2020屆高中物理 專題11 研究勻變速直線運動（通用）

2020屆同心圓夢專題十一物理考點范圍：研究勻變速直線運動；探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系；驗證力的平行四邊形定則；驗證牛頓運動定律；探究動能定理；驗證機械能守恒定律一、選擇題（本題共6小題，每小題6分，共36分。在每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項符合題目要求，有的有多個選項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。）1以下實驗中可以用打點計時器和紙帶測速度進行數(shù)據(jù)處理的有 （ ）A驗證牛頓運動定律B驗證力的平行四邊形定則C探究動能定理D驗證機械能守恒定律2某同學在家中用三根相同的橡皮筋（遵循胡克定律）來探究求合力的方法，如下圖所示，三根橡皮筋在O點相互連接，拉長后三個端點用圖釘固定在A、B、C三點。在實驗中，可以通過刻度尺測量橡皮筋的長度來得到橡皮筋的拉力大小，并通過OA、OB、OC的方向確定三個拉力的方向，從而探究求其中任意兩個拉力的合力的方法。在實驗過程中，下列說法正確的是 （ ）A實驗需要測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長B為減小誤差，應選擇勁度系數(shù)盡量大的橡皮筋C以O(shè)B、OC為兩鄰做平行四邊形，其對角線必與OA在一條直線上且長度相等D多次實驗中O點不必固定3“探究動能定理”的實驗裝置如下圖所示，當小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0。當用2條、3條、4條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第4次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0，每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點計時器所打的紙帶測出。關(guān)于該實驗，下列說法正確的是 （ ）A某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點，兩端密、中間疏，出現(xiàn)這種情況的原因，可能是木板傾角過大B當小車速度達到最大時，小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處C應選擇紙帶上點距均勻的一段計算小車的最大速度D應選擇紙帶上第一點到最后一點的一段計算小車的最大速度4在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量。在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)在坐標紙上畫出aF關(guān)系的點跡，如下圖所示。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)這些點跡存在一些問題，產(chǎn)生這些問題的主要原因可能是 （ ）A軌道與水平方向夾角太大B軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢D所用小車的質(zhì)量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢5實驗“用DIS研究機械能守恒定律”的裝置如下圖a所示，某組同學在一次實驗中，選擇DIS以圖象方式顯示實驗的結(jié)果，所顯示的圖象如下圖b所示。圖象的橫軸表示小球距D點的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能EP、動能EK或機械能E，圖b的圖象中，表示小球的重力勢能EP、動能EK或機械能E隨小球距D點的高度h變化關(guān)系的圖線分別是 （ ）A 丙、乙、甲B乙、甲、丙C甲、乙、丙D丙、甲、乙6一名同學在用下圖甲所示的裝置做“研究勻變速直線運動”的實驗中，打點計時器所用交變電流的頻率為50Hz，下圖乙是某次實驗時得到的紙帶，圖中A、B、C、D、E是紙帶上五個計數(shù)點，則 （ ）A打C點時小車的速度大小為2.1m/sB打D點時小車的速度大小為4.6m/sC小車的加速度大小為3.9m/s2D小車的加速度大小為12m/s2二、非選擇題（本題共6小題，共64分。）7（8分）如下圖所示，某實驗小組在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時，在水平放置的木板上固定一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端栓兩根細線。兩個彈簧測力計分別鉤住兩細繩套，互成角度地拉橡皮條使之伸長，結(jié)點到達某一位置O時，需記下 的位置、兩彈簧測力計的示數(shù)、描下 ；再用一個彈簧測力計鉤住細套把橡皮條拉長，使結(jié)點到達位置 、再記下彈簧測力計的示數(shù)、描下 。在白紙上按 標度畫出用兩彈簧測力計拉細線時力F1、F2的圖示和用一個彈簧測力計拉細線時力F的圖示。8（8分）某同學要探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k。做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上。當彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端每增加一個50g的砝碼時，指針示數(shù)分別記作L1、L2、L7。（1）下表記錄的是該同學測出的8個值：代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7刻度數(shù)值/cm1.703.405.106.858.6010.3012.1014.05根據(jù)表中數(shù)據(jù)，用“逐差法”計算出每增加50g砝碼時彈簧平均伸長量L的數(shù)值為L= cm。（2）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出彈簧的勁度系數(shù)k= N/m。（g取9.8m/s2）9（10分）某興趣小組在做“探究動能定理”的實驗前，提出了以下幾種猜想：Wv，Wv2，W。他們的實驗裝置如下圖所示，PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器，物塊從斜面上某處由靜止釋放，物塊到達Q點的速度大小由速度傳感器測得。為探究動能定理，本實驗還需測量的物理量是 ；根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù)，為了直觀地通過圖象得到實驗結(jié)論，應繪制 圖象。10（12分）（1）某學習小組在“研究勻變速直線運動”的實驗中，用如下圖所示的氣墊導軌裝置來測小車的加速度，由導軌標尺可以測出兩個光電門之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為t1、t2，則滑塊的加速度可以表示為a= （用題中所給物理量表示）。（2）該學習小組在測出滑塊的加速度后，經(jīng)分析討論，由于滑塊在氣墊導軌上運動時空氣阻力很小，可用上述實驗裝置來驗證機械能守恒定律，為此還需測量的物理量是 ，機械能守恒的表達式為 。11 （12分）某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗時，從打下的若干紙帶中選出了如下圖所示的一條紙帶，已知打點計時器使用電源頻率為50Hz，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，則紙帶上相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為 s。如果用S1、S2、S3、S4、S5、S6來表示從O點開始各相鄰兩個計數(shù)點間的距離，用T表示兩相鄰記數(shù)點的時間間隔，則該勻變速直線運動的加速度的表達式為a= （用符號寫出表達式，不要求計算）。打F點時物體的速度大小為vF= m/s。（答案均要求保留3位有效數(shù)字）12（14分）某實驗小組在實驗室做“驗證牛頓運動定律”實驗：（1）甲同學在物體所受合外力不變時，改變物體的質(zhì)量，得到數(shù)據(jù)如下表所示實驗次數(shù)物體質(zhì)量m(kg)物體的加速度a(m/s2)物體質(zhì)量的倒數(shù)1/m(1/kg)10.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下圖所示的坐標中描出相應的實驗數(shù)據(jù)點，并作出圖象由圖象，你得出的結(jié)論為 物體受到的合力大約為 （結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（2） 乙同學在保持小車質(zhì)量不變的情況下，通過多次改變對小車的拉力，由實驗數(shù)據(jù)作出的aF圖象如下圖所示，則該圖象中圖線不過原點的原因是： ，小車的質(zhì)量為 kg。（保留兩位有效數(shù)字）2020屆同心圓夢專題卷物理專題十一答案與解析1【命題立意】本題考查實驗數(shù)據(jù)處理方法。【思路點撥】可用v-t圖象求加速度。【答案】ACD【解析】驗證牛頓運動定律時，可測出速度畫出v-t圖象，根據(jù)v-t圖象求加速度。2【命題立意】本題考查驗證力的平行四邊形定則及探究應用創(chuàng)新能力?！舅悸伏c撥】若對于O點的位置生搬硬套課本認為是不變的，而本實驗采用的方法與課本不一致，并非等效替代法?！敬鸢浮緼D【解析】由于橡皮筋的彈力與形變量成正比，故可以用形變量等效替代彈力，做平行四邊形來驗證平行四邊形定則，要求得形變量必須測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長，A選項正確，C選項錯誤；勁度系數(shù)大的橡皮筋施加一定彈力的形變量小，測量誤差大，作圖時誤差也較大，B選項錯誤；本實驗中采用的是三根橡皮條共點力的平衡驗證，即使O點不固定OA彈力與OB、OC合力始終等值反向都可做平行四邊形驗證，D選項正確。3【命題立意】本題考查探究動能定理這一實驗的注意事項及數(shù)據(jù)處理?！舅悸伏c撥】（1）橡皮筋變?yōu)樵L時，小車到達最大速度；（2）彈力做功結(jié)束后，小車做勻速直線運動。【答案】C【解析】木板傾角過大時，相鄰兩點之間的間隔會越來越大，選項A錯誤；當橡皮筋處于原長時，小車達到最大速度，而不是小車在兩鐵釘?shù)倪B線處，選項B錯誤；本實驗平衡阻力后，橡皮筋做功結(jié)束后，小車做勻速直線運動，選項C正確、選項D錯誤。4【命題立意】本題考查驗證牛頓運動定律實驗的誤差分析?！舅悸伏c撥】該實驗的誤差主要來源是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；平衡摩擦力過大；沒有滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量?！敬鸢浮緽C【解析】拉力不為零時，加速度仍為零，可能沒有平衡摩擦力，選項A錯誤、選項B正確；造成上部點跡有向下彎曲趨勢，原因是沒有滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量遠遠小于小車質(zhì)量，選項C正確、選項D錯誤。5【命題立意】本題以圖象為載體考查驗證機械能守恒定律的實驗。【思路點撥】結(jié)合功能關(guān)系找出各物理量之間變化規(guī)律。【答案】A【解析】小球在靜止釋放后，重力在做正功，重力勢能EP不斷減少，動能EK不斷增加，通過觀察圖象b特點易知：丙表示重力勢能EP，乙表示動能EK，甲表示機械能E。6【命題立意】本題考查利用打上點的紙帶求速度和加速度?！舅悸伏c撥】（1）求速度時利用勻變速直線運動的中間時刻瞬時速度等于平均速度；（2）求加速度利用x=aT2?！敬鸢浮緼C【解析】打點計時器的打點周期為T=0.02s。打C點時小車的速度大小為 ，選項A正確；打D點時小車的速度大小為 ，選項B錯誤；小車的加速度大小為 ，選項C正確、選項D錯誤。7【命題立意】本題考查"驗證力的平行四邊形定則"的實驗操作?！舅悸伏c撥】搞清實驗原理和實際做實驗是解答本題的關(guān)鍵?！敬鸢浮縊點（2分） 兩細繩的方向（2分） O（1分） 細繩的方向（1分） 同一（2分）8【命題立意】本題考查數(shù)據(jù)的處理，信息遷移?！舅悸伏c撥】類比勻變速直線運動逐差法求解加速度?！敬鸢浮浚?）1.75cm （4分）（2）28N/m （4分）【解析】根據(jù)"逐差法"的要求，有d1=L4-L0，d4=L7-L3，故每增加50g砝碼的彈簧平均伸長量 解得，L=1.75cm。（2）由上可得： 。9【命題立意】本題以新情景考查"探究動能定理"實驗的實驗原理及數(shù)據(jù)處理?！舅悸伏c撥】（1）斜面上應用動能定理；（2）為了直觀的通過圖象得實驗結(jié)論，一般要作出線性圖象?！敬鸢浮课飰K初始位置到測速器的距離L （5分） L-v2（5分）【解析】物塊在斜面上所受合力F不變，由 得， ，可見本實驗還需測量的物理量是物塊初始位置到測速器的距離L，由于L與v2成正比，所以應繪制L-v2圖象。10【命題立意】本題以氣墊導軌和光電門為背景，考查"研究勻變速直線運動"、"驗證機械能守恒定律"兩實驗的實驗原理。【思路點撥】（1）求加速度利用vt2-v02=2aL；（2）沙桶和滑塊組成的系統(tǒng)機械能守恒?！敬鸢浮浚?） （4分）（2）滑塊的質(zhì)量M和沙桶的質(zhì)量m（4分） （4分）【解析】（1）由 ，得 。（2）滑塊和沙桶組成的系統(tǒng)機械能守恒，為此還需用天平測出滑塊的質(zhì)量M和沙桶的質(zhì)量m，系統(tǒng)機械能守恒的表達式為 。11【命題立意】本題考查利用打點的紙帶求加速度和速度?！舅悸伏c撥】（1）求速度時利用勻變速直線運動的中間時刻瞬時速度等于平均速度；（2）勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于初速度與末速度的算術(shù)平均值；（3）求加速度利用x=aT2?！敬鸢浮?.1（4分） （4分） 1.60（4分）【解析】打點計時器每隔0.02s打一個點，則相鄰兩記數(shù)點之間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s，由(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)=a(3T)2，得 ；打D點時物體的速度大小為 ，打E點時物體的速度大小為 ，由 ，得vF=1.60m/s。12【命題立意】本題考查"驗證牛頓運動定律"實驗的數(shù)據(jù)處理、誤差分析及由圖象得相關(guān)結(jié)論?！舅悸伏c撥】（1）作圖應使所描的點盡可能多的在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，遠離直線的點可不予考慮；（2）明確該實驗常見的三種典型誤差的圖象及原因；（3）對于由實驗數(shù)據(jù)作出的實驗圖象，要明確其斜率和截距的物理意義。【答案】（1）a- 圖象如下圖所示（3分） 在物體受外力不變時，物體的加速度與質(zhì)量成反比（3分）0.15N0.16N均對（3分）（2）木板傾角過大（或平衡摩擦力太過） （2分） 1.92.1均對 （3分）【解析】（1）由牛頓第二定律F=ma得， ，即圖線的斜率等于小車所受的合外力，大小為 。（2）由圖象可得拉力等于零時，加速度不等于零，故木板傾角過大（或平衡摩擦力太過）；由牛頓第二定律F=ma得， ，即圖線的斜率等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，小車質(zhì)量大小為 。