高考物理通用版二轮复习专题检测：十三 “追根溯源”智取创新实验——学会迁移 Word版含解析

专题检测（十三）专题检测（十三）“追根溯源追根溯源”智取创新实验智取创新实验学会迁移学会迁移1将一长为将一长为 L、质量为、质量为 m 的均匀杆绕一端无摩擦地转动，当转动角速度为的均匀杆绕一端无摩擦地转动，当转动角速度为时，杆具时，杆具有一定的动能有一定的动能 Ek，关于动能，关于动能 Ek的大小同学们有如下猜想。的大小同学们有如下猜想。甲同学：把杆当成位于其重心处的质量为甲同学：把杆当成位于其重心处的质量为 m 的质点，可能是的质点，可能是 Ek12mL2218m2L2乙同学：根据动能的平均值计算，可能是乙同学：根据动能的平均值计算，可能是 Ek12m2L20214m2L2丙同学：可能是丙同学：可能是 Ek16m2L2为了验证猜想，设计了如图甲所示的实验。质量为为了验证猜想，设计了如图甲所示的实验。质量为 m 的均匀长直杆一端固定在光滑转的均匀长直杆一端固定在光滑转轴轴 O 处处，杆由水平位置静止释放杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端用光电门测出另一端 A 经过某位置时的瞬时速度经过某位置时的瞬时速度 vA，并并记下该位置与转轴记下该位置与转轴 O 的高度的高度 h。(1)用游标卡尺测得杆的直径用游标卡尺测得杆的直径 d 如图乙所示如图乙所示，则则 d_，A 端通过光电门的时间端通过光电门的时间为为t，则，则 A 端通过光电门的瞬时速度端通过光电门的瞬时速度 vA的表达式为的表达式为_。(2)调节调节 h 的大小并记录对应的速度的大小并记录对应的速度 vA，建立，建立 vA2h 坐标系，并将实验数据在坐标系中坐标系，并将实验数据在坐标系中描出，如图丙所示，试在图丙中绘出描出，如图丙所示，试在图丙中绘出 vA2和和 h 的关系曲线，可得的关系曲线，可得 vA和和 h 的关系式为的关系式为_。(3)当地重力加速度当地重力加速度 g 取取 10 m/s2，结合图像分析，可得，结合图像分析，可得_(选填选填“甲甲”“”“乙乙”或或“丙丙”)同学的猜想是正确的。同学的猜想是正确的。解析：解析：(1)游标卡尺的主尺刻度读数为游标卡尺的主尺刻度读数为 10 mm，游标尺读数为，游标尺读数为 0.054 mm0.20 mm，所以最终读数为所以最终读数为 10 mm0.20 mm10.20 mm1.020 cm；根据速度定义式可得；根据速度定义式可得 vAdt。(2)连线如图，从图中可以看出，连线如图，从图中可以看出，vA2与与 h 是线性关系，是线性关系，vA230h m2/s2。(3)根据机械能守恒定律可得根据机械能守恒定律可得 Ek12mgh，再根据图像可得，再根据图像可得 vA230h m2/s2，联立解得，联立解得Ek16mvA216m2L2，即丙同学的猜想是正确的。，即丙同学的猜想是正确的。答案答案：(1)1.020 cmvAdt(2)见解析图见解析图vA230h m2/s2(3)丙丙2某实验小组用如图某实验小组用如图 1 所示的装置探究质量一定时加速所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，度与力的关系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车车A、B 放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连。两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两小车打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验。请回答以下问题：完成实验。请回答以下问题：(1)如图如图 2 为小车为小车 A 后面的纸带，纸带上的后面的纸带，纸带上的 0、1、2、3、4、5、6 为每隔为每隔 4 个计时点选个计时点选取的计数点取的计数点，相邻两计数点间的距离如图中标注相邻两计数点间的距离如图中标注，单位为单位为 cm。打点计时器所接电源的频率打点计时器所接电源的频率为为 50 Hz，则小车，则小车 A 的加速度的加速度 a1_m/s2(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)。同样测出小车。同样测出小车 B的加速度的加速度 a2，若，若 a1a2近似等于近似等于_，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。力成正比。(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值。只测量出两条纸带上从第一个打印点丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值。只测量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离到最后一个打印点间的距离 x1、x2，也能完成实验探究，若，也能完成实验探究，若 x1x2近似等于近似等于_，也，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是_。(3)下列操作中，对减小实验误差有益的是下列操作中，对减小实验误差有益的是_。A换用质量大一些的钩码换用质量大一些的钩码B换用质量大一些的小车换用质量大一些的小车C调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行D平衡小车运动过程中受到的摩擦力时，将细线与小车连接起来平衡小车运动过程中受到的摩擦力时，将细线与小车连接起来解析解析：(1)由题图由题图 2 可知可知，小车小车 A 的加速度的加速度 a1x6x5x4x3x2x19T2，式中式中 T0.1 s，代入数据可得：代入数据可得：a10.48 m/s2，由题图，由题图 1 可知，小车可知，小车 B 受的拉力等于小车受的拉力等于小车 A 所受拉力的所受拉力的 2倍，测出小车倍，测出小车 B 的加速度的加速度 a2，如果，如果 a1a212，就可以说明质量一定的情况下，物体的，就可以说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。加速度与力成正比。(2)小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个点对应小车的运动时间相等，由小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个点对应小车的运动时间相等，由 x12at2可知，可知，x 与与 a 成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比较成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比较 x1与与 x2的比值近似的比值近似等于等于 12，就能验证质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。，就能验证质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(3)换用质量更大一些的钩码，可减小实验的相对阻力，使得测量更准确，故换用质量更大一些的钩码，可减小实验的相对阻力，使得测量更准确，故 A 正确；正确；换用质量大一些的小车，会增大阻力，加大误差，故换用质量大一些的小车，会增大阻力，加大误差，故 B 错误；调整定滑轮的高度，使牵引错误；调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行小车的细线与木板平行，可减小实验的误差可减小实验的误差，故故 C 正确正确；平衡小车运动时受到的摩擦力时平衡小车运动时受到的摩擦力时，只让小车拖着纸带运动，而不应连接细线，故只让小车拖着纸带运动，而不应连接细线，故 D 错误。错误。答案：答案：(1)0.4812(2)12由由 x12at2可知，当时间可知，当时间 t 相等时，位移与加速度成相等时，位移与加速度成正比正比(3)AC3现要用图甲完成现要用图甲完成“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”实验实验：把白纸固定在竖直放置的木板把白纸固定在竖直放置的木板上上，白纸上画有一些同心圆白纸上画有一些同心圆，相邻两圆之间的距离为相邻两圆之间的距离为 r，圆心圆心 O 距第一个圆的距离为距第一个圆的距离为 r，A、B 为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。CO 为竖直方向的一基准线。为竖直方向的一基准线。(1)完成下列主要实验步骤所缺的内容：完成下列主要实验步骤所缺的内容：用一细绳系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在用一细绳系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在 C 点，橡皮筋的另一端连接两条点，橡皮筋的另一端连接两条细绳，跨过细绳，跨过 A、B 滑轮后各拴一细绳套，分别挂上滑轮后各拴一细绳套，分别挂上 3 个钩码和个钩码和 4 个钩码个钩码(每个钩码重每个钩码重 1 N)，如图乙所示，适当调整如图乙所示，适当调整 A、B 滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于 O 点处，点处，记下记下_和两条细绳的方向，取下钩码；和两条细绳的方向，取下钩码；再用一弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至再用一弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至 O 处，如图丙所示，处，如图丙所示，记下弹簧测力计的读数记下弹簧测力计的读数 F_N。(2)若相邻两圆环之间的距离表示若相邻两圆环之间的距离表示 1 N，该同学已经在图丁中作出，该同学已经在图丁中作出两条细绳的拉力两条细绳的拉力 F1和和 F2。请按力的图示画法在图中作出。请按力的图示画法在图中作出 F1和和 F2的的合力合力 F 及拉力及拉力 F的图示。的图示。(3)对比对比 F 和和 F的大小和方向的大小和方向，发现它们不是完全一致的发现它们不是完全一致的，其可其可能的原因是能的原因是_。(填一个原因填一个原因)(4)在步骤在步骤中中“适当调整适当调整 A、B 滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于 O点处点处”的目的是的目的是_。解析：解析：(1)本实验中用钩码所受的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳本实验中用钩码所受的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳上钩码的个数，即相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。上钩码的个数，即相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。弹簧测力计的读数弹簧测力计的读数F5.0 N。(2)所作的图示如图所示。所作的图示如图所示。(3)测量存在误差、作图不准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与细绳之间的摩擦力测量存在误差、作图不准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与细绳之间的摩擦力等。等。(4)由于由于 CO 是在竖直方向是在竖直方向，适当调整适当调整 A、B 滑轮的位置滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于稳定于 O 点处，目的是为了使点处，目的是为了使 F1和和 F2的合力沿竖直方向。的合力沿竖直方向。答案：答案：(1)两条细绳上钩码的个数两条细绳上钩码的个数5.0(2)见解析图见解析图(3)见解析见解析(4)使使 F1和和 F2的合力沿竖直方向的合力沿竖直方向4 (2019 届高三届高三邯郸模拟邯郸模拟)如图甲所示如图甲所示， 上表面光滑的楔形木块上表面光滑的楔形木块 A 固定在水平放置的压固定在水平放置的压力传感器上力传感器上。某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小钢球每次只有一个小钢球)，记记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出压力传感器示数与小钢录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出压力传感器示数与小钢球质量的关系图像，即球质量的关系图像，即 Fm 图像，如图乙所示。重力加速度大小取图像，如图乙所示。重力加速度大小取 9.8 m/s2，完成下列，完成下列填空：填空：(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间不同质量的小钢球在斜面上运动的时间_(填填“相同相同”或或“不相同不相同”)。(2)由图像可得，木块由图像可得，木块 A 的质量的质量 M_kg(保留两位有效数字保留两位有效数字)。(3)若斜面倾角为若斜面倾角为，由图像可得，由图像可得，cos2_(保留两位有效数字保留两位有效数字)。解析：解析：(1)根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：amgsin mgsin ，则不同质，则不同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同。量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同。(2)当当 m0 时，传感器的示数即为木块时，传感器的示数即为木块 A 所受的重力，则有：所受的重力，则有：Mg1.97 N，解得：，解得：M1.979.8kg0.20 kg。(3)对小钢球受力分析对小钢球受力分析，根据平衡条件可知根据平衡条件可知，A 对小钢球的支持力对小钢球的支持力 FNmgcos ，根据牛根据牛顿第三定律可知，小钢球对顿第三定律可知，小钢球对 A 的压力为的压力为 mgcos ，对，对 A 受力分析可知，传感器对受力分析可知，传感器对 A 的支持的支持力力 FMgmgcos cos ，则传感器的示数为，则传感器的示数为 FMgmgcos2，则，则 Fm 图像的斜率图像的斜率 kgcos2，则有：，则有：gcos22.301.970.13.3，解得：，解得：cos20.34。答案：答案：(1)相同相同(2)0.20(3)0.34(0.320.36 均可均可)5.(2018青岛模拟青岛模拟)如图所示为验证动量守恒定律的实验装置，实验如图所示为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：用天平测出两个小球的质量分别为用天平测出两个小球的质量分别为 m1和和 m2；安装实验装置，将斜槽安装实验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端切线水平固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面再将一斜面 BC 连接在斜槽末端；连接在斜槽末端；先不放小球先不放小球 m2，让小球，让小球 m1从斜槽顶端从斜槽顶端 A 处由静止释放，标记小球在斜面上的落点处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置位置 P；将小球将小球 m2放在斜槽末端放在斜槽末端 B 处，仍让小球处，仍让小球 m1从斜槽顶端从斜槽顶端 A 处由静止释放，两球发生处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球碰撞，分别标记小球 m1、m2在斜面上的落点位置；在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端 B 的距离的距离，图中图中 M、P、N 点是实验过程中点是实验过程中记下的小球在斜面的三个落点位置，从记下的小球在斜面的三个落点位置，从 M、P、N 到到 B 点的距离分别为点的距离分别为 sM、sP、sN。依据上述实验步骤，请回答下列问题：依据上述实验步骤，请回答下列问题：(1)两小球的质量两小球的质量 m1、m2应满足应满足 m1_(填填“”“”或或“m2，否则否则 m1有可能被反弹回去有可能被反弹回去，此时此时 M、N 不可能分别位于不可能分别位于 P两侧。两侧。(2)由碰撞规律知，碰后由碰撞规律知，碰后 v1(2)MN(3)m1sPm1sMm2sN(4)m1sPm1sMm2sN6利用气垫导轨研究滑块运动规律利用气垫导轨研究滑块运动规律，求滑块运动的加速度求滑块运动的加速度，实验装置如图甲所示实验装置如图甲所示。主主要的实验步骤如下：要的实验步骤如下：(1)滑块放置在气垫导轨滑块放置在气垫导轨 0 刻度处，在拉力作用下由静止开始加速运动，测量滑块从光刻度处，在拉力作用下由静止开始加速运动，测量滑块从光电门电门 1 到光电门到光电门 2 经历的时间经历的时间 t，测量两光电门之间的距离，测量两光电门之间的距离 s。(2)只移动光电门只移动光电门 1，改变，改变 s，多次实验，数据记录如表所示。，多次实验，数据记录如表所示。实验次数实验次数123456s/m1.2001.0000.8000.6000.400t/s1.030.720.540.410.290.18st/(ms1)1.671.851.952.072.22(3)根据实验数据计算、描点、作出根据实验数据计算、描点、作出stt 图像，如图乙所示。图像，如图乙所示。根据数据分析，回答下列问题：根据数据分析，回答下列问题：导轨标尺的最小分度为导轨标尺的最小分度为_cm，读出第读出第 1 次实验两光电门之间的距离次实验两光电门之间的距离 s1(如图甲所如图甲所示示)，可得，可得s1t1_m/s。假设。假设stt 图线斜率的绝对值为图线斜率的绝对值为 k，则滑块运动的加速度大小为，则滑块运动的加速度大小为_；根据作出的图像，求出本次测量的加速度大小为；根据作出的图像，求出本次测量的加速度大小为_m/s2。解析：解析：根据表格中记录的数据，可知导轨标尺的最小分度为根据表格中记录的数据，可知导轨标尺的最小分度为 1 cm。由题图甲可知。由题图甲可知 s1140.0 cm，t11.03 s，s1t11.36 m/s。设滑块通过光电门。设滑块通过光电门 2 时速度为时速度为 v0，通过光电门，通过光电门 1 时速时速度为度为 v，滑块做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律，滑块做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律，s12(vv0)t，vatv0，联，联立解得：立解得：stv012at，对比，对比stt 图像，斜率的绝对值为图像，斜率的绝对值为 k12a，则滑块运动的加速度大小为，则滑块运动的加速度大小为a2k；根据作出的图像可得；根据作出的图像可得 k2.41.11.2m/s21.08 m/s2，本次测量的加速度大小为，本次测量的加速度大小为 21.08 m/s22.16 m/s2。答案：答案：11.362k2.167(2018绵阳南山中学检测绵阳南山中学检测)在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中的实验中，小明同学利用传感小明同学利用传感器设计实验如图甲所示，将质量为器设计实验如图甲所示，将质量为 m、直径为、直径为 d 的金属小球在一定高度的金属小球在一定高度 h 由静止释放，小由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间能自动记录小球挡住红外线的时间 t，改变小球下落高改变小球下落高度度h，进行多次重复实验。，进行多次重复实验。(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径 d_。(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作_图像。图像。AhtBh1tCht2Dh1t2(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，增加释经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，增加释放高度放高度 h 后，两者的差值会后，两者的差值会_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”)。解析：解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为螺旋测微器的固定刻度读数为 17.5 mm，可动刻度读数为，可动刻度读数为 30.50.01 mm0.305 mm，所以最终读数为，所以最终读数为 17.5 mm0.305 mm17.805 mm。(2)已知小球挡住红外线的时间和小球的直径，则可以由平均速度表示小球挡住红外线已知小球挡住红外线的时间和小球的直径，则可以由平均速度表示小球挡住红外线时的速度时的速度 vdt，减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：，减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：mgh12mv2， 即即 mgh12mdt2， hd22g1t2， 为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒， 应作应作 h1t2图图像，故像，故 D 正确。正确。(3)小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，是因为小球下落过程中受到空气阻力小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，是因为小球下落过程中受到空气阻力的影响，增加释放高度的影响，增加释放高度 h 后，空气阻力的影响增大，故两者的差值会增大。后，空气阻力的影响增大，故两者的差值会增大。答案：答案：(1)17.805 mm(17.80417.806 mm 均可均可)(2)D(3)增大增大