高考物理通用版二輪復習專題檢測：十三 “追根溯源”智取創(chuàng)新實驗——學會遷移 Word版含解析

專題檢測（十三）專題檢測（十三）“追根溯源追根溯源”智取創(chuàng)新實驗智取創(chuàng)新實驗學會遷移學會遷移1將一長為將一長為 L、質量為、質量為 m 的均勻桿繞一端無摩擦地轉動，當轉動角速度為的均勻桿繞一端無摩擦地轉動，當轉動角速度為時，桿具時，桿具有一定的動能有一定的動能 Ek，關于動能，關于動能 Ek的大小同學們有如下猜想。的大小同學們有如下猜想。甲同學：把桿當成位于其重心處的質量為甲同學：把桿當成位于其重心處的質量為 m 的質點，可能是的質點，可能是 Ek12mL2218m2L2乙同學：根據動能的平均值計算，可能是乙同學：根據動能的平均值計算，可能是 Ek12m2L20214m2L2丙同學：可能是丙同學：可能是 Ek16m2L2為了驗證猜想，設計了如圖甲所示的實驗。質量為為了驗證猜想，設計了如圖甲所示的實驗。質量為 m 的均勻長直桿一端固定在光滑轉的均勻長直桿一端固定在光滑轉軸軸 O 處處，桿由水平位置靜止釋放桿由水平位置靜止釋放，用光電門測出另一端用光電門測出另一端 A 經過某位置時的瞬時速度經過某位置時的瞬時速度 vA，并并記下該位置與轉軸記下該位置與轉軸 O 的高度的高度 h。(1)用游標卡尺測得桿的直徑用游標卡尺測得桿的直徑 d 如圖乙所示如圖乙所示，則則 d_，A 端通過光電門的時間端通過光電門的時間為為t，則，則 A 端通過光電門的瞬時速度端通過光電門的瞬時速度 vA的表達式為的表達式為_。(2)調節(jié)調節(jié) h 的大小并記錄對應的速度的大小并記錄對應的速度 vA，建立，建立 vA2h 坐標系，并將實驗數據在坐標系中坐標系，并將實驗數據在坐標系中描出，如圖丙所示，試在圖丙中繪出描出，如圖丙所示，試在圖丙中繪出 vA2和和 h 的關系曲線，可得的關系曲線，可得 vA和和 h 的關系式為的關系式為_。(3)當地重力加速度當地重力加速度 g 取取 10 m/s2，結合圖像分析，可得，結合圖像分析，可得_(選填選填“甲甲”“”“乙乙”或或“丙丙”)同學的猜想是正確的。同學的猜想是正確的。解析：解析：(1)游標卡尺的主尺刻度讀數為游標卡尺的主尺刻度讀數為 10 mm，游標尺讀數為，游標尺讀數為 0.054 mm0.20 mm，所以最終讀數為所以最終讀數為 10 mm0.20 mm10.20 mm1.020 cm；根據速度定義式可得；根據速度定義式可得 vAdt。(2)連線如圖，從圖中可以看出，連線如圖，從圖中可以看出，vA2與與 h 是線性關系，是線性關系，vA230h m2/s2。(3)根據機械能守恒定律可得根據機械能守恒定律可得 Ek12mgh，再根據圖像可得，再根據圖像可得 vA230h m2/s2，聯(lián)立解得，聯(lián)立解得Ek16mvA216m2L2，即丙同學的猜想是正確的。，即丙同學的猜想是正確的。答案答案：(1)1.020 cmvAdt(2)見解析圖見解析圖vA230h m2/s2(3)丙丙2某實驗小組用如圖某實驗小組用如圖 1 所示的裝置探究質量一定時加速所示的裝置探究質量一定時加速度與力的關系。用鐵架臺將兩塊固定有定滑輪的木板架起，度與力的關系。用鐵架臺將兩塊固定有定滑輪的木板架起，木板的右端固定了兩個打點計時器，將兩個質量相等的小木板的右端固定了兩個打點計時器，將兩個質量相等的小車車A、B 放置在木板右端，用細線繞過滑輪組后與兩小車相連放置在木板右端，用細線繞過滑輪組后與兩小車相連。兩條紙帶穿過打點計時器后分別與小車連接在一起。將兩個兩條紙帶穿過打點計時器后分別與小車連接在一起。將兩個打點計時器接在同一個電源上，確?？蓪⑺鼈兺瑫r打開或關閉。實驗時，甲同學將兩小車打點計時器接在同一個電源上，確?？蓪⑺鼈兺瑫r打開或關閉。實驗時，甲同學將兩小車按住，乙同學先在動滑輪下方掛上一個鉤碼，再接通電源使打點計時器開始工作。打點穩(wěn)按住，乙同學先在動滑輪下方掛上一個鉤碼，再接通電源使打點計時器開始工作。打點穩(wěn)定后，甲將兩輛小車同時釋放。在小車撞到定滑輪前，乙斷開電源，兩打點計時器同時停定后，甲將兩輛小車同時釋放。在小車撞到定滑輪前，乙斷開電源，兩打點計時器同時停止工作，取下兩條紙帶，通過分析處理紙帶記錄的信息，可以求出兩小車的加速度，進而止工作，取下兩條紙帶，通過分析處理紙帶記錄的信息，可以求出兩小車的加速度，進而完成實驗。請回答以下問題：完成實驗。請回答以下問題：(1)如圖如圖 2 為小車為小車 A 后面的紙帶，紙帶上的后面的紙帶，紙帶上的 0、1、2、3、4、5、6 為每隔為每隔 4 個計時點選個計時點選取的計數點取的計數點，相鄰兩計數點間的距離如圖中標注相鄰兩計數點間的距離如圖中標注，單位為單位為 cm。打點計時器所接電源的頻率打點計時器所接電源的頻率為為 50 Hz，則小車，則小車 A 的加速度的加速度 a1_m/s2(結果保留兩位有效數字結果保留兩位有效數字)。同樣測出小車。同樣測出小車 B的加速度的加速度 a2，若，若 a1a2近似等于近似等于_，就可說明質量一定的情況下，物體的加速度與，就可說明質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。力成正比。(2)丙同學提出，不需測出兩小車加速度的數值。只測量出兩條紙帶上從第一個打印點丙同學提出，不需測出兩小車加速度的數值。只測量出兩條紙帶上從第一個打印點到最后一個打印點間的距離到最后一個打印點間的距離 x1、x2，也能完成實驗探究，若，也能完成實驗探究，若 x1x2近似等于近似等于_，也，也可說明質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比，理由是可說明質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比，理由是_。(3)下列操作中，對減小實驗誤差有益的是下列操作中，對減小實驗誤差有益的是_。A換用質量大一些的鉤碼換用質量大一些的鉤碼B換用質量大一些的小車換用質量大一些的小車C調整定滑輪的高度，使牽引小車的細線與木板平行調整定滑輪的高度，使牽引小車的細線與木板平行D平衡小車運動過程中受到的摩擦力時，將細線與小車連接起來平衡小車運動過程中受到的摩擦力時，將細線與小車連接起來解析解析：(1)由題圖由題圖 2 可知可知，小車小車 A 的加速度的加速度 a1x6x5x4x3x2x19T2，式中式中 T0.1 s，代入數據可得：代入數據可得：a10.48 m/s2，由題圖，由題圖 1 可知，小車可知，小車 B 受的拉力等于小車受的拉力等于小車 A 所受拉力的所受拉力的 2倍，測出小車倍，測出小車 B 的加速度的加速度 a2，如果，如果 a1a212，就可以說明質量一定的情況下，物體的，就可以說明質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。加速度與力成正比。(2)小車從靜止開始運動，紙帶上最初和最末兩個點對應小車的運動時間相等，由小車從靜止開始運動，紙帶上最初和最末兩個點對應小車的運動時間相等，由 x12at2可知，可知，x 與與 a 成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比較成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比較 x1與與 x2的比值近似的比值近似等于等于 12，就能驗證質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。，就能驗證質量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。(3)換用質量更大一些的鉤碼，可減小實驗的相對阻力，使得測量更準確，故換用質量更大一些的鉤碼，可減小實驗的相對阻力，使得測量更準確，故 A 正確；正確；換用質量大一些的小車，會增大阻力，加大誤差，故換用質量大一些的小車，會增大阻力，加大誤差，故 B 錯誤；調整定滑輪的高度，使牽引錯誤；調整定滑輪的高度，使牽引小車的細線與木板平行小車的細線與木板平行，可減小實驗的誤差可減小實驗的誤差，故故 C 正確正確；平衡小車運動時受到的摩擦力時平衡小車運動時受到的摩擦力時，只讓小車拖著紙帶運動，而不應連接細線，故只讓小車拖著紙帶運動，而不應連接細線，故 D 錯誤。錯誤。答案：答案：(1)0.4812(2)12由由 x12at2可知，當時間可知，當時間 t 相等時，位移與加速度成相等時，位移與加速度成正比正比(3)AC3現要用圖甲完成現要用圖甲完成“驗證力的平行四邊形定則驗證力的平行四邊形定則”實驗實驗：把白紙固定在豎直放置的木板把白紙固定在豎直放置的木板上上，白紙上畫有一些同心圓白紙上畫有一些同心圓，相鄰兩圓之間的距離為相鄰兩圓之間的距離為 r，圓心圓心 O 距第一個圓的距離為距第一個圓的距離為 r，A、B 為光滑的滑輪，可沿虛線圓環(huán)滑動，也可固定。為光滑的滑輪，可沿虛線圓環(huán)滑動，也可固定。CO 為豎直方向的一基準線。為豎直方向的一基準線。(1)完成下列主要實驗步驟所缺的內容：完成下列主要實驗步驟所缺的內容：用一細繩系住橡皮筋的一端，細繩的另一端固定在用一細繩系住橡皮筋的一端，細繩的另一端固定在 C 點，橡皮筋的另一端連接兩條點，橡皮筋的另一端連接兩條細繩，跨過細繩，跨過 A、B 滑輪后各拴一細繩套，分別掛上滑輪后各拴一細繩套，分別掛上 3 個鉤碼和個鉤碼和 4 個鉤碼個鉤碼(每個鉤碼重每個鉤碼重 1 N)，如圖乙所示，適當調整如圖乙所示，適當調整 A、B 滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于 O 點處，點處，記下記下_和兩條細繩的方向，取下鉤碼；和兩條細繩的方向，取下鉤碼；再用一彈簧測力計沿豎直方向把兩細繩與橡皮筋的結點也拉至再用一彈簧測力計沿豎直方向把兩細繩與橡皮筋的結點也拉至 O 處，如圖丙所示，處，如圖丙所示，記下彈簧測力計的讀數記下彈簧測力計的讀數 F_N。(2)若相鄰兩圓環(huán)之間的距離表示若相鄰兩圓環(huán)之間的距離表示 1 N，該同學已經在圖丁中作出，該同學已經在圖丁中作出兩條細繩的拉力兩條細繩的拉力 F1和和 F2。請按力的圖示畫法在圖中作出。請按力的圖示畫法在圖中作出 F1和和 F2的的合力合力 F 及拉力及拉力 F的圖示。的圖示。(3)對比對比 F 和和 F的大小和方向的大小和方向，發(fā)現它們不是完全一致的發(fā)現它們不是完全一致的，其可其可能的原因是能的原因是_。(填一個原因填一個原因)(4)在步驟在步驟中中“適當調整適當調整 A、B 滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于 O點處點處”的目的是的目的是_。解析：解析：(1)本實驗中用鉤碼所受的重力替代拉力，故在實驗完成后要記錄下兩條細繩本實驗中用鉤碼所受的重力替代拉力，故在實驗完成后要記錄下兩條細繩上鉤碼的個數，即相當于記錄下了每根細繩所受到的拉力大小。上鉤碼的個數，即相當于記錄下了每根細繩所受到的拉力大小。彈簧測力計的讀數彈簧測力計的讀數F5.0 N。(2)所作的圖示如圖所示。所作的圖示如圖所示。(3)測量存在誤差、作圖不準、彈簧測力計自身重力的影響、滑輪與細繩之間的摩擦力測量存在誤差、作圖不準、彈簧測力計自身重力的影響、滑輪與細繩之間的摩擦力等。等。(4)由于由于 CO 是在豎直方向是在豎直方向，適當調整適當調整 A、B 滑輪的位置滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于穩(wěn)定于 O 點處，目的是為了使點處，目的是為了使 F1和和 F2的合力沿豎直方向。的合力沿豎直方向。答案：答案：(1)兩條細繩上鉤碼的個數兩條細繩上鉤碼的個數5.0(2)見解析圖見解析圖(3)見解析見解析(4)使使 F1和和 F2的合力沿豎直方向的合力沿豎直方向4 (2019 屆高三屆高三邯鄲模擬邯鄲模擬)如圖甲所示如圖甲所示， 上表面光滑的楔形木塊上表面光滑的楔形木塊 A 固定在水平放置的壓固定在水平放置的壓力傳感器上力傳感器上。某同學將質量不同的小鋼球從斜面頂端由靜止釋放某同學將質量不同的小鋼球從斜面頂端由靜止釋放(每次只有一個小鋼球每次只有一個小鋼球)，記記錄小鋼球在斜面上運動時壓力傳感器的示數，并根據實驗數據作出壓力傳感器示數與小鋼錄小鋼球在斜面上運動時壓力傳感器的示數，并根據實驗數據作出壓力傳感器示數與小鋼球質量的關系圖像，即球質量的關系圖像，即 Fm 圖像，如圖乙所示。重力加速度大小取圖像，如圖乙所示。重力加速度大小取 9.8 m/s2，完成下列，完成下列填空：填空：(1)不同質量的小鋼球在斜面上運動的時間不同質量的小鋼球在斜面上運動的時間_(填填“相同相同”或或“不相同不相同”)。(2)由圖像可得，木塊由圖像可得，木塊 A 的質量的質量 M_kg(保留兩位有效數字保留兩位有效數字)。(3)若斜面傾角為若斜面傾角為，由圖像可得，由圖像可得，cos2_(保留兩位有效數字保留兩位有效數字)。解析：解析：(1)根據牛頓第二定律得小鋼球下滑的加速度為：根據牛頓第二定律得小鋼球下滑的加速度為：amgsin mgsin ，則不同質，則不同質量的小鋼球在斜面上的運動情況完全相同，所以運動的時間也相同。量的小鋼球在斜面上的運動情況完全相同，所以運動的時間也相同。(2)當當 m0 時，傳感器的示數即為木塊時，傳感器的示數即為木塊 A 所受的重力，則有：所受的重力，則有：Mg1.97 N，解得：，解得：M1.979.8kg0.20 kg。(3)對小鋼球受力分析對小鋼球受力分析，根據平衡條件可知根據平衡條件可知，A 對小鋼球的支持力對小鋼球的支持力 FNmgcos ，根據牛根據牛頓第三定律可知，小鋼球對頓第三定律可知，小鋼球對 A 的壓力為的壓力為 mgcos ，對，對 A 受力分析可知，傳感器對受力分析可知，傳感器對 A 的支持的支持力力 FMgmgcos cos ，則傳感器的示數為，則傳感器的示數為 FMgmgcos2，則，則 Fm 圖像的斜率圖像的斜率 kgcos2，則有：，則有：gcos22.301.970.13.3，解得：，解得：cos20.34。答案：答案：(1)相同相同(2)0.20(3)0.34(0.320.36 均可均可)5.(2018青島模擬青島模擬)如圖所示為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗如圖所示為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半徑相同、質量不等的小球，按下面步驟進行實驗：中選取兩個半徑相同、質量不等的小球，按下面步驟進行實驗：用天平測出兩個小球的質量分別為用天平測出兩個小球的質量分別為 m1和和 m2；安裝實驗裝置，將斜槽安裝實驗裝置，將斜槽 AB 固定在桌邊，使槽的末端切線水平固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面再將一斜面 BC 連接在斜槽末端；連接在斜槽末端；先不放小球先不放小球 m2，讓小球，讓小球 m1從斜槽頂端從斜槽頂端 A 處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點位置位置 P；將小球將小球 m2放在斜槽末端放在斜槽末端 B 處，仍讓小球處，仍讓小球 m1從斜槽頂端從斜槽頂端 A 處由靜止釋放，兩球發(fā)生處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標記小球碰撞，分別標記小球 m1、m2在斜面上的落點位置；在斜面上的落點位置；用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端 B 的距離的距離，圖中圖中 M、P、N 點是實驗過程中點是實驗過程中記下的小球在斜面的三個落點位置，從記下的小球在斜面的三個落點位置，從 M、P、N 到到 B 點的距離分別為點的距離分別為 sM、sP、sN。依據上述實驗步驟，請回答下列問題：依據上述實驗步驟，請回答下列問題：(1)兩小球的質量兩小球的質量 m1、m2應滿足應滿足 m1_(填填“”“”或或“m2，否則否則 m1有可能被反彈回去有可能被反彈回去，此時此時 M、N 不可能分別位于不可能分別位于 P兩側。兩側。(2)由碰撞規(guī)律知，碰后由碰撞規(guī)律知，碰后 v1(2)MN(3)m1sPm1sMm2sN(4)m1sPm1sMm2sN6利用氣墊導軌研究滑塊運動規(guī)律利用氣墊導軌研究滑塊運動規(guī)律，求滑塊運動的加速度求滑塊運動的加速度，實驗裝置如圖甲所示實驗裝置如圖甲所示。主主要的實驗步驟如下：要的實驗步驟如下：(1)滑塊放置在氣墊導軌滑塊放置在氣墊導軌 0 刻度處，在拉力作用下由靜止開始加速運動，測量滑塊從光刻度處，在拉力作用下由靜止開始加速運動，測量滑塊從光電門電門 1 到光電門到光電門 2 經歷的時間經歷的時間 t，測量兩光電門之間的距離，測量兩光電門之間的距離 s。(2)只移動光電門只移動光電門 1，改變，改變 s，多次實驗，數據記錄如表所示。，多次實驗，數據記錄如表所示。實驗次數實驗次數123456s/m1.2001.0000.8000.6000.400t/s1.030.720.540.410.290.18st/(ms1)1.671.851.952.072.22(3)根據實驗數據計算、描點、作出根據實驗數據計算、描點、作出stt 圖像，如圖乙所示。圖像，如圖乙所示。根據數據分析，回答下列問題：根據數據分析，回答下列問題：導軌標尺的最小分度為導軌標尺的最小分度為_cm，讀出第讀出第 1 次實驗兩光電門之間的距離次實驗兩光電門之間的距離 s1(如圖甲所如圖甲所示示)，可得，可得s1t1_m/s。假設。假設stt 圖線斜率的絕對值為圖線斜率的絕對值為 k，則滑塊運動的加速度大小為，則滑塊運動的加速度大小為_；根據作出的圖像，求出本次測量的加速度大小為；根據作出的圖像，求出本次測量的加速度大小為_m/s2。解析：解析：根據表格中記錄的數據，可知導軌標尺的最小分度為根據表格中記錄的數據，可知導軌標尺的最小分度為 1 cm。由題圖甲可知。由題圖甲可知 s1140.0 cm，t11.03 s，s1t11.36 m/s。設滑塊通過光電門。設滑塊通過光電門 2 時速度為時速度為 v0，通過光電門，通過光電門 1 時速時速度為度為 v，滑塊做勻加速直線運動，根據勻變速直線運動規(guī)律，滑塊做勻加速直線運動，根據勻變速直線運動規(guī)律，s12(vv0)t，vatv0，聯(lián)，聯(lián)立解得：立解得：stv012at，對比，對比stt 圖像，斜率的絕對值為圖像，斜率的絕對值為 k12a，則滑塊運動的加速度大小為，則滑塊運動的加速度大小為a2k；根據作出的圖像可得；根據作出的圖像可得 k2.41.11.2m/s21.08 m/s2，本次測量的加速度大小為，本次測量的加速度大小為 21.08 m/s22.16 m/s2。答案：答案：11.362k2.167(2018綿陽南山中學檢測綿陽南山中學檢測)在在“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中的實驗中，小明同學利用傳感小明同學利用傳感器設計實驗如圖甲所示，將質量為器設計實驗如圖甲所示，將質量為 m、直徑為、直徑為 d 的金屬小球在一定高度的金屬小球在一定高度 h 由靜止釋放，小由靜止釋放，小球正下方固定一臺紅外線計時器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能自動記錄小球擋住紅外線的時間 t，改變小球下落高改變小球下落高度度h，進行多次重復實驗。，進行多次重復實驗。(1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑 d_。(2)為直觀判斷小球下落過程中機械能是否守恒，應作為直觀判斷小球下落過程中機械能是否守恒，應作_圖像。圖像。AhtBh1tCht2Dh1t2(3)經正確的實驗操作，小明發(fā)現小球動能增加量總是稍小于重力勢能減少量，增加釋經正確的實驗操作，小明發(fā)現小球動能增加量總是稍小于重力勢能減少量，增加釋放高度放高度 h 后，兩者的差值會后，兩者的差值會_(填填“增大增大”“”“減小減小”或或“不變不變”)。解析：解析：(1)螺旋測微器的固定刻度讀數為螺旋測微器的固定刻度讀數為 17.5 mm，可動刻度讀數為，可動刻度讀數為 30.50.01 mm0.305 mm，所以最終讀數為，所以最終讀數為 17.5 mm0.305 mm17.805 mm。(2)已知小球擋住紅外線的時間和小球的直徑，則可以由平均速度表示小球擋住紅外線已知小球擋住紅外線的時間和小球的直徑，則可以由平均速度表示小球擋住紅外線時的速度時的速度 vdt，減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒，則有：，減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒，則有：mgh12mv2， 即即 mgh12mdt2， hd22g1t2， 為直觀判斷小球下落過程中機械能是否守恒為直觀判斷小球下落過程中機械能是否守恒， 應作應作 h1t2圖圖像，故像，故 D 正確。正確。(3)小球動能增加量總是稍小于重力勢能減少量，是因為小球下落過程中受到空氣阻力小球動能增加量總是稍小于重力勢能減少量，是因為小球下落過程中受到空氣阻力的影響，增加釋放高度的影響，增加釋放高度 h 后，空氣阻力的影響增大，故兩者的差值會增大。后，空氣阻力的影響增大，故兩者的差值會增大。答案：答案：(1)17.805 mm(17.80417.806 mm 均可均可)(2)D(3)增大增大