高考物理?？贾R點(diǎn)預(yù)測專項(xiàng)訓(xùn)練和增分策略：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

第二部分力學(xué)實(shí)驗(yàn)題四年高考分析及專練13年Ⅰ卷Ⅱ卷題號、分值22(7分)22(8分)考查角度利用光電門測速度并求出加速度，利用牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)根據(jù)平拋運(yùn)動、能量的轉(zhuǎn)化與守恒探究彈簧的彈性勢能情景圖14年Ⅰ卷Ⅱ卷題號、分值22(6分)23(9分)考查角度利用小車的運(yùn)動探究加速度與質(zhì)量和作用力的關(guān)系考查了胡克定律的應(yīng)用情景圖15年Ⅰ卷Ⅱ卷題號、分值22(6分)22(6分)考查角度利用托盤秤分析玩具車過凹形橋最低點(diǎn)的速度.考查了牛頓第二定律在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動的應(yīng)用利用打點(diǎn)計時器分析紙帶，考查了速度、加速度的求解方法及牛頓第二定律的應(yīng)用情景圖16年甲卷乙卷丙卷題號、分值22(6分)22(5分)23(10分)考查角度探究輕彈簧的彈性勢能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，推算交流電的頻率探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系情景圖[命題特點(diǎn)]以教材6個力學(xué)實(shí)驗(yàn)為題意情景，側(cè)重考查實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、讀取數(shù)據(jù)、表格圖象、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、誤差分析，也可能在原型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過器材或原理的改進(jìn)、創(chuàng)新形成新的力學(xué)實(shí)驗(yàn).力學(xué)實(shí)驗(yàn)每年必考，一般難度不大，實(shí)驗(yàn)原理是解決力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵.1.某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則.實(shí)驗(yàn)步驟：①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向.條通過光電門的擋光時間t，則物塊通過B處時的速度為________(用字母d、t表示)；(3)測得A、B兩處的高度差為H、水平距離L.已知物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，為了完成實(shí)驗(yàn)，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為________________.(用題中所給物理量符號表示)答案(1)0.52(2)eq\f(d,t)(3)gH－μgL＝eq\f(d2,2t2)3.某同學(xué)利用如圖6所示的裝置驗(yàn)證動能定理.將木板豎直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白紙、復(fù)寫紙.將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測量出小球離開斜槽后的豎直位移y.改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下：圖6高度H(h為單位長度)h2h3h4h5h6h7h8h9h豎直位移y/cm30.015.010.07.56.04.33.83.3(1)表格中空缺的數(shù)據(jù)應(yīng)為________.(2)已知木板與斜槽末端的水平距離為x，小球在離開斜槽后的豎直位移為y，不計小球與槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，若動能定理成立，則應(yīng)滿足的關(guān)系式是________________.(3)若僅僅換一形狀完全相同，但摩擦不能忽略的斜槽(其余裝置、位置均不變)，表格中豎直位移y的數(shù)值與上表相比會________(填“變大”“變小”或“不變”).答案(1)5.0(2)H＝eq\f(x2,4y)(3)變大解析(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，Hy＝30h，是個定值，則當(dāng)H＝6h時，y＝5.0cm.(2)設(shè)小球離開斜槽時的速度為v，根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律得：x＝vt，y＝eq\f(1,2)gt2聯(lián)立得：v＝xeq\r(\f(g,2y))小球在斜槽上滑下過程中，不計小球與槽之間的摩擦，只有重力做功，則有：mgH＝eq\f(1,2)mv2，解得：H＝eq\f(x2,4y)(3)若摩擦不能忽略，則有：W＝mgH－μmgcosθ·eq\f(H,sinθ)＝mgH(1－eq\f(μ,tanθ))若動能定理成立，則有：mgH(1－eq\f(μ,tanθ))＝eq\f(1,2)mv2，解得：H＝eq\f(x2,41－μ\f(1,tanθ)y)由于1－μeq\f(1,tanθ)<1，H、x均不變，所以表格中豎直位移y的數(shù)值與上表相比會變大.4.某興趣小組利用如圖7所示彈射裝置將小球豎直向上拋出來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.一部分同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量出小球的直徑為d，并在A點(diǎn)以速度vA豎直向上拋出；另一部分同學(xué)團(tuán)結(jié)協(xié)作，精確記錄了小球通過光電門B時的時間為Δt，用刻度尺測出光電門A、B間的距離為h.已知小球的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，完成下列問題：圖7(1)小球在B點(diǎn)時的速度大小為________________；(2)小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，動能減少量為________；(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若等式____________成立，就可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒(用題目中給出的物理量符號表示).答案(1)eq\f(d,Δt)(2)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)meq\f(d2,Δt2)(3)gh＝eq\f(1,2)[veq\o\al(2,A)－eq\f(d2,Δt2)]解析(1)小球在B點(diǎn)的瞬時速度大小vB＝eq\f(d,Δt).(2)小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)，動能的減小量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)meq\f(d2,Δt2).(3)重力勢能的增加量為mgh，若mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)meq\f(d2,Δt2).即gh＝eq\f(1,2)[veq\o\al(2,A)－eq\f(d2,Δt2)]，機(jī)械能守恒.5.為驗(yàn)證在自由落體過程中物體的機(jī)械能是守恒的，某同學(xué)利用DIS設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)，裝置如圖8甲所示，圖中A為電磁鐵，B為光電門，有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球通過電磁鐵從A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，單位是毫秒.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間取9.8m/s2，且小球直徑d遠(yuǎn)小于A、B間的距離H.圖8(1)用螺旋測微器測得小球的直徑如圖乙所示，則d＝________m.(2)多次改變高度H，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出eq\f(1,t2)－H的變化圖象如圖丙所示，該圖線斜率的理論值k＝________(ms)－2·m－1.(保留2位有效數(shù)字)(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，可能的原因是________________________(任意答出一條原因即可).答案(1)4.700×10－3(2)0.89(3)受到空氣阻力或者H測量值偏大(任意答出一條原因即可)6.某同學(xué)利用圖9所示裝置，驗(yàn)證以下兩個規(guī)律：圖9①兩物塊通過不可伸長的細(xì)繩相連接，沿繩分速度相等；②系統(tǒng)機(jī)械能守恒.P、Q、R是三個完全相同的物塊，P、Q用細(xì)繩連接，放在水平氣墊桌上.物塊R與輕質(zhì)滑輪連接，放在正中間，a、b、c是三個光電門，調(diào)整三個光電門的位置，能實(shí)現(xiàn)同時遮光，整個裝置無初速度釋放.(1)為了能完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模擞涗汸、Q、R三個遮光片的遮光時間t1、t2、t3外，還必需測量的物理量有________；A.P、Q、R的質(zhì)量MB.兩個定滑輪的距離dC.R的遮光片到c的距離HD.遮光片的寬度x(2)根據(jù)裝置可以分析出P、Q的速度大小相等，驗(yàn)證表達(dá)式為________；(3)若要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等，則驗(yàn)證表達(dá)式為________________；(4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭，則驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為________________.答案(1)BCD(2)t1＝t2(3)eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))(4)gH＝eq\f(x2,2t\o\al(2,3))＋eq\f(x2,2t\o\al(2,2))＋eq\f(x2,2t\o\al(2,1))解析(1)為了能完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模擞涗汸、Q、R三個遮光片的遮光時間t1、t2、t3外，還必需測量的物理量有：兩個定滑輪的距離d；R的遮光片到c的距離H；遮光片的寬度x；故選B、C、D.(2)根據(jù)裝置可以分析出P、Q的速度大小相等，根據(jù)v＝eq\f(x,Δt)可知，驗(yàn)證表達(dá)式為t1＝t2.(3)P經(jīng)過遮光片時的速度vP＝eq\f(x,t1)；R經(jīng)過遮光片時的速度vR＝eq\f(x,t3)，若要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等，則需驗(yàn)證vRcosθ＝vReq\f(H,\r(H2＋\f(d,2)2))＝vP，整理可得eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2)).(4)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,P)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,Q)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,R)，其中vP＝eq\f(x,t1)，vQ＝eq\f(x,t2)，vR＝eq\f(x,t3)，聯(lián)立解得gH＝eq\f(x2,2t\o\al(2,3))＋eq\f(x2,2t\o\al(2,2))＋eq\f(x2,2t\o\al(2,1)).7.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)利用傳感器設(shè)計實(shí)驗(yàn)：如圖10甲所示，將質(zhì)量為m、直徑為d的金屬小球在一定高度h由靜止釋放，小球正下方固定一臺紅外線計時器，能自動記錄小球擋住紅外線的時間t，改變小球下落高度h，進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn).此方案驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律方便快捷.圖10(1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑d＝________mm；(2)為直觀判斷小球下落過程中機(jī)械能是否守恒，應(yīng)作下列哪一個圖象________；A.h－t圖象 B.h－eq\f(1,t)圖象C.h－t2圖象 D.h－eq\f(1,t2)圖象(3)經(jīng)正確的實(shí)驗(yàn)操作，小明發(fā)現(xiàn)小球動能增加量eq\f(1,2)mv2總是稍小于重力勢能減少量mgh，你認(rèn)為增加釋放高度h后，兩者的差值會________(填“增大”“縮小”或“不變”).答案(1)17.806(17.804～17.808均可)(2)D(3)增大解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為d＝17.5mm＋30.6×0.01mm＝17.806mm(2)減小的重力勢能若全部轉(zhuǎn)化為動能，則有mgh＝eq\f(1,2)mv2，小球通過計時器時的平均速度可近似看做瞬時速度，故v＝eq\f(d,t)，聯(lián)立可得h＝eq\f(1,2g)(eq\f(d,t))2，故作h－eq\f(1,t2)圖象，D正確.(3)由于實(shí)驗(yàn)中存在空氣阻力，所以發(fā)現(xiàn)小球動能增加量eq\f(1,2)mv2總是稍小于重力勢能減少量mgh，若增加釋放高度h，則阻力做功增大，系統(tǒng)損失的機(jī)械能增加，所以兩者的差值會增大.8.在用“落體法”做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時，小明選擇一條較為滿意的紙帶，如圖11甲所示.他舍棄前面密集的點(diǎn)，以O(shè)為起點(diǎn)，從A點(diǎn)開始選取紙帶上連續(xù)點(diǎn)A、B、C……，測出O到A、B、C……的距離分別為h1、h2、h3…….電源的頻率為f.圖11(1)為減少阻力對實(shí)驗(yàn)的影響，下列操作可行的是________.A.選用鐵質(zhì)重錘B.安裝打點(diǎn)計時器使兩限位孔在同一豎直線上C.釋放紙帶前，手應(yīng)提紙帶上端并使紙帶豎直D.重錘下落中手始終提住紙帶上端，保持紙帶豎直(2)打B點(diǎn)時，重錘的速度vB為________.(3)小明用實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)畫出的v2－h(huán)圖象如圖乙所示.圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是________.(4)另有四位同學(xué)在圖乙的基礎(chǔ)上，畫出沒有阻力時的v2－h(huán)圖線，并與其比較，其中正確的是________.答案(1)ABC(2)eq\f(h3－h(huán)1f,2)(3)打下O點(diǎn)時重錘速度不為零(4)B解析(1)為了減小阻力的影響，實(shí)驗(yàn)時重錘選擇質(zhì)量大一些的，體積小一些的，故A正確；安裝打點(diǎn)計時器使兩限位孔在同一豎直線上，從而減小阻力的影響，故B正確；釋放紙帶前，手應(yīng)提紙帶上端并使紙帶豎直，可以減小阻力，故C正確；重錘下落過程中，手不能拉著紙帶，故D錯誤.(2)根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度知，B點(diǎn)的瞬時速度vB＝eq\f(h3－h(huán)1,2T)＝eq\f(h3－h(huán)1f,2).(3)圖線不過原點(diǎn)，h＝0時，速度不為零，可知打下O點(diǎn)時重錘速度不為零.(4)不論有無阻力，釋放點(diǎn)的位置相同，即初速度為零時，兩圖線交于同一點(diǎn)，故B正確，A、C、D錯誤.9.用如圖12甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，m2從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計時器頻率為50Hz，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.如圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點(diǎn).每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示.已知m1＝50mg，m2＝150mg.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖12(1)在紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)5時的速度v＝________m/s.(2)在打下第0個點(diǎn)到第5點(diǎn)的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能減少ΔEp＝________J(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭約為9.8m/s2)(3)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖象如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.答案(1)2.4(2)0.580.59(3)9.7解析(1)由于每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T＝0.1s，根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出點(diǎn)5的瞬時速度：v5＝eq\f(x46,2T)＝eq\f(0.2160＋0.2640,2×0.1)m/s＝2.4m/s.(2)在0～5過程中系