專題八 課時作業(yè)

專題八課時作業(yè)|聚焦熱點命題視角，破解力學(xué)實驗的創(chuàng)新性考法1．(2023·雅安高三模擬)某興趣小組設(shè)計了一個測量滑塊與木板之間動摩擦因數(shù)的實驗，他們先將左端帶有擋板的木板固定在水平面上，處于鎖定狀態(tài)的壓縮輕彈簧(彈簧長度較短)左端固定在擋板上，右端與待測滑塊接觸但不拴接，1和2是固定在木板上適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，如圖甲所示?，F(xiàn)使彈簧解除鎖定，滑塊離開彈簧后，先后通過光電門1、2計時器顯示的擋光時間分別為t1、t2，用游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度d，示數(shù)如圖乙所示。(1)讀出滑塊的寬度d＝________cm；(2)若t2＝5.0×10－2s，則滑塊通過光電門2的速度為________m/s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)若測量出兩個光電門之間的距離為L(L遠大于d)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則滑塊與木板之間動摩擦因數(shù)μ的表達式為____________(用字母d、t1、t2、L、g表示)。解析：(1)20分度游標(biāo)卡尺的精確值為0.05mm，則滑塊的寬度為d＝5mm＋9×0.05mm＝5.45mm＝0.545cm。(2)若t2＝5.0×10－2s，則滑塊通過光電門2的速度為v＝eq\f(d,t2)＝eq\f(0.545×10－2,5.0×10－2)m/s≈0.11m/s。(3)根據(jù)牛頓第二定律得μmg＝ma根據(jù)題意，滑塊做勻減速直線運動，根據(jù)運動學(xué)公式得eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2＝－2aL聯(lián)立解得μ＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2,2gL)。答案：(1)0.545(2)0.11(3)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2,2gL)2．(2023·陜西寶雞調(diào)研)某實驗小組采用如圖甲所示裝置測量物塊與水平木板間的動摩擦因數(shù)，實驗步驟如下：(1)輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端拴接小物塊，O點為彈簧處于原長時物塊的位置。先將裝置豎直放置，小物塊平衡時位于A點，如圖乙所示。(2)再將裝置水平放置，并將小物塊從A點由靜止釋放，沿粗糙程度相同的水平面向右運動，最遠到達B點，如圖甲所示。用刻度尺測得A、B兩點到O點的距離分別為xOA、xOB，且xOA＞xOB，用天平稱得小物塊質(zhì)量為m。已知重力加速度為g，則彈簧的勁度系數(shù)k＝________；若彈簧彈性勢能表達式為eq\f(1,2)kx2(k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量)，則物塊與水平木板間的動摩擦因數(shù)為________。(以上兩空均用題中已知物理量的字母表示)(3)若小物塊質(zhì)量的測量數(shù)值比真實值偏小，則測得的動摩擦因數(shù)與真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析：(2)裝置豎直放置，小物塊平衡時，恰好位于A點，則有mg＝kxOA解得k＝eq\f(mg,xOA)由能量守恒定律得eq\f(1,2)kxOA2＝eq\f(1,2)kxOB2＋μmg(xOA＋xOB)，解得μ＝eq\f(xOA－xOB,2xOA)。(3)表達式與m無關(guān)，所以測得的動摩擦因數(shù)與真實值相等。答案：(2)eq\f(mg,xOA)eq\f(xOA－xOB,2xOA)(3)相等3．(2023·四川巴中模擬)物理創(chuàng)新實驗研究小組用步進電機、圓盤、小物塊、手機等制作了圓周運動綜合探究平臺，探究圓周運動中向心力、向心加速度等各個物理量之間的關(guān)系。(1)手機內(nèi)部自帶加速度傳感器，可測量向心加速度大小與方向，規(guī)定x、y、z三個方向的正方向如圖甲所示。某同學(xué)站在轉(zhuǎn)臺上將手水平伸直，以不同朝向拿著手機，如圖乙所示以自己身體為軸旋轉(zhuǎn)，某段時間內(nèi)測得y軸方向加速度—時間圖像如圖丙，x、z軸方向加速度為零，則該同學(xué)可以是________(填選項前的字母)。A．將手機豎起，手機屏幕正對著自己旋轉(zhuǎn)B．手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊正對著自己旋轉(zhuǎn)C．手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓側(cè)邊正對著自己旋轉(zhuǎn)(2)為了測加速度傳感器在手機中位置，該同學(xué)如圖丁將手機沿徑向平放固定在圓盤上，底邊正對圓盤轉(zhuǎn)軸，讓步進電機帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，手機的加速度、角速度等值可通過手機軟件讀取，由an-ω2的圖像獲得斜率為k(使用國際單位)，再用刻度尺測量手機底邊到轉(zhuǎn)軸的長度d，如圖丁放大圖，則d＝________m。手機內(nèi)部加速度傳感器到手機底邊的長度為________(用題目所給的物理量表示)。解析：(1)根據(jù)圖像可知旋轉(zhuǎn)時有沿y軸負(fù)方向的加速度，向心加速度指向圓周運動的圓心，可能是手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊正對著自己旋轉(zhuǎn)。故選B。(2)根據(jù)刻度尺的讀數(shù)規(guī)則及題圖可知d＝101.6mm＝0.1016m根據(jù)公式an＝kω2即旋轉(zhuǎn)半徑為k，手機內(nèi)部加速度傳感器到手機底邊的長度為k－d。答案：(1)B(2)0.1016(0.1014～0.1018均可)k－d4．某實驗小組用如圖(a)所示裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取⑿∏駻和手機B分別系在一條跨過定滑輪的不可伸長的細(xì)繩兩端。打開手機B的傳感器軟件，令小球A和手機B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時釋放小球A和手機B，通過傳感器軟件測得手機的加速度隨時間變化的圖線如圖(b)所示，實驗室提供的物理量有：小球A的質(zhì)量mA＝50.0g，手機B的質(zhì)量mB＝150.0g，當(dāng)?shù)貙嶋H重力加速度g＝9.8m/s2。(1)實驗測得的重力加速度大小為________m/s2。(2)實驗測得的重力加速度與實際重力加速度有明顯差異，除實驗中的偶然誤差外，請寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：______________________________________________________________________________________________________________________。(3)有同學(xué)提出本實驗還可以研究機械能是否守恒。在小球A上方h高處安裝光電門和配套的數(shù)字計時器。令小球A和手機B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時釋放小球A和手機B，數(shù)字計時器記錄小球A通過光電門的時間t，除實驗室提供的物理量外，還需要測量的物理量有________________(寫出物理量的名稱和符號)，需要驗證的原理式為__________________(用實驗室提供的物理量符號和測量的物理量符號表示)。解析：(1)由題圖(b)讀出手機的加速度大小為a＝4.7m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有(mB－mA)g1＝(mA＋mB)a，代入數(shù)據(jù)解得g1＝9.4m/s2。(2)測得的重力加速度小于實際值，除偶然誤差外，也可能是由于滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量、細(xì)繩有質(zhì)量、手機和小球運動過程中受空氣阻力、手機在下落過程中擺動等原因。(3)由于還需要算出小球通過光電門的速度，則還需要測量小球A的直徑d。根據(jù)功能關(guān)系知，需要驗證的原理式為(mB－mA)gh＝eq\f(1,2)(mA＋mB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2。答案：(1)9.4(2)見解析(3)小球A的直徑d(mB－mA)gh＝eq\f(1,2)(mA＋mB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))25．(2023·遼寧高考)某同學(xué)為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設(shè)計了如下實驗：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗。測量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)。將硬幣甲放置在斜面某一位置，標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲，當(dāng)甲停在水平面上某處時，測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側(cè)與O點重合，將甲放置于B點由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復(fù)實驗若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實驗中，甲選用的是________(填“一元”或“一角”)硬幣；(2)碰撞前，甲到O點時速度的大小可表示為________(設(shè)硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g)；(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒，則eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝________(用m1和m2表示)，然后通過測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒；(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1，寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因：_____________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，甲選用的是一元硬幣。(2)甲從O點到P點，根據(jù)動能定理有－μm1gs0＝0－eq\f(1,2)m1v02，解得碰撞前，甲到O點時速度的大小v0＝eq\r(2μgs0)。(3)同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分別為v1＝eq\r(2μgs1)，v2＝eq\r(2μgs2)，若動量守恒，則滿足m1v0＝m1v1＋m2v2，整理可得eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝eq\f(m2,m1)。(4)產(chǎn)生這種誤差可能的原因有：①可能兩個硬幣厚度不同，兩硬幣重心連線與水平面不平行；②兩硬幣碰撞內(nèi)力不遠遠大于外力，動量守恒只是近似滿足，即如果摩擦力非常大，動量守恒只是近似滿足。答案：(1)一元(2)eq\r(2μgs0)(3)eq\f(m2,m1)(4)見解析6．某乒乓球愛好者，利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的情況。實驗步驟如下：①固定好手機，打開錄音功能；②從一定高度由靜止釋放乒乓球；③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間(單位：s)的變化圖像如圖所示。根據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應(yīng)碰撞時刻，如下表所示。碰撞次序1234567碰撞時刻/s1.121.582.002.402.783.143.47根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答下列問題：(1)利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為________m(保留2位有效數(shù)字，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2)。(2)設(shè)碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能的______倍(用k表示)，第3次碰撞過程中k＝______(保留2位有效數(shù)字)。(3)由于存在空氣阻力，第(1)問中計算的彈起高度________(填“高于”或“低于”)實際彈起高度。解析：(1)第3次碰撞到第4次碰撞用時t0＝2.40s－2.00s＝0.40s，根據(jù)豎直上拋運動的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為h0＝eq\f(1,2)geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(t0,2)))2≈0.20m。(2)設(shè)碰撞后彈起瞬間速度為v2，碰撞前瞬間速度為v1，根據(jù)題意可知eq\f(v2,v1)＝k則每次碰撞損失的動能與碰撞前動能的比值為eq\f(\f(1,2)mv12－\f(1,2)mv22,\f(1,2)mv12)＝1－eq\f(\f(1,2)mv22,\f(1,2)mv12)＝1－k2第3次碰撞前瞬間速度為第2次碰撞后從最高點落地瞬間的速度v＝gt＝eq\b\lc\(\rc\