（课标通用）高考物理二轮复习 实验题提分技巧 热点14 力学创新实验（含解析）-人教版高三全册物理试题

热点14力学创新实验(建议用时：30分钟)1(2019广东华南师大附中月考)某同学利用图示装置来研究A和C组成的系统机械能是否守恒A、B是质量均为m的小物块，C是质量为M的重物，A、B间由轻弹簧相连、A、C间由轻绳相连在物块B下放置一压力传感器，重物C下放置一速度传感器，压力传感器与速度传感器相连当压力传感器示数为零时，就触发速度传感器测定此时重物C的速度整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度为g.实验操作如下：开始时，系统在外力作用下保持静止，轻绳拉直但张力为零现释放C，使其向下运动，当压力传感器示数为零时，触发速度传感器测出C的速度为v；在实验中保持A、B质量不变，改变C的质量M，多次重复第步回答下列问题：(1)该实验中，M和m大小关系必须满足M_m(选填“”)(2)为便于研究速度v与质量M的关系，每次测重物的速度时，其已下降的高度应_(选填“相同”或“不同”)(3)根据所测数据，为得到线性关系图线，应作出_(选填“v2M”“v2”或“v2”)图线(4)若第(3)问中所作出的图线在纵轴上的截距为b，则弹簧的劲度系数为_(用题给的已知量表示)解析 (1)由题意可知，当压力传感器的示数为零时，C仍然有向下的速度v，所以必须满足Mm.(2)必须保证重物每次下降高度相同才能研究速度v与质量M的关系(3)因刚开始时弹簧被压缩，弹力为mg；而压力传感器示数为零时，弹簧被拉伸，弹力大小仍为mg，即弹簧弹性势能在始、末状态相同，为此需要验证(mM)v2(Mm)g2x，x为弹簧弹力大小为mg时弹簧的形变量，化简得v28mgx4gx，所以要想得到线性关系图线，应作v2图线(4)由题意知，当0时有b4gx，而mgkx，联立得k.答案 (1)(2)相同(3)v2(4)2(2019广西柳铁一中期中)某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k_N/m.(g取9.8 m/s2)砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.636.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示；调整导轨，当滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙所示由图可知，v与x成_关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比解析 (1)由fkx得fkx，代入表中数据可得出k值(2)滑块滑行过程中无摩擦阻力，自由滑动时导轨已调整到水平状态，故滑块此时匀速运动(3)当不考虑空气阻力、摩擦等因素且导轨又调到水平状态时，释放滑块的过程中只涉及弹性势能与滑块的动能，即能量只在这两种形式的能量之间转化(4)vx图线是过原点的直线，故vx.因EpEkmv2v2x2，故Epx2.答案 (1)49.550.5(2)相等(3)滑块的动能(4)压缩量的二次方3(2019广东深圳耀华实验学校月考)为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器质量，丙图中M包括小车和与小车相连的滑轮质量)，钩码总质量用m表示(1)三组实验中需要平衡小车与长木板间摩擦力的是_(用甲、乙、丙表示)(2)三组实验中需满足Mm关系的是_(3)若采用图甲所示方法研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”，M为小车总质量(其中小车自身质量用M0表示，车上所加砝码质量用m0表示)，所画出的实验图象如图所示设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力为F_，小车的质量为M0_.解析 (1)三组实验都是用细线的拉力表示小车受到的合外力，所以都需要平衡摩擦力(2)甲图中钩码的总质量对应的重力大小表示小车受到的合外力大小，乙图中小车受到的合外力用力传感器测出，丙图中小车受到的合外力则是测力计示数的2倍，因此三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件(3)根据牛顿第二定律得F(M0m0)a，变形得m0，所以m0图线的斜率为，则k ，解得F；纵轴截距b，解得小车质量M0 .答案 (1)甲、乙、丙(2)甲(3)4(2019全国押题卷二)甲、乙同学均设计了测定动摩擦因数的实验，已知重力加速度为g.(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中A为置于水平面上的质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接一个轻质弹簧测力计，连接弹簧的细绳水平，实验时用力向左拉动A，当C的示数稳定后(B仍在A上)，读出其示数F，则该设计能测出_(选填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为_.(2)乙同学的设计如图乙所示，他在一端带有定滑轮的长木板上固定A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面上，物块与滑轮间的细绳水平，实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t；在坐标系中作出F的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，因乙同学不能测出物块质量，故该同学还应该测出的物理量为_(填所测物理量及符号)根据所测物理量及图线信息，可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为_.解析 (1)当A达到稳定状态时，B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力f大小相等B对木块A的压力大小等于B的重力mg，由ffN得，由C上读取F，即可求出A与B间的动摩擦因数.(2)小车由静止开始做匀加速运动，根据匀加速直线运动位移公式得xat2，解得a，根据牛顿第二定律得，对于小车有Fmgma，则Fmgmamg，图线的斜率为k2mx，纵轴的截距为bmg，k与摩擦力是否存在无关，小车与木板间的动摩擦因数，故该同学还应该测出的物理量是光电门A、B之间的距离x.答案 (1)A与B(2)光电门A、B之间的距离x