2020版高考物理二輪復習 專題限時集訓13 力學實驗（含解析）

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1、專題限時集訓(十三) (建議用時：40分鐘) [專題通關練] 1．(易錯題)如圖所示的裝置可以做許多力學實驗．以下說法正確的是(　　) A．利用此裝置測量物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，需要調(diào)整長木板的傾斜度來平衡摩擦力 B．利用此裝置做研究勻變速直線運動的實驗時，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響 C．利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度 D．利用此裝置驗證“系統(tǒng)機械能守恒”時，不必適當墊高木板左端以消除小車和木板間的摩擦阻力的影響 E．利用此裝置探究“恒力做功與動能改變的關系”時、應將木板帶打點

2、計時器的一端適當墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運動中所受阻力的影響 BCE　[利用此裝置測量物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，不需要平衡摩擦力，否則無法探究物塊與木板間的摩擦力和動摩擦因數(shù)，故A錯誤；利用此裝置做研究勻變速的直線運動的實驗時，只要小車做勻變速直線運動即可，不需要消除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故B正確；利用此裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后在實驗過程中，通過增減小車上砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜度，故C正確；只有重力或只有彈力做功時系統(tǒng)的機械能守恒，利用此裝置驗證“系統(tǒng)機械能守恒”時，必須適當墊高木板左端以消

3、除小車和木板間的摩擦阻力的影響，故D錯誤；利用此裝置探究“恒力做功與動能改變的關系”時，應平衡摩擦力，應將木板帶打點計時器的一端適當墊高，這樣做的目的是利用小車重力沿斜面的分力平衡小車運動中所受阻力的影響，故E正確；故選B、C、E。] 2．(易錯題)如圖所示為接在50 Hz低壓交流電源上的打點計時器在一物體拖動紙帶做勻加速直線運動時打出的一條紙帶，每打5個點取1個計數(shù)點，但第3個計數(shù)點沒有畫出。由圖中數(shù)據(jù)可求得： (1)該物體的加速度大小為________m/s2。 (2)打第2個計數(shù)點時該物體的速度大小為________m/s。 (3)如果當時交變電流的頻率是f＝49 Hz，而做

4、實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 [解析]　(1)設1、2兩點間的位移為x1,2、3兩點間的位移為x2,3、4兩點間的位移為x3,4、5兩點間的位移為x4。因為交流電源頻率為50 Hz，且每打5個點取一個計數(shù)點，所以兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1 s；由xm－xn＝(m－n)aT2得x4－x1＝3aT2，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.74 m/s2。 (2)打第2個計數(shù)點時物體的瞬時速度等于打1、3兩點之間物體的平均速度，因此有v2＝＝×10－2 m/s＝0.399 m/s。 (3)如果當時交變電流的頻率是f＝49 Hz，則

5、周期變大，計數(shù)點之間的時間間隔變大，即任意相鄰計數(shù)點間實際的時間間隔大于0.1 s，但是該同學仍以0.1 s計算，根據(jù)x4－x1＝3aT2，知加速度的測量值比實際值偏大。 [答案]　(1)0.74　(2)0.399　(3)偏大 3．(2019·福建廈門質(zhì)檢)某同學利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關系。其實驗步驟如下： a．小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿光滑水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點記為M1； b．在釘子上分別套上2條、3條、4條、……同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致，重復步驟a，小物塊落點分別記為M2、M3、M4、…； c．測量相關數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)

6、處理。 (1)為求出小物塊從桌面拋出時的動能，需測量下列物理量中的________(填答案標號，g已知)。 A．小物塊的質(zhì)量m B．橡皮筋的原長x C．橡皮筋的伸長量Δx D．桌面到地面的高度h E．小物塊拋出點到落地點的水平距離L (2)將幾次實驗中橡皮筋對小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、…，小物塊拋出點到落地點的水平距離分別記為L1、L2、L3、…。若功與速度的平方成正比，則應以W為縱坐標，________為橫坐標作圖，才能得到一條直線。 (3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于________。(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”) [解析]　(1

7、)根據(jù)小物塊從桌面拋出后豎直方向上做自由落體運動，可得h＝gt2，解得t＝，根據(jù)小物塊從桌面拋出后水平方向上做勻速直線運動，可得小物塊做平拋運動的初速度v0＝＝L，小物塊從桌面拋出時的動能Ek＝mv＝，所以需測量的物理量有小物塊的質(zhì)量m，桌面到地面的高度h，小物塊拋出點到落地點的水平距離L，選項A、D、E符合題意。 (2)由Ek＝可知，以W為縱坐標、L2為橫坐標作圖，可得到一條直線。 (3)因為小物塊與桌面間的摩擦力在每一次過程中都存在，且摩擦力不變，每一次摩擦力對物體都做負功，所以由此引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差。 [答案]　(1)ADE　(2)L2　(3)系統(tǒng)誤差 4．(2019·黑龍江

8、高三聯(lián)考)某研究性學習小組做“驗證動能定理”和“測定當?shù)刂亓铀俣取睂嶒?，采用了如圖甲所示的裝置，其中物塊甲的質(zhì)量m1＝50 g、物塊乙的質(zhì)量m2＝150 g，開始時保持裝置靜止，然后釋放物塊乙，乙可以帶動甲拖著紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點進行測量，即可驗證動能定理。某次實驗打出的紙帶如圖乙所示，0是打下的第一個點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個點沒有標出，所用交流電頻率為50 Hz。 (1)系統(tǒng)的加速度大小為________m/s2，在打下0～5的過程中，系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J。 (2)忽略一切阻力的情況下，用v表示打下某點時的速度，用h表示該點到第一個點的距離，某同學作出

9、的-h圖象如圖丙所示，則當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2。 甲　　　　　 乙 丙 [解析]　(1)相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔t＝5×＝0.1 s，由Δx＝at2，可得系統(tǒng)的加速度大小為a＝4.8 m/s2。打下5時系統(tǒng)的速度大小v5＝×10－2 m/s＝2.4 m/s，在打下0～5的過程中，系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝(m1＋m2)v＝0.576 J。(2)忽略一切阻力，則有(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，代入數(shù)據(jù)，化簡得＝gh，作出的-h圖象的斜率k＝g＝ m/s2，解得重力加速度g＝9.7 m/s2。 [答案]　(1)4.8　0

10、.576　(2)9.7 [能力提升練] 5．(2019·河北五校聯(lián)考)某興趣小組的同學看見一本物理書上說“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為x時彈性勢能為Ep＝kx2?！睘榱蓑炞C這個結論，該小組就嘗試用“研究加速度與合外力、質(zhì)量關系”的實驗裝置(如圖甲)設計了以下實驗步驟： A．將長木板放置在水平桌面上，并將其右端適當墊高，在它的左端固定一輕質(zhì)彈簧，通過細繩與小車左端相連，小車的右端連接穿過打點計時器的紙帶； B．將彈簧拉伸x后用插銷鎖定，測出其伸長量x； C．合上打點計時器的電源開關后，拔掉插銷解除鎖定，小車在彈簧作用下運動到左端； D．在紙帶上某處選取合適的A點，測出小

11、車獲得的速度v； E．取不同的x重復以上步驟多次，記錄數(shù)據(jù)并利用功能關系分析結論。 實驗中已知小車的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，則： (1)將長木板右端適當墊高，其作用是____________________。 (2)在步驟D中，所選取的A點位置應在圖乙中的________段(選填“s1”“s2”或“s3”)。 (3)若Ep＝kx2成立，則實驗中測量出物理量x與m、k、v關系式是x＝________。 [解析]　(1)根據(jù)實驗原理可知，為了讓彈簧的彈力更加接近于小車受到的合外力，長木板右端需要適當墊高，其作用是平衡摩擦力；(2)根據(jù)實驗原理，s2段點間距均勻，為勻速直線運動

12、階段，說明小車速度達到最大，故紙帶上A點位置應在s2段；(3)根據(jù)實驗過程可知，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，由機械能守恒定律有： Ep＝kx2＝mv2 解得：x＝v。 [答案]　(1)平衡摩擦力　(2)s2　(3)v 6．(2019·湖南五市第二次聯(lián)考)在沒有天平的情況下，實驗小組利用以下方法對質(zhì)量進行間接測量。裝置如圖甲所示：一根輕繩跨過輕質(zhì)定滑輪與兩個相同的重物P、Q相連，重物P、Q的質(zhì)量均為m(已知)，在重物Q的下面通過輕質(zhì)掛鉤懸掛待測物塊Z，重物P的下端與穿過打點計時器的紙帶相連，已知當?shù)刂亓铀俣葹間。 (1)某次實驗中，先接通頻率為50 Hz的交流電源，再由靜止釋

13、放系統(tǒng)，得到如圖乙所示的紙帶，則系統(tǒng)運動的加速度a＝________m/s(保留三位有效數(shù)字)。 (2)在忽略阻力的情況下，物塊Z質(zhì)量M的表達式為M＝________(用字母m，a，g表示)。 (3)由(2)中理論關系測得的質(zhì)量為M，而實際情況下，空氣阻力，紙帶與打點計時器間的摩擦，定滑輪中的滾動摩擦不可以忽略，使物塊Z的實際質(zhì)量與理論值M有一定差異，這是一種________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。 [解析]　(1)根據(jù)逐差法得 a＝ ＝8.00 m/s2。 (2)由Mg＝(M＋2m)a，得到M＝。 (3)由M實g－f＝(M實＋2m)a，得到M實＝，實際質(zhì)量總是大于理

14、論值M，這是實驗的系統(tǒng)誤差。 [答案]　(1)8.00　(2)　(3)系統(tǒng)誤差 題號 內(nèi)容 押題依據(jù) 核心考點 核心素養(yǎng) 驗證機械能守恒定律 同一個實驗裝置即可用來驗證機械能守恒定律，又可驗證動能定理、研究勻變速直線運動等 科學探究：立足教材基礎，體現(xiàn)實驗方法創(chuàng)新 物理興趣小組的同學用圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，電源的頻率為50 Hz，重錘的質(zhì)量為m＝1.0 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2，他們通過正確的實驗操作得到了如圖乙所示的紙帶。為了驗證機械能是否守恒，該小組同學采用了以下兩種方法。 (1)方法一：打點計時器打下計時點5時重錘的瞬時速

15、度為________m/s，在打點計時器打下計時點0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為ΔEp＝________J，若重錘動能的變化量為ΔEk＝________J，若它們近似相等，則可知重錘的機械能守恒。 (2)方法二：打點計時器打下計時點2時重錘的瞬時速度為________m/s，在打點計時器打下計時點2和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為ΔE′p＝________J，重錘動能的變化量為ΔE′k＝________J，若它們近似相等，則可知重錘的機械能守恒。 (3)以上兩種方法，你認為________(選填“方法一”或“方法二”)誤差小。 [解析]　(1)根據(jù)勻變速直線運動中某段時間內(nèi)的

16、平均速度等于該段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度可得打點計時器打下計時點5時重錘下落的速度v5＝＝1.155 m/s，則在打點計時器打下計時點0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量ΔEp＝mgh5＝0.659 J，動能的變化量ΔEk＝mv＝0.667 J。(2)v2＝＝0.575 m/s，ΔE′p＝mg(h5－h(huán)2)＝0.508 J，ΔE′k＝m(v－v)＝0.502 J。 (3)重錘剛下落的時候運動狀態(tài)不穩(wěn)定，方法二避開了剛開始的一段紙帶，故方法二誤差比較小。 [答案]　(1)1.155　0.659　0.667　(2)0.575　0.508　0.502　(3)方法二 - 7 -