高三物理二轮复习 课前诊断-力学创新实验

课前诊断力学创新实验考点一实验器材的等效与替换1.用电子秤替换弹簧测力计(2016广州二模)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a)，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶_时电子秤的示数F。(2)如图(b)，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、_和电子秤的示数F1。(3)如图(c)，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使_和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示，若_，则平行四边形定则得到验证。解析：(1)要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤的示数F。(2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1。(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O点位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示，若F和F在误差范围内重合，则平行四边形定则得到验证。答案：(1)静止(2)三细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F在误差范围内重合2气垫导轨、拉力传感器、光电门替换长木板、打点计时器(2016六安一中模拟)某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s_ cm；(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？_(填“是”或“否”)解析：(1)光电门1处刻度尺读数为：20.0 cm，光电门2处刻度尺读数为：70.0 cm，故两光电门中心之间的距离s70.0 cm20.0 cm50.0 cm；(2)由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。滑块通过光电门1速度为：v1滑块通过光电门2速度为：v2根据功能关系需要验证的关系式为：FsMv22Mv12M2M2，可见还需要测量出M，即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量；(3)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。答案：(1)50.0(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否考点二实验结论的拓展与延伸3.由测定加速度延伸为测定交流电的频率(2016全国乙卷)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_，打出C点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_ Hz。解析：(1)重物匀加速下落时，根据匀变速直线运动的规律得vBf(s1s2)vCf(s2s3)由s3s12aT2得a。(2)根据牛顿第二定律，有mgkmgma根据以上各式，化简得f代入数据可得f40 Hz。答案：(1)f(s1s2)f(s2s3)f2(s3s1)(2)404由测定加速度延伸为测定动摩擦因数(2016云南统测)一学生用如图甲所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数。在桌面上放置一块水平长木板，木板一端带滑轮，另一端固定一打点计时器。木块一端拖着穿过打点计时器的纸带，另一端连接跨过定滑轮的绳子，在绳子上悬挂一定质量的钩码后可使木块在木板上匀加速滑动。实验中测得木块质量M150 g，钩码质量m50 g。(1)实验开始时，应调整滑轮的高度，让绳子与木板_；(2)实验中得到如图乙所示的纸带，纸带上A、B、C、D、E是计数点，相邻两计数点之间的时间间隔是0.10 s，所测数据在图中已标出，根据图中数据可求得木块运动的加速度a_ m/s2(结果保留两位有效数字)；(3)根据实验原理可导出计算动摩擦因数的表达式_(用M、m、g、a表示)；取g10 m/s2，代入相关数据可求得_(计算结果保留一位有效数字)。解析：(1)实验由纸带测定木块加速度，木块所受拉力方向不变，保持与桌面平行，因此需要在实验前调整滑轮高度，使绳子与木板平行。(2)根据匀变速直线运动规律的推论xaT2可知，木块的加速度a m/s20.25 m/s2。(3)钩码与木块加速度大小相等，假设绳子张力为T，对钩码有，mgTma，对木块则有TMgMa，解两式得，将已知条件代入解得0.3。答案：(1)平行(2)0.25(3)0.3考点三试题情景的设计与创新5.利用平抛运动探究功与速度变化的关系(2016唐山第二次模拟)在“探究功与速度变化的关系”实验中，采用如图甲所示装置，水平正方形桌面距离地面高度为h，将橡皮筋的两端固定在桌子边缘上的两点，将小球置于橡皮筋的中点，向左移动距离s，使橡皮筋产生形变，由静止释放后，小球飞离桌面，测得其平抛的水平射程为L。改变橡皮筋的条数，重复实验。(1)实验中，小球每次释放的位置应_(填“不同”“相同”或“随意”)。(2)取橡皮筋对小球做功W为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，如图乙所示，应选为_横坐标(选L或L2)。若直线与纵轴的截距为b，斜率为k，可求小球与桌面间的动摩擦因数为_(使用题中所给符号表示)。解析：(1)每次通过改变橡皮筋的条数重复实验，为使每条橡皮筋对小球做功相同，故小球每次释放的位置应相同。(2)设小球飞离桌子边缘时的速度为v0，则由动能定理得Wmgsmv02，小球飞离桌面后做平抛运动，则有hgt2，Lv0t，解得WL2mgs，故若取橡皮筋对小球做功W为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，应选为L2横坐标；由题意可知bmgs，k，解得。答案：(1)相同(2)L26利用钢球摆动验证机械能守恒定律(2016江苏高考)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek，就能验证机械能是否守恒。(1)用Epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。A钢球在A点时的顶端B钢球在A点时的球心C钢球在A点时的底端(2)用Ekmv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为_cm。某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s。则钢球的速度为v_m/s。(3)下表为该同学的实验结果：Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的Ep与Ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。解析：(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位，由v代入数据可计算出相应速度。(3)从表中数据可知EkEp，若有空气阻力，则应为EkEp，所以不同意他的观点。(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度，因此由Ekmv2计算得到的Ek偏大，要减小Ep与Ek的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度。答案：(1)B(2)1.50(1.491.51都算对)1.50(1.491.51都算对)(3)不同意，因为空气阻力会造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算Ek时，将v折算成钢球的速度vv。7利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度(2015全国卷)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)。完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg。(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为_kg。(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示。序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N；小车通过最低点时的速度大小为_m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)解析：(2)题图(b)中托盘秤的示数为1.40 kg。(4)小车5次经过最低点时托盘秤的示数平均值为m kg1.81 kg。小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为F(m1.00)g(1.811.00)9.80 N7.9 N由题意可知小车的质量为m(1.401.00)kg0.40 kg对小车，在最低点时由牛顿第二定律得Fmg，解得v1.4 m/s。答案：(2)1.40(4)7.91.4