因數(shù)的測量精度,選項A正確;而木板的傾角過大,則運(yùn)動時間過短,選項B錯誤;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C正確;傳感器開始計時的時刻可從任意位置,選項D錯誤。 4.答案:(1)5.670　1.050　(2)①2.4?、?.58　0.60　在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒?、?.7 解析:(1)5.5 mm+17.00.01 mm=5.670 mm,注意讀可動刻度時要估計一位;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)由瞬時速度與平均速度的關(guān)系式v5==2.4 m/s,ΔEk=(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ΔEp=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)C　B　(2)1.84　(3)C　(4) =gh　(5)消除了紙帶與打點(diǎn)計時器間的摩擦影響,提高了測量的精確度,從而減小了實(shí)驗誤差 解析:(1)要驗證機(jī)械能守恒定律,需要驗證mv2=mgh,則只需驗證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)計時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能的變化量 解析:(1)當(dāng)打點(diǎn)計時器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點(diǎn)時,小車做勻速直線運(yùn)動,受力平衡。 (2)在組裝好實(shí)驗裝置的基礎(chǔ)上,進(jìn)行實(shí)驗時應(yīng)先接通電源,再釋放小車。 (3)D點(diǎn)的瞬時速度等于CE段的平均速度,即vD=,故打下D點(diǎn)時的動能為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ΔEk=W,故可得結(jié)論:外力所做的功等于物體動能的變化量。