大二轮高考总复习物理第14讲力学实验与创新（专题强化训练）

专题强化训练(十四)力学实验与创新1．(2017·成都外国语学校月考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离补全填入下列表格中．(1)距离d1d2d3测量值/cm1.20(2)小车通过计数点“2”的瞬时速度为v2＝________m/s，小车的加速度是a＝________m/s2．解析：d2＝5.40cm；d3＝12.00cm；v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(d2－d1,2T)＝eq\f(5.40－1.20×10－2,0.2)m/s＝0.21m/sΔx＝x35－x13＝6.60cm－4.20T′＝0.2s，故a＝eq\f(Δx,T′2)＝eq\f(2.40×10－2,0.22)m/s2＝0.60m/s2答案：(1)5.40、12.00(12.01及12.02均可)(2)0.21、0.60(0.605及0.61均可)2．(2017·哈尔滨第六中学高三模拟)(1)用游标卡尺测出某圆柱体的直径为8.05cm，则使用的是________分度的游标卡尺(选填“10”、“20”或“(2)关于图示力学实验装置，下列说法中正确的是________．A．用此装置“研究匀变速直线运动”时不需要平衡摩擦力B．用此装置“探究小车的加速度与外力的关系”时，若用钩码的重力代替细线对小车的拉力，应保证钩码质量远小于小车质量C．用此装置“探究功与速度变化的关系”时，将长木板远离滑轮一端适当垫高，且小车未拴细线，轻推小车后，通过纸带分析若小车做匀速运动，即实现平衡摩擦力解析：(1)用游标卡尺测出某圆柱体的直径为8.05cm，小数部分的读数为(2)用此装置“研究匀变速直线运动”时不需要平衡摩擦力，选项A正确；用此装置“探究小车的加速度与外力的关系”时，若用钩码的重力代替细线对小车的拉力，应保证钩码质量远小于小车质量，选项B正确；用此装置“探究功与速度变化的关系”时，将长木板远离滑轮一端适当垫高，且小车未拴细线，轻推小车后，通过纸带分析若小车做匀速运动，即实现平衡摩擦力，选项C正确；故选ABC．答案：(1)10(2)ABC3．(2017·山西高三考前测试)某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧秤通过细线悬吊一个钩码，当钩码静止时，弹簧秤的示数为2.00N；再用两个弹簧秤a和b通过两根细线互成角度将该钩码悬吊，其中a所拉细线方向水平(如图1)，当钩码静止时，b的示数如图2所示．(1)b的示数为________N，a的拉力为________N．(2)保持a及其拉的细绳方向不变，将b及其拉的细绳方向沿逆时针在图示平面缓慢转至竖直方向的过程中，b的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)．解析：(1)由图2可知弹簧秤的最小刻度为0.1N，估读到下一位0.01N，则b的拉力为2.50N；对O点分析受三个力而平衡，根据勾股定理可求得Fa＝eq\r(F\o\al(2,b)－mg2)≈1.50N．(2)以结点O为研究对象，分析受力情况：重力G、Fb和Fa，作出受力图，并作出BO绳在不同位置的力的合成图．由图可以看出，在测力计b自图所示沿逆时针方向缓慢转至竖直位置的过程中，BO的拉力一直减小，当两根绳相垂直时，BO的拉力最小，故b的示数变小．答案：(1)2.501.50(1.48～1.52)(2)变小4．(2017·合肥市第一中学高三月考)某小组测量木块与木板间动摩擦因数，实验装置如图甲所示．(1)测量木块在水平木板上运动的加速度a，实验中打出的一条纸带如图乙所示，从某个清晰的点O开始，每5个打点取一个计数点，依次标出1、2、3……，量出1、2、3……点到O点的距离分别为s1、s2、s3……，从O点开始计时，1、2、3……点对应时刻分别为t1、t2、t3……，求得eq\x\to(v1)＝eq\f(s1,t1)，eq\x\to(v2)＝eq\f(s2,t2)，eq\x\to(v3)＝eq\f(s3,t3)，……，作出eq\o(v,\s\up6(－))－t图象如图丙所示，图线的斜率为k，截距为b，则木块的加速度a＝________；b的物理意义是___________．(2)实验测得木块的加速度为a，还测得钩码和木块的质量分别为m和M，已知当地重力加速度为g，则动摩擦因数μ＝______________．(3)关于上述实验，下列说法错误的是______________．A．木板必须保持水平B．调整滑轮高度，使细线与木板平行C．钩码的质量应远小于木块的质量D．纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素解析：(1)图线纵轴截距是0时刻对应的速度，即表示O点的瞬时速度．各段的平均速度表示各段中间时刻的瞬时速度，以平均速度eq\o(v,\s\up6(－))为纵坐标，相应的运动时间t的一半为横坐标，即eq\o(v,\s\up6(－))－eq\f(t,2)的图象的斜率表示加速度a，则eq\o(v,\s\up6(－))­t图象的斜率的2倍表示加速度，即a＝2k．(2)对木块、钩码盘和钩码组成的系统，由牛顿第二定律得：mg－μMg＝(M＋m)a，解得：μ＝mg－eq\f(m＋Ma,Mg)；(3)木板必须保持水平，则压力大小等于重力大小，故A正确；调整滑轮高度，使细线与木板平行，拉力与滑动摩擦力共线，故B正确；钩码的质量不需要远小于木块的质量，因选取整体作为研究对象的，故C错误；纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素，故D正确；答案：(1)2kO点的平均速度(2)mg－eq\f(m＋Ma,Mg)(3)C5．(2017·厦门市高中质检)探究“做功和物体速度变化的关系”实验装置如图甲所示，图中是小车在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．小车实验中获得的速度v，由打点计时器所打点的纸带测出，橡皮筋对小车做的功记为W；实验时，将木板左端调整到适当高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．请回答下列问题：当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……多次实验．请回答下列问题：图甲图乙(1)除了图甲中已给出器材外，需要的器材还有：交流电源、________________；(2)如图乙中，是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点，打点的时间间隔为0.02s，则小车离开橡皮筋后的速度为_________m/s(保留两位有效数字)．(3)将几次实验中橡皮筋对小车所做的功W和小车离开橡皮筋后的速度v，进行数据处理，以W为纵坐标，v或v2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是__________．解析：(1)需要的器材除了交流电源外，还有刻度尺；(2)小车离开橡皮筋后的速度为v＝eq\f(7.2×10－3,0.02)m/s＝0.36m/s(3)因W＝eq\f(1,2)mv2，故以W为纵坐标，v或v2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是AD．答案：(1)毫米刻度尺(2)0.36(3)AD6．(2017·遂宁市高三三诊)某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量动摩擦因数．将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端B处固定一个光电门以测量滑块通过该处时的速度，实验时滑块由距地面h高的A处静止释放，测出滑块滑到B点的速度v.改变垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点A到B点的水平距离(即B、C间的距离)L＝0.8m不变．重复实验，最后做出如图乙所示的h­v2(1)木板倾斜程度更大时，为了保证L不变，滑块下滑到底端B点的位移将________．(填“变大”、“变小”或“不变”)(2)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝__________；(3)若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将________．(填“变大”、“变小”或“不变”)解析：(1)根据几何关系得出滑块下滑到底端B点的位移x＝eq\f(L,cosθ)，木板倾斜程度更大时，为了保证(即B、C间的距离)L＝0.8m不变，滑块下滑到底端B点的位移将变大．(2)根据h­v2图象得v＝0时h＝0.2，即此时滑块处于平衡状态，根据牛顿第二定律得μmgcosθ＝mgsinθ解得μ＝tanθ＝eq\f(0.2,0.8)＝0.25．(3)若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，根据动能定理得mgh－μmgcosθ×eq\f(L,cosθ)＝eq\f(1,2)mv2，解得h＝eq\f(v2,2g)＋μL，所以若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将不变．答案：(1)变大(2)0.25(3)不变7．(2017·哈尔滨二模)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，A、B同学设计了如图甲所示的实验装置．其中小车的质量为M，沙和沙桶的质量为m，与小车相连的滑轮的质量为m0.力传感器可测出轻绳中的拉力大小，重力加速度为g.实验时先平衡摩擦力．(1)A同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留三位有效数字)．(2)A同学以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的F­a图象如图丙所示，求得图线的斜率为k，则小车的质量M＝________(用所给物理量的符号表示)．(3)B同学也以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的F­a图象如图丁所示，图线不过原点的原因可能是________________．(答一条即可)解析：(1)相邻两计数点间还有四个点没有画出，计数点间的时间间隔：t＝0.02×5s＝0.1s，由匀变速直线运动的推论Δx＝at2可知，加速度为：a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x3－x2－x1,3t2)＝eq\f(7.30＋9.09＋10.89－5.51－3.71－1.90×10－2,9×0.12)m/s2≈1.80m/s2；(2)小车所受合力是测力计示数的2倍，即：2F，由牛顿第二定律可知：2F＝(M＋m0)a，则：F＝eq\f(M＋m0,2)a，F­a图象的斜率：k＝eq\f(M＋m0,2)，小车质量：M＝2k－m0；(3)由图丁知，F＝0时，a≠0，说明平衡摩擦力过度了．答案：(1)1.80(2)2k－m0(3)平衡摩擦力过度8．(2017·安徽“江南十校”联考)在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率f＝50Hz，某次实验选择一条较理想纸带，某同学用毫米刻度尺测量起始点O依次到A、B、C、D、E、F各点的距离分别记作x1，x2，x3，x4，x5，x6，并记录在下表中.符号x1x2x3x4x5x6数值(×10－2m0.190.761.713.064.786.87(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是__________．A．重锤的质量 B．重力加速度C．重锤下降的高度 D．重锤的瞬时速度(2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律．已知重锤的质量为1kg，当地的重力加速度g＝9.80m/s2.则此过程中重锤重力势能的减少量为______J，而动能的增加量为______J(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a，为了充分利用记录数据，尽可能减小实验操作和测量过程中的误差，他的计算式应为a＝________，代入数据，求得a＝________m/s2(结果保留3位有效数字)．因此，______(填“能”或“不能”)用v＝gt求重锤在E点处的速度．解析：(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是重锤下降的高度h，因为要计算重力势能的减少量，故选项C正确．(2)重锤从开始下落到E点时，减小的重力势能ΔEp＝mgx5＝1×9.8×4.78×10－2J＝0.468J，E点的瞬时速度vE＝eq\f(x6－x4,2T)＝eq\f(6.87－3.06×10－2,2×0.02)m/s＝0.9525m/s，从重锤