2019高考物理二轮复习 专题七 实验技能与创新 1-7-14 力学实验与创新训练.docx

1-7-14 力学实验与创新课时强化训练1(2018山东菏泽一模)(6分)某同学利用如图甲所示的实验装置探究“物体的加速度与合外力的关系”，具体实验步骤如下：A按图示装置安装器材；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且使小车上的挡光板通过两个光电门的时间相等；C取下细绳和砂桶，测量砂桶和砂子的总质量m并记录；D把小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门1和光电门2时显示的时间；E重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复BD步骤。(1)如图乙所示，用游标卡尺测量挡光片的宽度d_。(2)下列有关本实验的说法正确的是_。A砂桶和砂子的总质量必须远小于小车的质量B小车的质量必须远小于砂桶和砂子的总质量C平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶D平衡摩擦力时不需要取下细绳和砂桶(3)若挡光片的宽度为d，光电门1、光电门2之间的距离为l，显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度为_。解析 (1)主尺读数为0.6 cm，游标尺读数为150.05 mm0.75 mm0.075 cm，故挡光片宽度为0.675 cm。(2)因实验操作中，平衡摩擦力时，小车在细绳的拉力作用下做匀速直线运动，而取下细绳和砂桶后，小车沿木板做匀加速直线运动，小车所受合外力等于砂桶及砂子的总重力，则分析各选项可知只有D正确。(3)由2al，可知a。答案 (1)0.675 cm(2)D(3)2(2017湖北七市三月模拟)某同学为了探究杆转动时的动能表达式，设计了如图所示的实验：质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度vA，并记下该位置与转轴O的高度差h。(1)调节h的大小并记录对应的速度vA，数据如下表，为了形象直观地反映vA和h的关系，应选择_(填“vA”、“v”或“v”)为纵坐标，并在坐标纸中标明纵坐标，画出图像。组次123456h/m0.050.100.150.200.250.30v/(ms1)1.231.732.122.462.743.00v/(sm1)0.810.580.470.410.360.33v/(m2s2)1.503.004.506.057.519.00(2)当地重力加速度g取10 m/s2，结合图像分析，杆转动时的动能Ek_。(请用质量m、速度vA表示)解析 (1)由表中数据可看出，h与v成正比，因此应选择v为纵坐标，描点画线，可得到一条过原点的直线。(2)据机械能守恒得Ekmgh，由图像得hv，则Ekmgvmv。答案 (1)v图像如图所示(2)mv易错点拨 注意杆重心下降的高度为。vA是杆的A端运动的速度，故杆的动能不等于mv。杆的平均速度。3(2018江西上饶六校一联)利用如图所示的装置可以“测定滑块与桌面间的动摩擦因数”和“验证碰撞中的动量守恒”，竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道下端与水平桌面相切，先将小滑块A从圆弧轨道的最高点无初速度释放，测出小滑块在水平桌面上滑行的距离x1(图甲)；然后将小滑块B放在圆弧轨道的最低点，再将A从圆弧轨道的最高点无初速度释放，A与B碰撞后结合为一个整体，测出整体沿桌面滑动的距离x2(图乙)，圆弧轨道的半径为R，A和B完全相同，重力加速度为g。(1)小滑块A运动到圆弧轨道最低点时的速度v_(用R和g表示)。(2)小滑块与桌面间的动摩擦因数_(用R和x1表示)。(3)若x1和x2的比值_，则验证了A和B碰撞过程中动量守恒。解析 (1)因为圆弧轨道光滑，小滑块下滑过程中机械能守恒，则有mgRmv2，得v。(2)由能量守恒有mgRmgx1，得。(3)若A和B碰撞时动量守恒，则有mv2mv，得v，由能量守恒有2mv22mgx2，得4，故当4时A和B碰撞时动量守恒。答案 (1)(2)R/x1(3)44(2018安徽A10联盟)在“验证牛顿运动定律”的实验中，某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。(1)用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示，则宽度d_cm。(2)接通气源，调节气垫导轨水平，让滑块从不同位置由静止释放，记录挡光片通过光电门的挡光时间t，测出释放点到光电门的间距为s，以s为纵轴，为横轴作图，得到的图像是一条过原点的倾斜直线，且斜率为k，则滑块的加速度a_(用d、k表示)。(3)若以测得的滑块加速度a为纵轴，所挂钩码的重力代替拉力F，作出如图丙中图线1。为了减小误差，该兴趣小组将一个力传感器安装在滑块上(传感器的质量可忽略不计)，从力传感器中得出拉力F，作出a-F图像是图丙中的图线_(填“2”或“3”)。解析 (1)游标卡尺读数为：0.9 cm80.05 mm0.940 cm；(2)滑块做匀加速直线运动，有2asv2，又v，可得s，已知斜率为k，可得a；(3)因钩码及滑块做加速运动，可知细线的拉力应比钩码的重力小，而用传感器测出的是滑块所受的实际的拉力，此时a-F图像应为图线2。答案 (1)0.940(2)(3)25(2018天津理综)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有_。A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_。解析 本题考查“验证力的平行四边形定则”实验。(1)橡皮条的弹力方向不需要在两绳套夹角的角平分线上，选项A错误；重复实验，结点O的位置与上次实验无关，可以不同，选项B正确；使用测力计时，为避免弹簧与外壳的摩擦，要求施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，选项C正确；拉力小于弹簧测力计的量程即可，选项D错误。(2)“验证力的平行四边形定则”实验中，在不超测力计量程的前提下，拉力应尽量大些；确定拉力方向时，所描点应与O点的距离大些；两绳套夹角不能过大或过小；作图示时，所选标度越小，精度越高。综上所述，应选B。答案 (1)BC(2)B6(2018江苏单科)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；在重锤1上加上质量为m的小钩码；左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。请回答下列问题：(1)步骤可以减小对下落时间t测量的_(选填“偶然”或“系统”)误差。(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了_。A使H测得更准确B使重锤1下落的时间长一些C使系统的总质量近似等于2MD使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g，得g_。解析 (2)m相对M越小，系统的加速度越小，重锤1下落的时间就越长，测量时间的相对误差就越小，故选B。(3)在重锤1上粘上橡皮泥，轻拉重锤1后松手，若能匀速运动，就说明平衡了摩擦阻力。(4)系统匀加速下落的过程中有：Hat2mg(2Mmm0)a解得：g。答案 (1)偶然(2)B(3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1后松手，能观察到其匀速下落。(4)疑难突破 对于创新型的实验，弄清实验原理，一切问题就迎刃而解了。7(2018北京理综)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F所示。c通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5d以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母)。A电压合适的50 Hz交流电源B电压可调的直流电源C刻度尺D秒表E天平(含砝码)(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像。(3)观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_。v-t图像斜率的物理意义是_。(4)描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”)。(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。解析 (1)打点计时器所用电源为50 Hz的交流电源，测量各计数点间距离需用刻度尺。(2)图见答案。(3)因为小车的速度随时间均匀变化，所以小车做匀加速直线运动。由匀加速直线运动中速度vv0at，可知v-t图像斜率的物理意义是加速度。(4) ，若用表示瞬时速度，x越小越好，而选取的x大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小。(5)设v00，vat，而xat2，故可通过位移随时间的变化情况，判断速度随时间的变化情况。答案 (1)AC(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为0，其速度vt，那么它通过的位移xt2。因此，只有测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。解题关键 实验原理的认识。(1)图像法是实验中常用的方法，要学会通过图像分析问题。(2)测量量的转换是实验中的常用手段，当某一个物理量不易测量时，可通过该量与其他量的关系式，转换成其他可测量的物理量。如将速度的测量转换成位移的测量。8如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。(1)打点计时器使用的电源是_(选填选项前的字母)。A直流电源B交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_(选填选项前的字母)。A把长木板右端垫高B改变小车的质量在不挂重物且_(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A计时器不打点B计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、x2、x3，如图2所示。实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W_，打B点时小车的速度v_。(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2W图像。由此图像可得v2随W变化的表达式为_。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_。(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2W关系的是_。解析 本题考查“探究动能定理”实验。(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)把长木板右端垫高，利用小车的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力；在不挂重物且计时器打点的情况下，小车沿斜面能匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。(3)WFsmgx2，vB。(4)由图知，图线为一条纵截距为零、斜率k(4.55.0)m2s2J1的直线，其函数表达式为v2kW。根据动能定理Wmv2得v2W，故斜率k，与质量有关。(5)根据功能关系有W(Mm)v2，所以v2W，v2W，图A正确。答案 (1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2kW，k(4.55.0)m2s2J1质量(5)A