高考物理二轮复习 专题六 第二讲 力学创新实验课前自测诊断卷（含解析）-人教版高三物理试题

力学创新实验考点一实验情景的设计与创新1.[考查重力加速度的测量](2018·江苏高考)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：①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；②在重锤1上加上质量为m的小钩码；③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；④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④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。用实验中测量的量和已知量表示g，得g＝____________________。解析：(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。(2)设系统运动的加速度为a，则根据牛顿第二定律得mg＝(2M＋m)a，即a＝eq\f(mg,2M＋m)，而H＝eq\f(1,2)at2，在H一定时，a越小，则t越长，这时测量时间t的误差越小。因此实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B正确。(3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。(4)根据牛顿第二定律得mg＝(2M＋m＋m0)a，又H＝eq\f(1,2)at2，解得g＝eq\f(22M＋m＋m0H,mt2)。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能观察到其匀速下落。(4)eq\f(22M＋m＋m0H,mt2)2．[气垫导轨装置探究恒力做功与物体动能变化间的关系]某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置探究恒力做功与物体动能变化间的关系。在气垫导轨上安装了光电门，滑块上固定宽度为d的遮光条，用细线绕过定滑轮将质量为M＝200g的滑块(含遮光条)与质量为m＝30g的重物相连，细线与导轨平行。实验时滑块每次都从同一位置A处由静止释放，用x表示滑块从静止开始到通过光电门的位移大小，用t表示遮光条通过光电门的时间。改变光电门在气垫导轨上的位置，测量不同x所对应遮光条通过光电门的时间t，再分别计算拉力做的功W和滑块通过光电门时的动能Ek。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则d＝________cm。(2)实验前调节气垫导轨水平的目的是______________________。(3)将重物的重力视为滑块受到的拉力，取g＝9.80m/s2，用W＝mgx计算出拉力对滑块做的功W，并计算出滑块动能增量ΔEk。计算结果见下表：W/×10－3J7.358.8210.2911.7613.2314.70ΔEk/×10－3J6.397.678.9510.2311.5012.78(W－ΔEk)/×10－3J0.961.151.341.531.731.92①实验结果表明，ΔEk总是小于W。你认为这是______(选填“偶然”或“系统”)误差，简要说明你的理由：____________________________________________________________________________________________________________________________。②进一步研究表明，拉力对滑块做的功W和滑块动能增量ΔEk的差值(W－ΔEk)随x增大而增大，用题中滑块和重物的质量可计算出(W－ΔEk)与x的比值eq\f(W－ΔEk,x)＝________。(计算结果保留两位有效数字)解析：(1)由题图乙可知游标卡尺的示数为0．6cm＋0.1×5mm＝0.65cm。(2)实验前调节气垫导轨水平的目的是使细线的拉力即为滑块的合外力，使滑块重力不做功。(3)①因为在实验过程中存在阻力的作用，所以系统动能的增量总小于系统重力势能的减小量，故为系统误差。②由W＝mgx，得eq\f(W－ΔEk,x)＝eq\f(W－ΔEk,\f(W,mg))＝mg－eq\f(mgΔEk,W)，代入表格中数据可得eq\f(W－ΔEk,x)＝0.038N。答案：(1)0.65(2)保证滑块重力不做功(3)①系统ΔEk总是小于W，而不是或大或小，是系统误差②0.038N3．[频闪照相验证机械能守恒]在“验证机械能守恒定律”的实验中，一实验小组让小球自倾角为30的斜面上滑下，用频闪相机记录了小球沿斜面下滑的过程，如图所示，测得B、C、D、E到A的距离分别为x1、x2、x3、x4，已知相机的频闪频率为f，重力加速度g＝9.8m/s2。(1)小球经过位置D时的速度vD＝________。(2)选取A为位移起点，根据实验数据作出v2­x图线，若图线斜率k＝________，则小球下滑过程机械能守恒。(3)若改变斜面倾角进行实验，请写出斜面倾角大小对实验误差的影响：________________________________________________________________________。解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知经过D点的速度等于CE段的平均速度，则有：vD＝eq\f(x4－x2,2T)＝eq\f(x4－x2f,2)。(2)取小球从A到B进行分析，则减小的重力势能为ΔEp＝mgxsin30＝eq\f(1,2)mgx，增加的动能为ΔEk＝eq\f(1,2)mv2－0＝eq\f(1,2)mv2，利用v2­x来处理数据，小球从A到B机械能守恒，则有：eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgx，即v2＝gx，由此可知作出的v2­x图线是一条经过原点的直线，斜率为k＝g＝9.8m/s2。(3)在垂直斜面方向，根据平衡条件有：FN＝mgcosθ，若斜面倾角增大，则正压力减小，摩擦力减小，则误差越小。答案：(1)eq\f(x4－x2f,2)(2)9.8m/s2(3)斜面倾角越大，误差越小考点二实验器材的等效与替换4.[用电子秤替换弹簧测力计]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)，将三根细线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，应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根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)三根细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F′在误差范围内重合5．[光电门替换长木板、打点计时器]如图甲所示，在水平桌面上，一轻质弹簧左端固定，右边紧贴着一个带有遮光片的物块(物块与弹簧不拴接)，物块在B处时，弹簧处于原长，B处放置有光电门，开启光电门，缓慢推动物块向左移动至A处，然后将物块由静止释放，物块被弹出经过光电门，最终停在C处，重力加速度为g。(1)若要用上述装置测定滑块和水平面之间的动摩擦因数μ，除了测量遮光片宽度d和遮光片挡光时间t，还需测量的物理量是________。若该物理量用字母x表示，则动摩擦因数的表达式为μ＝________(用符号表示)。(2)如图乙，用游标卡尺测得遮光片宽度d＝________cm。(3)某同学认为，若再测出物块质量m，就可以测得物块在A处时弹簧的弹性势能，即Ep测＝eq\f(md2,2t2)。显然Ep测________Ep真(选填“>”“<”或“＝”)。解析：(1)根据极限的思想，在时间很短时，我们可以用这一段的平均速度来代替瞬时速度，所以物块通过光电门的速度是v＝eq\f(d,t)，物块做的是匀减速直线运动，根据光电门和C点之间的距离x，由速度位移的关系式可得：v2＝2ax，对于整体由牛顿第二定律可得：μmg＝ma，所以由以上三式可得：μ＝eq\f(d2,2gxt2)；故还需要测量光电门和C点之间的BC长度。(2)游标卡尺主尺读数为0.6cm，游标尺上第0个刻度与主尺上某一刻度线对齐，则游标尺读数为0×0.05mm＝0.00mm＝0.000cm，所以最终读数为：0.6cm＋0.000cm＝0.600cm。(3)根据能量守恒可知Ep真＝Ek＋Q热＝eq\f(md2,2t2)＋Q热>Ep测，故Ep测小于Ep真。答案：(1)BC长度eq\f(d2,2gxt2)(2)0.600(3)<考点三实验结论的拓展与延伸6.[探究动能定理实验拓展数据处理的能力]某同学用探究动能定理的装置进行实验。如图甲所示，在水平气垫导轨上靠近定滑轮处固定一个光电门。让一带有遮光片的滑块自某一位置由静止释放，计时器可以显示出遮光片通过光电门的时间t(非常小)，同时用米尺测出释放点到光电门的距离s。(1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。(2)实验中多次改变释放点，测出多组s、t，以s为纵坐标，以eq\f(1,t2)为横坐标，描点连线，做出的图线形状为________。(3)已知钩码的质量为m，滑块的质量为M，重力加速度为g，则第(2)问中做出的图线斜率k＝________。(用题中所给字母表示)解析：(1)螺旋测微器的读数为d＝1.5mm＋38.0×0.01mm＝1.880mm。(2)滑块通过光电门的瞬时速度v＝eq\f(d,t)根据动能定理得：mgs＝eq\f(1,2)(m＋M)v2＝eq\f(1,2)(m＋M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2解得：s＝eq\f(m＋Md2,2mg)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t)))2因为图线为线性关系图线，所以做出的图线形状为过原点的倾斜直线。(3)结合s＝eq\f(m＋Md2,2mg)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t)))2，可知图像的斜率k＝eq\f(M＋md2,2mg)。答案：(1)1.880(2)过原点的倾斜直线(3)eq\f(M＋md2,2mg)7．[利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度]某同学利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度。(1)使用如图甲所示的游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的______是否对齐。用已检查好的游标卡尺测量钢球的直径d时，如图乙所示，d＝________mm。(2)如图丙所示，将光电门固定在桌子边缘，测量桌面离地高度为H；钢球通过光电门的挡光时间为Δt，抛出后落地点到桌子边缘的水平距离为x。请写出重力加速度的表达式g＝________(用测量的物理量符号表示)。(3)如果光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，则重力加速度g的测量值________真实值(选填“>”“＝”或“<”)。解析：(1)使用游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的零刻度是否对齐。游标卡尺主尺读数为0.5cm，游标尺0刻度线与主尺