2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題六 物理實(shí)驗(yàn) 專(zhuān)題突破練14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題六 物理實(shí)驗(yàn) 專(zhuān)題突破練14 力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(15分)(2018天津南開(kāi)中學(xué)月考)某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖甲所示的滴水法測(cè)量一小車(chē)在斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:在斜面上鋪上白紙,用圖釘釘住;把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車(chē)的末端,調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度,使其每0.2 s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)器內(nèi)盛滿(mǎn)水為準(zhǔn));在斜面頂端放置一淺盤(pán),把小車(chē)放在斜面頂端,把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿(mǎn)水,使水滴能滴入淺盤(pán)內(nèi);隨即在撤去淺盤(pán)的同時(shí)放開(kāi)小車(chē),于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車(chē)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡;小車(chē)到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車(chē)移開(kāi)。圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶,用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是:s01=1.40 cm、s12=2.15 cm、s23=2.91 cm、s34=3.65 cm、s45=4.41 cm、s56=5.15 cm,試問(wèn):(1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的原理類(lèi)似。 (2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度v4= m/s,計(jì)算小車(chē)的加速度a的表達(dá)式為,計(jì)算結(jié)果為 m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 2.(15分)(2018廣東潮州測(cè)試)如圖所示裝置可以用來(lái)“探究加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”,也可以用來(lái)“探究功與速度變化的關(guān)系”和“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等。(1)某同學(xué)用此裝置探究小車(chē)在拉力作用下的加速度。用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,其示數(shù)如圖所示,則d= mm。測(cè)出小車(chē)靜止時(shí)遮光條到光電門(mén)的距離為x,光電計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間是t,則小車(chē)的加速度是。(用測(cè)量的符號(hào)表示) (2)該同學(xué)繼續(xù)用此裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他通過(guò)改變小車(chē)釋放點(diǎn)到光電門(mén)的距離成倍增加進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)時(shí)要求小車(chē)都由靜止釋放。如果每次實(shí)驗(yàn)時(shí)遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t,通過(guò)描點(diǎn)作出線(xiàn)性圖象來(lái)反映合力做功與t的關(guān)系,則下圖中符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是()下列實(shí)驗(yàn)操作中必要的是()A.調(diào)整軌道的傾角,在未掛重物時(shí)使小車(chē)能在軌道上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B.必須滿(mǎn)足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量C.必須保證小車(chē)由靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始釋放D.保持小車(chē)(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變3.(15分)(2018福建四地六校月考)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組做了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn),請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖象如圖所示。下列表述正確的是()A.a的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng)B.a的勁度系數(shù)比b的大C.a的勁度系數(shù)比b的小D.測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比(2)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲實(shí)驗(yàn)裝置探究“求合力的方法”實(shí)驗(yàn)。下列說(shuō)法中正確的是()A.在測(cè)量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和合力F的過(guò)程中,橡皮條結(jié)點(diǎn)O的位置不能變化B.彈簧測(cè)力計(jì)拉細(xì)線(xiàn)時(shí),拉力方向必須豎直向下C.F1、F2和合力F的大小都不能超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的量程D.為減小測(cè)量誤差,F1、F2方向間夾角應(yīng)為90°彈簧測(cè)力計(jì)的指針如圖乙所示,由圖可知拉力的大小為 N; 本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是()A.理想實(shí)驗(yàn)法B.控制變量法C.等效替代法D.建立物理模型法4.(18分)(2017山東日照模擬)裝有拉力傳感器的輕繩,一端固定在光滑水平轉(zhuǎn)軸O,另一端系一小球,空氣阻力可以忽略。設(shè)法使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖甲),通過(guò)拉力傳感器讀出小球在最高點(diǎn)時(shí)繩上的拉力大小是F1,在最低點(diǎn)時(shí)繩上的拉力大小是F2。某興趣小組的同學(xué)用該裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?1)小明同學(xué)認(rèn)為,實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)出小球的直徑,于是他用螺旋測(cè)微器測(cè)出了小球的直徑,如圖乙所示,則小球的直徑d= mm。 (2)小軍同學(xué)認(rèn)為不需要測(cè)小球的直徑。他借助最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的拉力F1、F2,再結(jié)合機(jī)械能守恒定律即可求得。小軍同學(xué)還需要測(cè)量的物理量有(填字母代號(hào))。 A.小球的質(zhì)量mB.輕繩的長(zhǎng)度lC.小球運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間T(3)根據(jù)小軍同學(xué)的思路,請(qǐng)你寫(xiě)出重力加速度g的表達(dá)式。 5.(18分)(2018山西孝義一模)圖甲所示為“探究加速度與物體所受合力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中A為小車(chē),連接在小車(chē)后面的紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B,它們均置于一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上,P為鉤碼,C為彈簧測(cè)力計(jì),繩與滑輪間的摩擦可以忽略。甲(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要進(jìn)行的操作是(填選項(xiàng)前的字母)。 A.一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板必須保持水平B.小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車(chē),打出一條紙帶,同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)C.改變P的質(zhì)量,打出幾條紙帶D.為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量(2)按圖甲裝置(長(zhǎng)木板水平放置)完成實(shí)驗(yàn),以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為橫坐標(biāo),以加速度a為縱坐標(biāo),圖乙中畫(huà)出的a-F圖象可能正確的是(填選項(xiàng)字母)。若測(cè)出的a-F圖象的斜率為k,則小車(chē)的質(zhì)量為。 乙6.(19分)(2018北京卷)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。甲主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.安裝好實(shí)驗(yàn)器材。接通電源后,讓拖著紙帶的小車(chē)沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng),重復(fù)幾次。b.選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t=0),然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),如圖乙中A、B、C、D、E、F所示。乙c.通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度,分別記作v1、v2、v3、v4、v5d.以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),如圖丙所示。丙結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟,請(qǐng)你完成下列任務(wù):(1)在下列儀器和器材中,還需要使用的有和(填選項(xiàng)前的字母)。 A.電壓合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝碼)(2)在圖丙中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn),并畫(huà)出v-t圖象。(3)觀(guān)察v-t圖象,可以判斷小車(chē)做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),其依據(jù)是,v-t圖象斜率的物理意義是。 (4)描繪v-t圖象前,還不知道小車(chē)是否做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度,從理論上講,對(duì)t的要求是(選填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”);從實(shí)驗(yàn)的角度看,選取的x大小與速度測(cè)量的誤差(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)。 (5)早在16世紀(jì)末,伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí),為此他設(shè)計(jì)了如圖丁所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”,反復(fù)做了上百次,驗(yàn)證了他的猜想,請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的知識(shí),分析說(shuō)明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。丁專(zhuān)題突破練14力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.答案 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)0.200.19解析 (1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理類(lèi)似。(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)間的瞬時(shí)速度v4= m/s=0.201 5 m/s0.20 m/s計(jì)算小車(chē)的加速度a的表達(dá)式為:a=代入數(shù)據(jù)可得:a0.19 m/s22.答案 (1)5.50(2)DCD解析 (1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.05×10 mm=0.50 mm,所以最終讀數(shù)d=5 mm+0.50 mm=5.50 mm。由題意可知,該實(shí)驗(yàn)中小車(chē)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),因此有:v2=2ax,速度為:v=,聯(lián)立可得:a=。(2)據(jù)題意可知,“探究合力的功與動(dòng)能改變關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他通過(guò)成倍增加位移的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,所以需要先表示出小車(chē)的速度,小車(chē)的速度用平均速度代替即:v=,根據(jù)動(dòng)能定理可得:W=mv2=,由此可知W,故選D。由于該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)成倍增加位移的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,只要W-的關(guān)系即可,所以不需平衡摩擦力、不需要滿(mǎn)足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,但必須保證每次小車(chē)由靜止釋放且保持小車(chē)(包括遮光條)和重物的質(zhì)量不變,故AB錯(cuò)誤,CD正確。3.答案 (1)B(2)AC4.00C解析 (1)在圖象中橫截距表示彈簧的原長(zhǎng),故b的原長(zhǎng)比a的長(zhǎng),故A錯(cuò)誤;在圖象中斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k,故a的勁度系數(shù)比b的大,故B正確、C錯(cuò)誤;彈簧的彈力滿(mǎn)足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故D錯(cuò)誤。(2)要保證兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力效果相同,橡皮條要沿相同方向伸長(zhǎng)量相同,則O點(diǎn)的位置應(yīng)固定,可以用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)代替所掛鉤碼完成實(shí)驗(yàn),故A正確;本實(shí)驗(yàn)是在水平面作力的圖示,為了減小誤差,彈簧測(cè)力計(jì)必須保持與木板平行,橡皮條及掛鉤碼的細(xì)繩必須在同一平面內(nèi),彈簧測(cè)力計(jì)拉細(xì)線(xiàn)時(shí),拉力方向不一定要豎直向下,故B錯(cuò)誤;在測(cè)量的過(guò)程中F1、F2和合力F的大小都不能超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的量程,故C正確;本實(shí)驗(yàn)只要使兩次效果相同就行,兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向沒(méi)有限制,并非一定要夾角為90°不變,故D錯(cuò)誤。由圖乙彈簧測(cè)力計(jì)的指針指示可知,拉力F的大小為4.00 N。本實(shí)驗(yàn)中,合力產(chǎn)生的效果與兩個(gè)分力產(chǎn)生的效果是相同的,所以采用的科學(xué)方法是等效替代法。所以C正確。4.答案 (1)5.695(2)A(3)解析 (1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)5.5 mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×19.5 mm=0.195 mm,所以最終讀數(shù)為固定刻度讀數(shù)+可動(dòng)刻度讀數(shù)=5.5 mm+0.195 mm=5.695 mm。(2)(3)由牛頓第二定律,在最高點(diǎn),則有F1+mg=m,而在最低點(diǎn),則有F2-mg=m;再依據(jù)機(jī)械能守恒定律,則有+2mgr,聯(lián)立上式,解得g=,因此已知最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的拉力F1、F2,小軍同學(xué)還需要測(cè)量的物理量有小球的質(zhì)量m,故A正確,B、C錯(cuò)誤;根據(jù)小軍同學(xué)的思路,重力加速度g的表達(dá)式為g=。5.答案 (1)BC(2)A解析 (1)該實(shí)驗(yàn)要平衡摩擦力,一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板要傾斜,故A項(xiàng)錯(cuò)誤。為提高打點(diǎn)的個(gè)數(shù),小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用要先接通電源后釋放小車(chē),故B項(xiàng)正確。改變P的質(zhì)量,打出幾條紙帶,得到不同拉力作用下的加速度,故C項(xiàng)正確。由于該實(shí)驗(yàn)的連接方式,小車(chē)是在繩的拉力下加速運(yùn)動(dòng),此拉力可由測(cè)力計(jì)示數(shù)獲得,不需要用重物的重力來(lái)代替,則不要求重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。故答案為BC。(2)若沒(méi)有平衡摩擦力,則當(dāng)F0時(shí),a=0;也就是說(shuō)當(dāng)繩子上有拉力時(shí)小車(chē)的加速度還為0;且實(shí)驗(yàn)中物體的加速度與合外力成正比,圖線(xiàn)應(yīng)為直線(xiàn)。所以a-F圖象可能正確的是圖線(xiàn)A。據(jù)牛頓第二定律F-f=ma,解得:a=,對(duì)比圖象可得:=k,則小車(chē)質(zhì)量m=。6.答案 (1)AC(2)圖見(jiàn)解析(3)小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化加速度(4)越小越好有關(guān)(5)如果小球的初速度為0,其速度vt,那么它通過(guò)的位移xt2。因此,只要測(cè)量小球通過(guò)不同位移所用的時(shí)間,就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化。解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用交流電源,選A不選B,由于需要測(cè)量長(zhǎng)度,所以選C,本實(shí)驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),故不需要秒表,本實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量質(zhì)量,故不需要天平。(2)如圖所示(3)v-t圖線(xiàn)是一條傾斜的直線(xiàn),小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化,斜率的物理意義是小車(chē)的加速度。(4)用平均速度求瞬時(shí)速度,t越小越好。(5)如果速度隨時(shí)間是均勻變化的,那么位移x將與時(shí)間t的二次方成正比,所以只要測(cè)出不同時(shí)間內(nèi)的位移和時(shí)間,看=是否成立,如果成立就可以檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。