（課標版）2020屆高考物理二輪復習 專題六 第12講 力學實驗與創(chuàng)新練習

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1、 第12講　力學實驗與創(chuàng)新 1.下面各圖均是用游標卡尺測量時的示意圖,圖甲為50分度游標卡尺,圖乙為20分度游標卡尺,圖丙為10分度游標卡尺,它們的讀數(shù)分別為:　　　　;　　　　;　　　　。? 答案　42.16 mm　63.30 mm　29.8 mm 解析　在題圖甲中,主尺讀數(shù)為42 mm,游標尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標卡尺是50分度的,所以讀數(shù)為42 mm+8×0.02 mm=42.16 mm;在題圖乙中,主尺讀數(shù)為63 mm,游標尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標卡尺是20分度的,所以讀數(shù)為63 mm+6×0.05 mm=63.30

2、mm;在題圖丙中,主尺讀數(shù)為29 mm,游標尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊,由于游標卡尺是10分度的,所以讀數(shù)為29 mm+8×0.1 mm=29.8 mm。 2.甲、乙兩同學均設計了測量動摩擦因數(shù)的實驗。已知重力加速度為g。 (1)甲同學設計的實驗裝置如圖甲所示。其中A為置于水平面上的質量為M的長直木板,B為木板上放置的質量為m的物塊,C為與物塊右端連接的一輕質彈簧測力計,連接彈簧測力計的細繩水平。實驗時用力向左拉動A,當C的示數(shù)穩(wěn)定后(B仍在A上),讀出其示數(shù)F。則該設計能測出　　　　(填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù),其表達式為μ=　　　　。? (2)

3、乙同學的設計如圖乙所示。他在一端帶有定滑輪的長木板上固定A、B兩個光電門,與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運動時間,與跨過定滑輪的輕質細繩相連的輕質測力計能顯示掛鉤處所受的拉力,長木板固定在水平面上,物塊與滑輪間的細繩水平。實驗時,多次改變砂桶中砂的質量,每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開始運動,讀出多組測力計示數(shù)F及對應的物塊在兩光電門之間的運動時間t;在坐標系中作出F-1t2的圖線如圖丙所示,圖線的斜率為k,與縱軸的截距為b。因乙同學不能測出物塊質量,故該同學還應該測出的物理量為　　　　　　　　　　　　(填所測物理量及符號)。根據(jù)所測物理量及圖線信息,可知物塊與木板之

4、間的動摩擦因數(shù)表達式為μ=　　　。? 答案　(1)A與B　Fmg (2)光電門A、B之間的距離x　2xbkg 解析　(1)實驗時用力向左拉動A,C穩(wěn)定時讀數(shù)F等于A與B之間的摩擦力,A與B之間的壓力等于物塊B的重力mg,由F=μmg可得A與B之間的動摩擦因數(shù)表達式為μ=Fmg。 (2)根據(jù)題述情境,測力計示數(shù)F等于細繩中拉力,由牛頓第二定律有F-μmg=ma,由勻變速直線運動規(guī)律有x=12at2,聯(lián)立解得F=2mx1t2+μmg。圖丙所示的F-1t2圖線斜率k=2mx,與縱軸的截距b=μmg,若不能測量物塊質量m,聯(lián)立消去m,解得μ=2xbkg。因此還應該測出的物理量為光電門A、B之間

5、的距離x。 3.(2019湖北武漢模擬)為了探究在橡皮條彈力作用下小車的運動,某同學設計了如圖甲所示的實驗,由靜止釋放小車,小車在處于伸長狀態(tài)的橡皮條彈力的作用下向左運動。打點計時器打下的紙帶如圖乙所示,計時點0為打下的第一個點,該同學在測出計時點2、3、4到計時點0的距離x1、x2、x3后,將紙帶由圖示位置剪斷,將每段紙帶的下端對齊,依次并排粘貼在直角坐標系中,連接各段紙帶上端的中點畫出平滑曲線如圖丙所示。對該實驗結果的研究可知: 甲 乙 丙 (1)在有橡皮條彈力作用時,小車做加速度　　　　的直線運動。? A.不斷減小 B.不斷增大 C.先增大后減小 D.先減小

6、后增大 (2)設打點周期為T,則由紙帶測量數(shù)據(jù)可估算小車的最大速度vm=　　　　,該估算值　　　　(選填“等于”“大于”或“小于”)小車最大速度的實際值。? 答案　(1)D　(2)x2-x1T　小于 解析　(1)由于相鄰兩個計時點之間的時間間隔相同,紙帶的寬度相同,粘貼在如題圖丙的坐標系中的紙帶形成的平滑曲線相當于速度-時間圖像,根據(jù)速度-時間圖線的斜率表示加速度,可知小車做加速度先減小后增大的直線運動。 (2)題圖丙中最長的紙帶對應的速度最大,小車的最大速度vm=x2-x1T。由于采用平均速度代替瞬時速度,在該段紙帶中某位置小車的速度應該最大,最大速度應該大于按照平均速度計算得出的數(shù)

7、值,所以該估算值小于小車最大速度的實際值。 4.(2019廣東珠海模擬)實驗小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,發(fā)現(xiàn)實驗用的橡皮筋老化,經(jīng)實驗小組討論,采用如下的實驗方案。 (1)先用一個彈簧測力計測量鉤碼的重力,如圖甲所示,則鉤碼的重力為　　　　N。? 甲 (2)把三根較長的細線l1、l2、l3一端連接在一起,結點記為O,細線l3另一端系在鉤碼上,用兩個彈簧測力計分別鉤住細線l1、l2的另一端,其中彈簧測力計A懸掛于固定點P(P點釘在固定的豎直木板上),手持另一彈簧測力計B緩慢地向左拉,使結點O靜止在某位置,如圖乙所示。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記

8、錄　。? 乙 (3)在白紙上按一定標度作出彈簧測力計拉力F1、F2的圖示和l3上拉力F的圖示,根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F'的圖示,若　　　　　　　　　　　　　,則力的平行四邊形定則得到驗證。? (4)實驗小組對他們的實驗方案有以下幾點認識,其中正確的是　　　　。? A.進行多次實驗時,每次都要使O點靜止在同一位置 B.進行多次實驗時,每次都要使彈簧測力計B保持水平狀態(tài) C.在實驗中,彈簧測力計必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線 D.在同一次實驗中,畫力的圖示選定的標度要相同,并且要恰當選定標度,使力的圖示稍大一些 答案　(1)3.6　(2)

9、結點O的位置、兩彈簧測力計拉力的方向及細線l3拉力的方向　(3)在誤差允許的范圍內F'與F大小相等,方向相反　(4)CD 解析　(1)由題圖甲可知,彈簧測力計的分度值為0.2 N,其示數(shù)為3.6 N。 (2)本實驗驗證力的平行四邊形定則的實驗原理:拉力F1、F2合力的理論值與細線l3的拉力的實際值對比,合力的理論值和l3的拉力是作用在同一點,要使用作圖法,所以需要記錄結點O的位置、兩彈簧測力計拉力的方向和細線l3拉力的方向。 (3)對比F1、F2的合力F'的圖示和l3上拉力F的圖示,如果在誤差允許的范圍內F'大小與F相等,方向相反,則力的平行四邊形定則得到驗證。 (4)改變拉力的大小,

10、進行多次實驗時,只要系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),兩彈簧測力計拉力的合力F'與F(等于物體的重力)等大反向即可,因此結點O不需要每次實驗都靜止在同一位置,選項A錯誤;進行多次實驗時,只要兩彈簧測力計間的夾角合適即可,彈簧測力計B不需要每次都保持水平狀態(tài),選項B錯誤;在實驗中,彈簧測力計必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線,才能準確讀數(shù)和記錄拉力的方向,選項C正確;在同一次實驗中,畫力的圖示必須選定相同的標度,才可以比較F'與F,并且要恰當選定標度,使力的圖示稍大一些以減少作圖帶來的誤差,選項D正確。 5.(2019江西贛州模擬)某同學利用如圖甲所示裝置探究平拋運動中機械能是否守恒。在圓

11、弧槽軌道的末端安裝一個光電門B,圓弧槽末端水平。地面上鋪有白紙,白紙上鋪有復寫紙,讓小球從圓弧槽上固定位置A點由靜止釋放,通過光電門后落在地面的復寫紙上,在白紙上留下打擊印。重復實驗多次,測得小球通過光電門B的平均時間為Δt=2.50 ms。(當?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2) (1)用游標卡尺測得小球直徑如圖乙所示,則小球直徑d=　　　　mm,由此可知小球通過光電門的速度大小vB=　　　　m/s。? (2)實驗測得軌道末端離地面的高度h=0.441 m,小球的平均落點P到軌道末端正下方O點的距離x=0.591 m,則由平拋運動規(guī)律解得小球平拋的初速度大小v0=　　　　m/s。?

12、(3)在誤差允許范圍內,實驗結果中小球通過光電門的速度vB與由平拋運動規(guī)律求解的平拋初速度v0滿足　　　　關系,就可以認為平拋運動過程中機械能是守恒的。? 答案　(1)5.00　2.0　(2)1.97 (3)vB=v0(相等) 解析　(1)小球的直徑d=5 mm+0.05 mm×0=5.00 mm 小球通過光電門的速度vB=dΔt=2.0 m/s (2)由平拋運動規(guī)律可得x=v0t,h=12gt2,可求得v0=1.97 m/s (3)設平拋運動過程中機械能守恒,則 12mv2-12mv02=mgy 有v2-v02=2gy 由平拋運動規(guī)律得 vy=gsv0,則v=vy2+v0

13、2 則g2s2v02+v02-v02=2gy 即y=12·g·sv02 即v0=gs22y 當vB=v0時,可以認為平拋運動過程中機械能守恒 6.某同學設計利用如圖所示的實驗裝置來進行“探究功與速度的變化關系”的實驗,斜槽傾斜部分可自由調節(jié),將一木板豎直放置并固定,木板到斜槽末端O的距離為s,使小物塊從斜槽上某點由靜止釋放,小物塊從O點做平拋運動擊中木板時下落的高度為y。 (1)小物塊離開O點的速度為　　　　。? (2)為了測出小物塊與軌道之間的摩擦力所做的功,可將斜槽慢慢調節(jié)至小物塊能在斜槽上做勻速直線運動,記下此時斜槽傾角為θ,則小物塊與斜槽間的動摩擦因數(shù)μ=　　　　。取

14、斜槽上某點為標記點,標記點到O點的水平距離為x,則小物塊在軌道上運動過程中克服摩擦力做的功Wf=　　　　(小物塊與各接觸面間動摩擦因數(shù)相同)。? (3)抬高斜槽,保持標記點與O點的水平距離x不變,將小物塊在標記點處由靜止滑下,多次重復實驗可以得出,小物塊從標記點到O點的過程中重力做的功W與y的關系式應為　　　　　　　　。? 答案　(1)gs22y　(2)tan θ　mgx tan θ (3)W=mgx tan θ+14mgs2·1y 解析　(1)根據(jù)平拋運動規(guī)律得s=v0t,y=12gt2,聯(lián)立解得v0=gs22y。 (2)小物塊能在斜槽上做勻速直線運動,根據(jù)平衡條件得mg sin

15、θ=μmg cos θ,解得μ= tan θ。取斜槽上某點為標記點,標記點到O點的水平距離為x,設軌道水平部分長度為x1,小物塊在斜槽軌道上做勻速直線運動,克服摩擦力做功為Wf1,由動能定理可得,mg(x-x1)tan θ-Wf1=0,小物塊在水平軌道上運動,克服摩擦力做功Wf2=μmgx1=mgx1 tan θ,則小物塊在軌道上運動過程中克服摩擦力做的功Wf=Wf1+Wf2=mgx tan θ。 (3)由小物塊在軌道上運動過程中克服摩擦力做的功Wf=Wf1+Wf2=mgx tan θ可知,克服摩擦力做功只與水平位移x有關,對小物塊從標記點運動到O點的過程,由動能定理得W-Wf=12mv02,而v0=gs22y,解得W=mgx tan θ+14mgs2·1y。 - 7 -