（江蘇專用）2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 第二講 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——課前自測(cè)診斷卷

第二講 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課前自測(cè)診斷卷考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新1.考查重力加速度的測(cè)量(2018江蘇高考)某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量重力加速度g。細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。實(shí)驗(yàn)操作如下：用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止。釋放重錘2，同時(shí)右手開啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間；重復(fù)測(cè)量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測(cè)量值t。請(qǐng)回答下列問題：(1)步驟可以減小對(duì)下落時(shí)間t測(cè)量的_(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。(2)實(shí)驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了_。A使H測(cè)得更準(zhǔn)確B使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些C使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差。現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？(4)使用橡皮泥改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并測(cè)出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的量和已知量表示g，得g_。解析：(1)對(duì)同一物理量多次測(cè)量取平均值的目的是減小偶然誤差。(2)設(shè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的加速度為a，則根據(jù)牛頓第二定律得mg(2Mm)a，即a，而Hat2，在H一定時(shí)，a越小，則t越長(zhǎng)，這時(shí)測(cè)量時(shí)間t的誤差越小。因此實(shí)驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些，選項(xiàng)B正確。(3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法為在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥的質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落。(4)根據(jù)牛頓第二定律得mg(2Mmm0)a，又Hat2，解得g。答案：(1)偶然(2)B(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落。(4)2利用氣墊導(dǎo)軌裝置探究動(dòng)能定理和驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(2019南京、鹽城三模)如圖甲所示，氣墊導(dǎo)軌上質(zhì)量為M的滑塊通過輕質(zhì)細(xì)繩繞過滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼相連，繩子的懸掛點(diǎn)與拉力傳感器相連，遮光條寬度為d。氣源開通后，滑塊在繩子拉力的作用下由靜止釋放，遮光條通過光電門的時(shí)間為t，拉力傳感器的讀數(shù)為F。不計(jì)滑輪質(zhì)量、不計(jì)滑輪軸、滑輪與輕質(zhì)細(xì)繩之間的摩擦。(1)某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度，螺旋測(cè)微器示數(shù)如圖乙所示，d_ mm。(2)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲探究繩子拉力對(duì)滑塊做功與滑塊動(dòng)能變化的關(guān)系，記錄滑塊釋放時(shí)遮光條與光電門的距離L及其通過光電門的時(shí)間t，得到一系列L和t的數(shù)據(jù)，通過圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí)，為了獲得線性圖像應(yīng)作_(選填“L”“L”或“L(t)2”)圖像，該圖像的斜率k_(用題中字母表示)。(3)該小組同學(xué)利用所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：繩子拉力F做的功總小于滑塊動(dòng)能的變化量。若實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的測(cè)量均是準(zhǔn)確的，分析出現(xiàn)這一意外情況的可能原因是_。A“沒有滿足鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M”這一條件B滑塊運(yùn)動(dòng)過程中存在阻力C沒有調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平D拉滑塊的細(xì)繩與氣墊導(dǎo)軌不平行(4)在排除意外情況后，用上述裝置和相應(yīng)數(shù)據(jù)研究系統(tǒng)(含滑塊、鉤碼)機(jī)械能是否守恒，若運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則滿足下列_關(guān)系式。AFM2BFL(Mm)2CmgLM2m2DmgM2m2解析：(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為3.0 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.0111.2 mm0.112 mm，所以最終讀數(shù)為：3.0 mm0.112 mm3.112 mm；(2)滑塊通過光電門的速度v，根據(jù)動(dòng)能定理可知FLM2，解得L，故為了獲得線性圖像應(yīng)作L圖像，斜率為k；(3)小車受到的拉力是通過拉力傳感器獲得的，與鉤碼的質(zhì)量和小車質(zhì)量無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；滑塊運(yùn)動(dòng)過程中，若要克服阻力做功，會(huì)導(dǎo)致繩子拉力F做的功總大于滑塊動(dòng)能的變化量，故B錯(cuò)誤；氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)節(jié)水平，重力對(duì)小車做功，動(dòng)能變大，故C正確；若拉滑塊的細(xì)繩與氣墊導(dǎo)軌不平行，則實(shí)際拉力做功減小，那么會(huì)導(dǎo)致繩子拉力F做的功總大于滑塊動(dòng)能的變化量，故D錯(cuò)誤；(4)滑塊通過光電門的速度為v，根據(jù)動(dòng)滑輪的特點(diǎn)可知鉤碼的速度為滑塊速度的一半，再依據(jù)機(jī)械能守恒，可得mgM2m2，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。答案：(1)3.112(3.1113.113)(2)L(3)C(4)D3利用頻閃照相驗(yàn)證機(jī)械能守恒在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)小組讓小球自傾角為30的斜面上滑下，用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面下滑的過程，如圖所示，測(cè)得B、C、D、E到A的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知相機(jī)的頻閃頻率為f，重力加速度g9.8 m/s2。(1)小球經(jīng)過位置D時(shí)的速度vD_。(2)選取A為位移起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2x圖線，若圖線斜率k_，則小球下滑過程機(jī)械能守恒。(3)若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)寫出斜面傾角大小對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響：_。解析：(1)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可知經(jīng)過D點(diǎn)的速度等于CE段的平均速度，則有：vD。(2)取小球從A到B進(jìn)行分析，則減小的重力勢(shì)能為Epmgxsin 30mgx，增加的動(dòng)能為Ekmv20mv2，利用v2x來(lái)處理數(shù)據(jù)，小球從A到B機(jī)械能守恒，則有：mv2mgx，即v2gx，由此可知作出的v2x圖線是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，斜率為kg9.8 m/s2。(3)在垂直斜面方向，根據(jù)平衡條件有：FNmgcos ，若斜面傾角增大，則正壓力減小，摩擦力減小，則誤差越小。答案：(1)(2)9.8 m/s2(3)斜面傾角越大，誤差越小考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換4.用電子秤替換彈簧測(cè)力計(jì)一同學(xué)用電子秤、水壺、細(xì)線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗(yàn)證力的平行四邊形定則。(1)如圖(a)，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺_時(shí)電子秤的示數(shù)F。(2)如圖(b)，將三根細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上。水平拉開細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置、_和電子秤的示數(shù)F1。(3)如圖(c)，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上。手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開細(xì)線L2，使_和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。(4)在白紙上按一定標(biāo)度作出電子秤拉力F、F1、F2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_，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。解析：(1)要測(cè)量裝滿水的水壺的重力，應(yīng)記下水壺靜止時(shí)電子秤的示數(shù)F。(2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置的同時(shí)也要記錄三根細(xì)線的方向以及電子秤的示數(shù)F1。(3)已經(jīng)記錄了一個(gè)分力的大小，還要記錄另一個(gè)分力的大小，則結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)位置不能變化，力的方向也都不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點(diǎn)O的位置和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。(4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示，若F和F在誤差范圍內(nèi)重合，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。答案：(1)靜止(2)三根細(xì)線的方向(3)結(jié)點(diǎn)O的位置(4)F和F在誤差范圍內(nèi)重合5用光電門替換打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2019南京、鹽城二模)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。在鐵架臺(tái)的頂端有一電磁鐵，正下方某位置固定一光電門，電磁鐵吸住直徑為d的小鐵球，此時(shí)球心與光電門的豎直距離為h。斷開電源，小球下落，通過光電門的擋光時(shí)間為t。請(qǐng)回答下列問題：(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得d的長(zhǎng)度如圖乙所示，則該示數(shù)為_ cm。(2)該實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為_(用題中字母表示，設(shè)重力加速度為g)。(3)在實(shí)驗(yàn)過程中，多次改變h，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，這樣做可以_。A減小偶然誤差B減小系統(tǒng)誤差C使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性(4)小組內(nèi)某同學(xué)提出，用高為d的鐵質(zhì)小圓柱體代替小鐵球可提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，其理由是_。解析：(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得d的長(zhǎng)度為：0.5 cm110.05 mm0.555 cm；(2)小球到達(dá)光電門時(shí)的速度：v；則要驗(yàn)證的關(guān)系是：mghmv2 ，即gh；(3)在實(shí)驗(yàn)過程中，多次改變h，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，這樣做不能減小偶然誤差和系統(tǒng)誤差，但可以使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性，故選C。(4)小鐵球經(jīng)過光電門的擋光長(zhǎng)度不一定是小球的直徑，圓柱體擋光長(zhǎng)度就是柱體高度，所以用高為d的鐵質(zhì)小圓柱體代替小鐵球可提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。答案：(1) 0.555(2)gh(3)C(4)小鐵球經(jīng)過光電門的擋光長(zhǎng)度不一定是小球的直徑，圓柱體擋光長(zhǎng)度就是柱體高度考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸6.探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)拓展數(shù)據(jù)處理的能力某同學(xué)用探究動(dòng)能定理的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖甲所示，在水平氣墊導(dǎo)軌上靠近定滑輪處固定一個(gè)光電門。讓一帶有遮光片的滑塊自某一位置由靜止釋放，計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片通過光電門的時(shí)間t(非常小)，同時(shí)用米尺測(cè)出釋放點(diǎn)到光電門的距離s。(1)該同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)出遮光片的寬度d，如圖乙所示，則d_mm。(2)實(shí)驗(yàn)中多次改變釋放點(diǎn)，測(cè)出多組s、t，以s為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)連線，做出的圖線形狀為_。(3)已知鉤碼的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為M，重力加速度為g，則第(2)問中做出的圖線斜率k_。(用題中所給字母表示)解析：(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d1.5 mm38.00.01 mm1.880 mm。(2)滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度v根據(jù)動(dòng)能定理得：mgs(mM)v2(mM)2解得：s2因?yàn)閳D線為線性關(guān)系圖線，所以做出的圖線形狀為過原點(diǎn)的傾斜直線。(3)結(jié)合s2，可知圖像的斜率k。答案：(1)1.880(2)過原點(diǎn)的傾斜直線(3)7利用鋼球的平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣饶惩瑢W(xué)利用鋼球的平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?1)使用如圖甲所示的游標(biāo)卡尺前應(yīng)先將卡口合攏，檢查游標(biāo)尺和主尺的_是否對(duì)齊。用已檢查好的游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑d時(shí)，如圖乙所示，d_mm。(2)如圖丙所示，將光電門固定在桌子邊緣，測(cè)量桌面離地高度為H；鋼球通過光電門的擋光時(shí)間為t，拋出后落地點(diǎn)到桌子邊緣的水平距離為x。請(qǐng)寫出重力加速度的表達(dá)式g_(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)。(3)如果光電門安裝在離粗糙桌面邊緣一段距離處，則重力加速度g 的測(cè)量值_真實(shí)值(選填“>”“”或“<”) 。解析：(1)使用游標(biāo)卡尺前應(yīng)先將卡口合攏，檢查游標(biāo)尺和主尺的零刻度是否對(duì)齊。游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.5 cm，游標(biāo)尺0刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，所以鋼球的直徑d5.0 mm。(2)鋼球通過光電門時(shí)的速度即鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v0，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知：豎直方向：Hgt2，水平方向：xv0t由以上各式解得：g。(3)由(2)中分析可知：g，由于光電門安裝在離粗糙桌面邊緣一段距離處，所以鋼球通過光電門后做減速運(yùn)動(dòng)，所以鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度小于v0，故測(cè)量的重力加速度偏大。答案：(1)零刻度線5.0(2)(3)>8