182019力學創(chuàng)新試驗

2019屆高考物理狀元必刷題庫實驗與探究專題（18）力學創(chuàng)新實驗一、實驗題1.（10分）小莉和她的同學綜合圖示的方法，利用簡易實驗器材，一把刻度尺，一質量為m=300g的重物,測量自己頭發(fā)絲能承受的最大拉力,并與網(wǎng)上獲取的正常數(shù)據(jù)進行對比（頭發(fā)能承受的拉力隨年齡而變化;20歲組,頭發(fā)能承受的拉力最大,平均約1.72N;30歲組,平均約1.50N……）實驗步驟如下：①水平固定刻度尺；②用手指尖緊握頭發(fā)絲兩端,用直尺測量出兩手指尖之間的頭發(fā)絲長度L=50.00cm;③重物掛在頭發(fā)絲上,兩手緩慢沿刻度尺水平移動,直至頭發(fā)絲恰好被拉斷;從刻度尺上讀出兩手指尖之間的距離d=30.00cm（取重力加速度g=10m/s2,掛鉤光滑且質量不計）。由以上數(shù)據(jù)可知所用刻度尺的分度值為;頭發(fā)絲的最大拉力表達式T=（用以上物理量符號表示）；利用所測數(shù)據(jù)可獲得最大拉力為N（保留三位有效數(shù)字），在正常范圍。2.（10分）裝有拉力傳感器的輕繩，一端固定在光滑水平轉軸。，另一端系一小球，空氣阻力可以忽略。設法使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動（如圖甲），通過拉力傳感器讀出小球在最高點時繩上的拉力大小是F，在最低點時繩上的拉力大小是F。某興趣小組的同學用該裝1 2置測量當?shù)氐闹亓铀俣取?小明同學認為,實驗中必須測出小球的直徑,于是他用螺旋測微器測出了小球的直徑,如圖乙所示，則小球的直徑dmm。.小軍同學認為不需要測小球的直徑。他借助最高點和最低點的拉力勺、勺，再結合機械能守恒定律即可求得。小軍同學還需要測量的物理量有（填字母代號）。A.小球的質量mB.輕繩的長度LC.小球運動一周所需要的時間T3.根據(jù)小軍同學的思路，請你寫出重力加速度g的表達式。3.（10分）某同學利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度g.細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質滑輪,兩端各懸掛一只質量為M的重錘.實驗操作如下：國正確教育①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H;②在重錘1上加上質量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上,保持系統(tǒng)靜止.釋放重錘2,同時右手開啟秒表,在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間；④重復測量3次下落時間,取其平均值作為測量值t.請回答下列問題.步驟④可以減小對下落時間t測量的（選填“偶然”或“系統(tǒng)”）誤差..實驗要求小鉤碼的質量m要比重錘的質量M小很多,主要是為了（ ）A.使H測得更準確B.使重錘1下落的時間長一些C.使系統(tǒng)的總質量近似等于2MD.使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等.滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差.現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差,可以怎么做.使用橡皮泥改進實驗后,重新進行實驗測量,并測出所用橡皮泥的質量為m°用實驗中的測量量和已知量表示g,得g=..（10分）用如圖所示的實驗裝置來探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與質量m、角速度3和半徑r之間的關系.轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉動槽內(nèi)的球就做勻速圓周運動橫臂的擋板對球的壓力提供向心力球對擋板的反作用力通過橫臂的扛桿作用使彈簧測力筒下降,從而露出標尺,標尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值:某次實驗圖片如下，請回答相關問題：1.在研究向心力的大小F與質量m、角速度3和半徑r之間的關系時主要用到了物理學中的（）A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法D.演繹法2.圖示實驗裝置是在研究向心力的大小與—的關系（ ）A.質量mB.角速度3C.半徑r3.若圖中標尺上紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值為1:9,運用圓周運動知識可以判斷與皮帶連接的變速輪塔對應的半徑之比為（ ）A.1:9B.3:1C.1:3D.1:15.（10分）某興趣小組為探知一遙控電動小車的額定功率,進行了如下實驗：①用天平測出電動小車的質量0.4kg;②將電動小車、紙帶和打點計時器按如圖甲所示安裝；打點ifn?怫玳疳③接通打點計時器；（其打點周期為0.02s）④使電動小車以額定功率加速度運動,達到最大速度一段時間后關閉小車電源,待小車靜止時再關閉打點計時器。（設在整個過程中小車所受的阻力恒定）在上述過程中，打點計時器在紙帶上所打的點跡如圖乙丙所示，圖中O點是打點計時器打的第一個點。?***??囚

請分析紙帶數(shù)據(jù)，回答下列問題：⑴該電動小車運動的最大速度為m/s;⑵該電動小車運動的過程中阻力為N;⑶該電動小車的額定功率為W。光電門擋光片.曲塊6.（10分）如圖甲所示，在水平放置的氣墊導軌上有一帶有方盒的滑塊，質量為M，氣墊導軌右端固定一定滑輪,細線繞過滑輪,一端與滑塊相連,另一端掛有6個鉤碼,設每個鉤碼的質量為m，且M=4m。光電門擋光片.曲塊里附塊氣墊導軌.用游標卡尺測出滑塊上的擋光片的寬度,讀數(shù)如圖所示,則寬度d=cm?！?1 2 3cmI??IIIii］」iijIJiijiII!JJIi?呼陋葷育 「IIIIIIIII「門I門III 0 5 IC15 20.某同學打開氣源,將滑塊由靜止釋放,滑塊上的擋光片通過光電門的時間為t,則滑塊通過光電門的速度為___（用題中所給字母表示）。.開始實驗時,細線另一端掛有6個鉤碼，由靜止釋放后細線上的拉力為。，接著每次實驗時將1個鉤碼移放到滑塊上的方盒中,當只剩3個鉤碼時細線上的拉力為勺，則F2F2（填“大于”、“等于”或“小于”）。.若每次移動鉤碼后都從同一位置釋放滑塊,設擋光片距光電門的距離為L，鉤碼的個數(shù)為n，測出每次擋光片通過光電門的時間為t，測出多組數(shù)據(jù),并繪出n-二圖像，已知圖線斜率12為k，則當?shù)刂亓铀俣葹開__（用題中字母表示）。7.（10分）為了研究人們用繩索跨越山谷過程中繩索拉力的變化規(guī)律同學們設計了如圖所示的實驗裝置。他們將不可伸長輕繩的兩端通過測力計（不計質量及長度）間定在相距為D的兩立柱上,固定點分別為P和Q低于Q,繩長為L（L>PQ）。他們首先在繩上距離P點10cm處（標記為C）系上質量為m的重物（不滑動），由測力計讀出繩PC、QC的拉力大?。┖投^隨后,改變重物懸掛點C的位置,每次將P到C點的距離增加10cm.并讀出測力計的示數(shù)，最后得到TP、Tq與繩長PC的關系曲線如圖所示。由實驗可知：.曲線H中拉力最大時,C與P點的距離為___cm,該曲線為_（選填:Tp或T，的曲線。PQ.在重物從P移到Q的整個過程中,受到最大拉力的是（選填:P或Q）點所在的立柱。.在曲線1、11相交處，可讀出繩的拉力T0=N,它與L、D、m和重力加速度g的8.（10分）用如圖a所示裝置，驗證固定轉軸物體的平衡條件「二為質量均勻分布的軌道,0為光滑固定轉軸一不可伸長的輕細繩,一端連在軌道D端,另一端通過光滑定滑輪連在固定的力傳感器A上調(diào)節(jié)軌道使其水平,將位移傳感器接收器B固定,使其右側面對準轉軸0點，小車E放在軌道上,使位移傳感器接收器C左側面對準轉軸0點給小車初速度,利用位移傳感器和力傳感器,測量不同時刻t小車離開0點的距離S和細繩的拉力F,計算機將數(shù)據(jù)記錄在表格.圖a ?電二二二二二二二二二二二二二二o-1□II1I〕IIII口-m

ffq.14-巾重電箝◎，書包ni>,?小用圖也.利用上述測量數(shù)據(jù)驗證固定轉軸物體的平衡條件還需測量的量是（選填下列物理量符號:軌道重量生、小車和其上固定的位移傳感器發(fā)射器總重量g2、位移傳感器接收器的重量G3、軌道長度1、細繩長度L2、力傳感器到定滑輪距離La、細繩與軌道夾角內(nèi)N,該值比真實值.若一二?。很壍篱L「二1二」：，以s為橫坐標,F為縱坐標，通過計算機做出圖象如圖b,N,該值比真實值1選填“偏大”“偏小”“相同”.若將小車看做質點，由圖象b可求出軌道重量為N,該值比真實值選填“偏大”“偏小”“相同”，其原因是.參考答案一、實驗題一、 mgL.答案：0.1cm;—. 二;1.88.L—d2解析：由L=50.00cm可知，分度值應為0.1cm;設頭發(fā)絲與刻度尺之間的夾角為ooo,由圖中的幾何關系可知，cos9=警2=d,頭發(fā)絲與繩子的結點處受力平衡,設頭發(fā)絲的拉力為F,L/2L得：2Fsin9=mg;聯(lián)立得：F=若一2sin9mg mgL加x拈短陽二—, ,代入數(shù)據(jù)得2.：1—(L)2 2'L-d2F=1.88N。2.答案：1.5.695;2.A;3.\"F6m解析：1.螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為5.5mm,可動刻度讀數(shù)為0.01X19.5mm=0.195mm,最終讀數(shù)為：固定刻度讀數(shù)+可動刻度讀數(shù)=5.5mm+0.195mm=5.695mm。一 V23.由牛頓第二定律可知，小球在最高點，有：F1+mg=m-L-；在最低點有:「 v2一 F—FF2+mg=m-L再由機鉞能守恒定律有,解得重力加速度的表達式g=F'因此已知最高點和最低點的拉力F2,勺時，小軍同學還需要測量的物理量有小球的質量m,故A正確.B、C錯誤。.答案：1.偶然；2.B;3.在重錘1上粘上橡皮泥,調(diào)整橡皮泥質量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落2(2M+m+m)Hmt2解析：1.本題考查重力加速度的測量,意在考查考生的實驗探究能力。時間測量是人為操作快慢和讀數(shù)問題帶來的誤差，所以屬于偶然誤差。.由于自由落體的加速度較大,下落H高度的時間較短,為了減小測量時間的實驗誤差,就要使重錘下落的時間長一些,因此系統(tǒng)下降的加速度要小,所以小鉤碼的質量要比重錘的質量小很多。.為了消除滑輪的摩擦阻力,可用橡皮泥粘在重錘1上,輕拉重錘放手后若系統(tǒng)做勻速運動,則表示平衡了阻力。.根據(jù)牛頓第二定律有mg=(M+m+m+M)a，又H=1at2,解得02_2(2M+m+m0)Hmt2.答案:1.C;2.B;3.B

解析：1.在研究向心力的大小F與質量m、角速度3和半徑r之間的關系時，需先控制某些量不變,研究另外兩個物理量的關系,故此實驗用到了控制變量法,C正確.圖示裝置中兩球的質量相同，轉動的半徑相同，則研究的是向心力與角速度的關系，故選B。.根據(jù)F=mr?2,兩球的向心力之比為1:9,半徑和質量相等,則轉動的角速度之比為1:3,因為靠皮帶傳動，變速輪塔的線速度大小相等，則根據(jù)v=r3知，與皮帶連接的變速輪塔對應的半徑之比為3:1,故B正確。答案：1)1.50(2)1.60(3)2.40,,、 d6.答案:1.0.520;2.一t3.小于;4.3.小于;4.5d2

kL解析：1.游標卡尺的主尺讀數(shù)為5mm,游標尺讀數(shù)為0.05X4mm=0.20mm,則最終讀數(shù)為5.20mm=0.520cm。d.極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度的大小,則滑塊通過光電門的速度v=-.t.細線一端掛6個鉤碼時,對鉤碼和滑塊整體分析，a=6mmg=0.6g，隔離滑塊分析，iM+6m根據(jù)牛頓第二定律得，勺=Ma1=4m義0.6g=2.4mg；同理,細線另一端掛3個鉤碼,滑塊上的方盒中放3個鉤碼時，a=3mg=0.3g,F=(M+3m)a=7m義0.3g=2.1mg,2M+6m 2 2 。 …知勺＜2Fod __ d2 nmgng.滑塊通過光電門的速度v二t，根據(jù)得v2二2值,得不=2a,因。=—二而,解得d2n=，則k=gLt2mgL。L一D2

mgL。L一D2

2(L—D2)解析：1.由題圖可讀出，II中拉力最大時,C與P點的距離為60cm。此時以C點為研究對象,受力分析如圖所示,豎直方向TPsin。］+TQsin。2=mg,水平方向TPcos。jTqCOS%.當TP=TQ時，cos。「cos外,即。1=。2,若C點左移即PC減小,則01增大