【名師伴你行】2021屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專題提能專訓(xùn)：13力學(xué)實驗

提能專訓(xùn)(十三)力學(xué)試驗時間：90分鐘滿分：100分試驗題(本題共10小題，共100分)1．(8分)在用電火花計時器“爭辯勻變速直線運動”的試驗中，如圖所示是一條記錄小車運動狀況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出．(電源頻率為50Hz)(1)依據(jù)運動學(xué)有關(guān)公式可求得：vB＝1.38m/s，vC＝________m/s，vD＝3.90m/s；(保留三位有效數(shù)字)(2)若利用求得的數(shù)值作出小車的v-t圖線(以打A點時開頭計時)，將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標(biāo)是0.10m/s，此速度的物理意義是________________________________________．答案：(1)2.64(2)從A點開頭計時，小車的速度為0.10m/s解析：(1)電源頻率為50Hz，則周期為0.02s，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出，則可知相鄰計數(shù)點間的時間為0.1s，利用勻變速直線運動的推論可知平均速度等于中間時刻的瞬時速度：vC＝eq\f(xBD,2t)＝eq\f(0.6030－0.0750,2×0.1)m/s＝2.64m/s.(2)v-t圖象延長線與縱軸的交點坐標(biāo)值是：打點計時器打下計時點A時紙帶對應(yīng)的速度，小車的速度為0.10m/s.2．(2022·安徽名校聯(lián)考)(8分)在“驗證力的平行四邊形定則”的試驗中，某小組利用如圖甲所示的裝置完成試驗，橡皮條的一端C固定在木板上，用兩只彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點．(1)則下列敘述正確的是()A．該試驗中CO的拉力是合力，AO和BO的拉力是分力B．兩次操作必需將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置C．試驗中AO和BO的夾角應(yīng)盡可能大D．在試驗中，彈簧測力計必需保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線(2)對數(shù)據(jù)處理后得到如圖乙所示的圖線，則F與F′兩力中，方向肯定沿CO方向的是________．答案：(1)BD(2)F′解析：(1)AO和BO的拉力與CO的拉力的合力為零，它們之間不是合力與分力的關(guān)系，A錯誤；試驗中兩次拉伸橡皮條，留意將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置，以保證兩次操作中CO的拉力是相同的，則選項B正確；假如AO和BO的夾角適當(dāng)，則兩個分力可以將結(jié)點拉到O點，若夾角過大，則兩拉力不肯定能將結(jié)點拉到O點，所以選項C錯誤；彈簧測力計與木板平行以便保證各力在同一平面內(nèi)，正對彈簧測力計的刻度線讀數(shù)可以減小偶然誤差，因此D正確．(2)由題圖乙知，F(xiàn)是二力用平行四邊形定則合成所得，F(xiàn)′是用一個力拉橡皮條時的外力，故肯定與CO共線的是F′.3．(2022·湖北八校二聯(lián))(8分)如圖為“測量彈簧勁度系數(shù)”的試驗裝置圖，彈簧的上端固定在鐵架臺上，下端裝有指針及掛鉤，指針恰好指向一把豎直立起的毫米刻度尺．現(xiàn)在測得在掛鉤上掛上肯定數(shù)量鉤碼時指針在刻度尺上的讀數(shù)如下表：鉤碼數(shù)n012345刻度尺讀數(shù)xn(cm)2.624.175.707.228.8410.43已知全部鉤碼的質(zhì)量可認為相同且m0＝50g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.請回答下列問題：(1)請依據(jù)表格數(shù)據(jù)計算出彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)考慮到在沒有掛鉤碼時彈簧自身有重量，測量的勁度系數(shù)與真實值相比較________(填“偏大”、“偏小”或“沒有影響”)．答案：(1)31或32(2)沒有影響解析：利用題目中表格數(shù)據(jù)可畫出F-x的圖象，求圖線斜率可得彈簧的勁度系數(shù)k＝31或32N/m.由圖表可知，不掛鉤碼時的彈簧長度就相當(dāng)于原長了，在描繪F-x圖象時，彈簧的自身重量不影響勁度系數(shù)．4．(2022·吉林省吉林市質(zhì)量檢測)(10分)測定木塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，接受如圖的裝置，圖中長木板水平固定．(1)試驗過程中，電火花計時器應(yīng)接在溝通電源上，調(diào)整定滑輪高度，使________________．(2)已知重力加速度為g，測得木塊的質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，木塊的加速度為a，則木塊與長木板間動摩擦因數(shù)μ＝________________.(3)如圖所示為木塊在水平木板上帶動紙帶運動打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點未畫出．從紙帶上測出s1＝3.20cm，s2＝4.52cm，s5＝8.42cm，s6＝9.70cm.則木塊加速度大小a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：(1)細線與長木板平行(或“細線水平”)(2)eq\f(mg－m＋Ma,Mg)(3)1.3解析：(1)為了使細線的拉力方向與木塊運動方向相同，應(yīng)調(diào)整細線與長木板平行．(2)依據(jù)牛頓其次定律，對砝碼盤和砝碼整體有：mg－F＝ma，對木塊有：F－μMg＝Ma，聯(lián)立兩方程得μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg).(3)利用逐差法得a＝eq\f(s5＋s6－s1＋s2,8T2)＝eq\f([8.42＋9.70－3.20＋4.52]×10－2,8×0.12)m/s2＝1.3m/s2.5．(2022·山東泰安一模)(10分)用如圖所示的裝置探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，帶滑輪的長木板和彈簧測力計均水平固定．(1)試驗時，肯定要進行的操作是()A．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)B．轉(zhuǎn)變砂和砂桶質(zhì)量，打出幾條紙帶C．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量D．為了減小誤差，試驗中肯定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，以加速度a為縱坐標(biāo)，畫出的a-F圖象可能正確的是()(3)若給出的a-F圖象的斜率為k，則小車的質(zhì)量為________．答案：(1)AB(2)a(3)eq\f(2,k)解析：(1)本試驗進行操作時，小車應(yīng)靠近打點計時器，且先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時要記錄彈簧測力計的示數(shù)，為了減小試驗誤差，應(yīng)轉(zhuǎn)變砂和砂桶質(zhì)量，多打出幾條紙帶，A、B正確；由于裝置中連接有彈簧測力計，能測出繩上的拉力，故不用測出砂和砂桶的質(zhì)量，C錯誤；當(dāng)砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，砂和砂桶的重力近似等于小車的拉力，由于裝置中的彈簧測力計能測出繩上的拉力，故本試驗中不再用滿足此關(guān)系，D錯誤．(2)對小車依據(jù)牛頓其次定律有2F－Ff＝Ma，則a＝eq\f(2,M)F－eq\f(Ff,M)，所以圖線a正確．(3)依據(jù)函數(shù)關(guān)系式得k＝eq\f(2,M)，所以M＝eq\f(2,k).6．(10分)某課外活動小組利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律．甲乙(1)某同學(xué)用20分度游標(biāo)卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖甲所示，小球直徑為________cm.圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門A、B，計時裝置測出小球通過A、B的時間分別為2.55ms、5.15ms，由此可知小球通過光電門A、B時的速度分別為vA、vB，其中vA＝________m/s.(2)用刻度尺測出光電門A、B間的距離h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較____________(用題目中涉及的物理量符號表示)是否相等，就可以驗證機械能是否守恒．(3)通過多次試驗發(fā)覺，小球通過光電門A的時間越短，(2)中要驗證的兩數(shù)值差越大，試分析試驗中產(chǎn)生誤差的主要緣由是_______．答案：(1)1.0204(2)gh＝eq\f(v\o\al(2,A),2)－eq\f(v\o\al(2,B),2)(3)見解析解析：(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法d＝主尺讀數(shù)＋游標(biāo)尺的讀數(shù)，留意分度值，讀得小球直徑為1.020cm，小球通過光電門可近似認為做勻速直線運動，所以vA＝eq\f(d,tA)＝eq\f(1.020cm,2.55ms)＝4m/s；(2)在驗證機械能守恒定律時，要看動能的削減量是否等于勢能的增加量，即gh＝eq\f(v\o\al(2,A),2)－eq\f(v\o\al(2,B),2)；(3)小球通過A的時間越短，意味著小球的速度越大，而速度越大受到的空氣阻力越大，損失的能量越多，動能的削減量和勢能的增加量差值越大．7．(2022·湖北襄州一中四校聯(lián)考)(10分)某物理小組的同學(xué)用如圖所示的試驗器材測定重力加速度，試驗器材有：底座、帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電門1和2組成的光電計時器(其中光電門1更靠近小球釋放點)，小球釋放器(可使小球無初速釋放)、網(wǎng)兜．試驗時可用兩光電門測量小球從光電門1運動至光電門2的時間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)使用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖所示，則小球直徑為________cm.(2)轉(zhuǎn)變光電門1的位置，保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過光電門2的速度為v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v四個物理量之間的關(guān)系為h＝________.(3)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的確定值為k，依據(jù)圖線可求出重力加速度的大小為____________．答案：(1)1.170(2)vt－eq\f(1,2)gt2(3)2k解析：(1)卡尺讀數(shù)為：整數(shù)＋精度×格數(shù)(以毫米為單位)．(2)從光電門1到2的過程中，用逆向思維的方法列出位移表達式：h＝vt＋eq\f(1,2)(－g)t2＝vt－eq\f(1,2)gt2.(3)由上一問可推導(dǎo)出eq\f(h,t)-t之間的函數(shù)關(guān)系為eq\f(h,t)＝v－eq\f(1,2)gt，可知k＝eq\f(1,2)g，所以g＝2k.8．(12分)用圖甲所示裝置來探究動能定理：將一傾斜氣墊導(dǎo)軌固定在水平桌面上，帶擋光片的滑塊置于導(dǎo)軌頂點A處，其總質(zhì)量為M.導(dǎo)軌上有一光電門，可測擋光片通過光電門的擋光時間t.頂點A到導(dǎo)軌底端B點的距離為d，A與B的高度差為h，擋光片寬度為b，A與光電門的距離為s，重力加速度為g.分析下列問題：甲乙(1)以滑塊、擋光片為一系統(tǒng)．試驗時讓滑塊從頂點A由靜止釋放，當(dāng)滑塊剛通過光電門時，合外力對系統(tǒng)做的功為W＝________，系統(tǒng)動能的增加量為ΔEk＝________(用題目中給出的字母表示)．(2)轉(zhuǎn)變光電門的位置，每次試驗都讓滑塊從同一點A由靜止下滑，然后分別測出滑塊與光電門之間的距離s與擋光片通過光電門的時間t.最終依據(jù)試驗中的數(shù)據(jù)得到了如圖乙所示的eq\f(1,t2)-s圖象．依據(jù)所作的圖象分析，該圖象________(填“可以”或“不行以”)驗證動能定理，理由是____________(只需列出相關(guān)的理論表達式即可)．答案：(1)Mgeq\f(h,d)seq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2(2)可以eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s解析：(1)滑塊從A點到B點重力對系統(tǒng)做的功為W＝Mgeq\f(h,d)s通過光電門瞬間滑塊和擋光片的速度為v＝eq\f(b,t)，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2.(2)若系統(tǒng)滿足W＝ΔEk，即Mgeq\f(h,d)s＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2，則有eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s，可見eq\f(1,t2)∝s，所以該圖象可以驗證動能定理．9．(12分)為了驗證機械能守恒定律，某同學(xué)使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行試驗．其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器M通過G1、G2光電門時，光束被滑行器M上的擋光片遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑行器連同擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，兩光電門中心間的距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m，細繩不行伸長且其質(zhì)量可以忽視，重力加速度為g.該同學(xué)想在水平的氣墊導(dǎo)軌上，只利用以上儀器，在滑行器通過G1、G2光電門的過程中驗證機械能守恒定律，請回答下列問題：(1)試驗開頭應(yīng)先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌下面的螺母，使氣墊導(dǎo)軌水平．請在以下空白處填寫試驗要求．在不增加其他測量器材的狀況下，調(diào)水平的步驟是：取下牽引砝碼m，接通氣墊導(dǎo)軌裝置的電源，調(diào)整導(dǎo)軌下面的螺母，若滑行器M放在氣墊導(dǎo)軌上的任意位置都能保持靜止，或者輕推滑行器M，M分別通過光電門G1、G2的時間________，則導(dǎo)軌水平；(2)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平后，在接下來的試驗操作中，以下操作合理的是________；A．擋光片的寬度D應(yīng)盡可能選較小的B．選用的牽引砝碼的質(zhì)量m應(yīng)遠小于滑行器和擋光片的總質(zhì)量MC．為了減小試驗誤差，光電門G1、G2的間距x應(yīng)當(dāng)盡可能大一些D．用來牽引滑行器M的細繩可以與導(dǎo)軌不平行(3)在每次試驗中，若表達式__________________________(用M、g、m、Δt1、Δt2、D、x表示)在誤差允許的范圍內(nèi)成立，則機械能守恒定律成立．答案：(1)(在誤差允許的范圍內(nèi))相等(2)AC(3)mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2解析：(1)由題意可知M分別通過兩個光電門的時間相等，即表示軌道水平．(2)由題意可得，擋光片越小，速度計算越精確，選項A正確；考慮到m的作用，不需要m遠小于M，選項B錯誤；光電門間距更大一些，距離測量誤差會減小，速度差距更大，誤差會減小，選項C正確；牽引滑行器的細繩應(yīng)當(dāng)與導(dǎo)軌平行，選項D錯誤．(3)要使機械能守恒，以M和m為爭辯對象，可知需要公式mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2.10．(12分)某試驗小組利用如圖甲所示的裝置來探究“合外力肯定時物體的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系”．(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示，則其寬度d＝________mm.(2)試驗中，將軌道左端適當(dāng)墊起，在不掛小桶時，假如小車____________________________，則表示已平衡好阻力．(3)測出兩個光電門中心之間的距離為L，將小車從圖示位置靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出寬度為d的遮光條經(jīng)過光電門A的時間t1和經(jīng)過光電門B的時間t2，則小車加速度的表達式a＝________________.(用以上字母表示)(4)保持合力不變，轉(zhuǎn)變小車的質(zhì)量，將測得的試驗數(shù)據(jù)記入下表．為了更直觀地分析數(shù)據(jù)得