高考物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 核心突破 專題5 物理實驗 第1講 力學(xué)實驗特訓(xùn)

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第1講 力學(xué)實驗 1．(2016成都模擬)利用如圖甲所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長量關(guān)系的實驗”．所用的鉤碼質(zhì)量均為30 g．實驗中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將4個鉤碼逐個加掛在彈簧下端，每次掛完鉤碼待彈簧穩(wěn)定后測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在下表中．(彈簧始終未超過彈性限度，取g＝10 m/s2)試完成下列問題： 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧總長度(cm) 6.00 7.11 8.20 9.31 10.40 (1)請在如圖乙所示坐標(biāo)紙中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象． (2)由圖象求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝__27__N/m(保留兩位有效數(shù)字)． (3)某同學(xué)直接利用表中的實驗數(shù)據(jù)，作出了如圖丙所示的鉤碼質(zhì)量m跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象，那么 該圖象斜率所表示的物理意義是__彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值；彈簧的原長__； 該圖象在橫軸上截距的物理意義是__彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值；彈簧的原長__． 解析：(1)彈簧所受的拉力為鉤碼的重力，彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象如圖所示． (2)彈簧的勁度系數(shù)k等于F－x圖象的斜率，為求直線的斜率，可在直線上取兩個距離較遠的點， 如(8.20,0.60)和(10.40,1.20)， 則k＝＝＝0.27 N/cm＝27 N/m. (3)根據(jù)胡克定律有mg＝kx，所以題圖丙所示圖象斜率的物理意義是彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值；圖象在橫軸上的截距表示彈簧的原長． 2．(2016河南六市統(tǒng)考)某實驗小組用如圖所示的裝置測量木塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ，提供的器材有：帶定滑輪的長木板、電火花打點計時器、交流電源、木塊、紙帶、米尺、8個質(zhì)量均為20 g的鉤碼以及細線等．實驗操作過程如下： A．長木板置于水平桌面上，帶定滑輪的一端伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上并與電源連接，紙帶穿過打點計時器并與木塊相連，細線一端與木塊相連，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼，其余鉤碼都疊放在木塊上； B．使木塊靠近打點計時器，接通電源，釋放木塊，打點計時器在紙帶上打下一系列點，記下懸掛鉤碼的個數(shù)n； C．將木塊上的鉤碼逐個移到懸掛鉤碼端，更換紙帶，重復(fù)實驗操作B： D．測出每條紙帶對應(yīng)木塊運動的加速度a，實驗數(shù)據(jù)如下表所示. n 4 5 6 7 8 a(m/s2) 0.50 1.30 2.20 3.00 3.90 (1)如圖是某同學(xué)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個打點未畫出．從紙帶上測出x1＝3.20 cm，x2＝4.52 cm，x5＝8.42 cm，x6＝9.70 cm.則木塊加速度大小a＝__1.3__m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) (2)根據(jù)表數(shù)據(jù)，在下圖中作出a－n圖象； 由圖線得到μ＝__0.30(0.28～0.32都正確)__(g＝10 m/s2)，還可求的物理量是__木塊的質(zhì)量__(只需填寫物理量名稱)． 解析：(1)根據(jù)Δx＝at2有x5＋x6－(x1＋x2)＝24at2， 所以有(8.42＋9.70)10－2 m－(3.20＋4.52)10－2 m ＝24a0.12，解得1.3 m/s2. (2)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出對應(yīng)的點，然后作出圖象，如答圖所示；對木塊與鉤碼組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得nmg－μ[(8－n)m＋M]g＝(8m＋M)a，a＝－μg，由圖象得n＝0時，－μg＝a＝－3，μ≈0.31(0.28～0.32均正確)，由圖象還可以求出木塊質(zhì)量． 3．(2016合肥一中第一學(xué)期段一考)某實驗小組應(yīng)用如圖甲所示裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系”，已知小車的質(zhì)量為M，砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量為m，打點計時器所接的交流電的頻率為50 Hz，動滑輪輕質(zhì)且光滑．實驗步驟如下： A．按圖甲所示安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直； B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運動； C．掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度； D．改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得小車在不同合力作用下的加速度． 根據(jù)以上實驗過程，回答以下問題： (1)對于上述實驗，下列說法正確的是__C__. A．小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等 B．實驗過程中砝碼盤處于超重狀態(tài) C．與小車相連的輕繩與長木板一定要平行 D．彈簧測力計的讀數(shù)應(yīng)為砝碼和砝碼盤總重力的一半E.砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠小于小車的質(zhì)量 (2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝__0.88__m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 乙 (3)由本實驗得到的數(shù)據(jù)作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關(guān)系圖象，與本實驗相符合的是__A__. 解析：(1)由實驗裝置可知砝碼盤下落的高度為h時，小車沿木板下滑的距離為2h，故小車的加速度為砝碼盤的2倍，選項A錯誤；由于砝碼盤加速下落，故處于失重狀態(tài)，選項B錯誤；若細繩不與木板平行，則木板方向是由細繩拉力的分力產(chǎn)生加速度，給實驗帶來誤差，故要求細繩一定平行于木板方向，選項C正確；對砝碼盤由牛頓第二定律有mg－2FT＝ma，解得測力計的讀數(shù)FT＝m(g－a)，選項D錯誤；由于本實驗利用測力計可以直接讀出細繩的拉力，故不需要砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，選項E錯誤；(2)由題意知時間間隔T＝0.1 s，由Δx＝aT2，可知a＝10－2m/s2＝0.88 m/s；(3)根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，可知a＝F，選項A正確． 4．(2016吳起5月模擬)某課外活動小組利用力傳感器和位移傳感器進一步探究變力作用下的“動能定理”．如圖甲所示，他們用力傳感器通過定滑輪直接拉固定在小車上的細繩，測出拉力F1用位移傳感器測出小車的位移x和瞬時速度v.已知小車質(zhì)量為200 g. 甲 乙　 丙 (1)某次實驗得到數(shù)據(jù)如表所示，v－x圖象已經(jīng)畫出，如圖乙所示，請根據(jù)表格中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙內(nèi)圖丙中畫出F－x圖象，并求出x＝0.30 m到0.52 m過程中變力F做的功W＝0.18J，此過程動能的變化量ΔEk＝__0.17___J(保留2位有效數(shù)字). x/m F/N v/ms 0.30 1.00 0.00 0.31 0.99 0.31 0.32 0.95 0.44 0.35 0.91 0.67 0.40 0.81 0.93 0.45 0.74 1.10 0.52 0.60 1.30 (2)指出下列情況可減小實驗誤差的操作是__CD__.(填選項前的字母，可能不止一個正確選項) A．使拉力F要遠小于小車的重力 B．使拉力F要遠大于小車的重力 C．實驗時要先平衡摩擦力 D．要使細繩與滑板表面平行 解析：(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙內(nèi)題圖丙中畫出F－x圖象，根據(jù)F－x圖象可知， 當(dāng)x1＝0.30 m時，F(xiàn)1＝1.00 N， x2＝0.52 m時，F(xiàn)2＝0.60 N， 因此：W＝(x2－x1)≈0.18 J. 速度v隨位移x變化圖象可知： x1＝0.30 m，v1＝0，x2＝0.52 m時，v2＝1.30 m/s ΔEk＝m(v－v)≈0.17 J. (2)該實驗中不是利用懸掛的重物的重力表示細繩的拉力，而是直接測量出細繩的拉力，因此不需要使拉力F要遠小于或遠大于小車的重力，故A、B錯誤；當(dāng)平衡了摩擦力且細繩與滑板表面平行時，細繩上的拉力才等于小車所受合外力，故C、D正確． 5．(2016福州質(zhì)檢題)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置，將質(zhì)量為m＝1.5 kg的鉤碼P與質(zhì)量為M＝5.0 kg的小車Q組成的系統(tǒng)作為研究對象來驗證動能定理，其實驗步驟如下：(重力加速度g取10 m/s2) A．將一端帶滑輪的木板放在水平桌面上，有滑輪的一端伸出桌邊沿． B．在木板不帶滑輪的一端安裝打點計時器，用導(dǎo)線將打點計時器跟頻率為50 Hz的交流電源相連． C．將小車Q放在木板上打點計時器的附近，紙帶穿過打點計時器的限位孔并與小車相連． D．細繩的一端與小車Q相連，另一端跨過滑輪與鉤碼P相連． E．接通打點計時器后釋放小車Q，打點計時器在紙帶上打下一系列點如圖乙所示．圖中A、B、C、…、H是計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間有4個記錄點未標(biāo)出，設(shè)紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之的時間間隔為T. 乙 (1)紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔T＝__0.1__s. (2)由圖乙所示的紙帶，通過分析計算可知，小車Q運動中受到的阻力f＝__2__N. (3)從打點計時器打下B點到打下C點的過程中，對鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)，合外力做的功為W＝__(mg－f)s2__(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關(guān)符號表示)；鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)動能的改變量ΔEk＝　[(s2＋s3)2－(s1＋s2)2]　(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關(guān)符號表示)． (4)該實驗中，每次實驗所求得的W都略大于ΔEk，引起該實驗誤差的原因是__鉤碼P下落過程中受到空氣的阻力__(只需填寫一個即可)． 解析：(1)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔T＝5T0，T0為打點計時器的打點周期，即T0＝0.02 s，故T＝0.1 s (2)由紙帶可求得小車運動時的加速度a＝ 由牛頓第二定律得mg－f＝(M＋m)a 解得f＝2 N (3)從B到C的過程中，合外力做的功為W＝(mg－f)s2 由紙帶可知：vB＝，vC＝ 則ΔEk＝(M＋m)(v－v) ＝[(s2＋s3)2－(s1＋s2)2] (4)根據(jù)實驗原理分析，W略大于ΔEk的原因有：鉤碼P下落過程中受到空氣的阻力；計算過程中忽略了滑輪的質(zhì)量即滑輪獲得的動能；滑輪轉(zhuǎn)動過程中受到軸、空氣的阻力等．