2021新高考物理二輪復(fù)習(xí)專題限時(shí)集訓(xùn)16力學(xué)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新

專題限時(shí)集訓(xùn)(十六)(建議用時(shí)：40分鐘)1．(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量某金屬絲直徑的結(jié)果如圖1所示。該金屬絲的直徑是________mm。圖1(2)在用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，用游標(biāo)為20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑，示數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為________mm。圖2[解析](1)螺旋測(cè)微器固定刻度為1.5mm，可動(dòng)刻度為0.01×20.4mm＝0.204mm。兩者相加為1.704mm(1.704至1.706都可以)(2)主尺讀數(shù)為6mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×15mm＝0.75mm，兩者相加為6.75mm。[答案](1)1.704(1.704～1.706)(2)6.752．(2020·河北唐山摸底考試)某學(xué)習(xí)小組為了測(cè)當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋鶕?jù)已有器材，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。一較長鐵質(zhì)窄薄板用細(xì)線懸掛，在其下端附近，固定一小電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸固定一毛筆，電動(dòng)機(jī)可使毛筆在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整薄板與毛筆尖端的距離，可使毛筆在薄板上留下清晰的細(xì)線，如圖甲所示。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，待毛筆連續(xù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)后，燒斷細(xì)線，薄板豎直下落。圖乙是實(shí)驗(yàn)后留有清晰細(xì)線的薄板。取底端某清晰的線記為O，每隔4條細(xì)線取一計(jì)數(shù)線，分別記為A、B、C、D。將毫米刻度尺零刻線對(duì)準(zhǔn)O，依次記錄A、B、C、D位置讀數(shù)為10.57cm、30.9cm、60.96cm、100.78cm，已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min。(1)以上刻度尺讀數(shù)有一數(shù)值記錄不規(guī)范，正確記錄值應(yīng)為________cm。(2)相鄰計(jì)數(shù)線之間的時(shí)間間隔為________s。(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹開_____m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)[解析](1)記錄結(jié)果應(yīng)估讀到毫米的下一位，正確讀數(shù)應(yīng)為30.90cm。(2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min＝50r/s，所以每隔0.02s畫線一次，相鄰計(jì)數(shù)線之間的時(shí)間間隔為0.1s。(3)利用Δx＝aT2求重力加速度，即g＝eq\f(100.78－30.90×2×10－2,2×0.12)m/s2＝9.745m/s2≈9.75m/s2。[答案](1)30.90(2)0.1(3)9.753．(易錯(cuò)題)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中正確記錄了小球的印跡，得到如圖乙所示的方格紙中a、b、c、d四個(gè)位置，小方格的邊長為L＝1.25cm，不計(jì)空氣阻力。甲乙(1)實(shí)驗(yàn)中，下列說法合理的是________。A．斜槽一定要光滑，其末端必須水平B．每次小球都必須從同一高度自由滑下C．平板必須豎直，斜槽末端必須水平D．平板豎直固定，必須取槽口處為坐標(biāo)原點(diǎn)(2)圖乙中若取a點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸，小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度為________m/s，小球拋出點(diǎn)的坐標(biāo)為________。(保留兩位有效數(shù)字，g＝10m/s2)[解析](1)斜槽不一定要光滑，因?yàn)槊看文Σ亮ο嗤?，只要小球每次從同一高度自由滑下，那么小球每次從槽口飛出的速度都相同，但要保證小球飛出時(shí)的初速度方向是水平的，故斜槽末端必須水平，平板必須豎直，A錯(cuò)誤，B、C正確；坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)建立在斜槽槽口小球的重心處，而不是槽口處，D錯(cuò)誤。(2)由題圖乙知小球在水平方向有4L＝v0T，豎直方向由Δh＝gT2知2L＝gT2，聯(lián)立兩式得v0＝2eq\r(2gL)＝1.0m/s，T＝0.05s；小球經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)的豎直速度大小vy＝eq\f(6L,2T)＝0.75m/s，由vy＝gt知t＝0.075s，所以小球從拋出點(diǎn)到a點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為ta＝0.025s，由x＝v0ta，得x＝2.5cm，由y＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,a)，得y≈0.31cm，即小球拋出點(diǎn)的坐標(biāo)為(－2.5cm，－0.31cm)。[答案](1)BC(2)1.0(－2.5cm，－0.31cm)[易錯(cuò)點(diǎn)評(píng)]處理平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)一定要先看水平方向(判定等時(shí))，再由豎直方向Δh＝gT2計(jì)算。4．在“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，利用圖(a)所示的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(a)(b)(c)(1)擺錘釋放器的作用是：______________________________________________________________________________________________________________。(2)如圖(b)，圖象中表示擺錘的重力勢(shì)能Ep隨擺錘距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線是________(填圖線所對(duì)應(yīng)的文字)(3)(單選)實(shí)驗(yàn)測(cè)得A、B、C、D四點(diǎn)中只有C點(diǎn)速度明顯偏小，造成這個(gè)誤差的原因最可能是________。A．?dāng)[錘釋放的位置高于A點(diǎn)B．光電門放置的位置高于C點(diǎn)C．在A點(diǎn)釋放的擺錘初速度不為零D．?dāng)[錘運(yùn)動(dòng)過程中受到空氣阻力的緣故(4)某同學(xué)又設(shè)計(jì)了如圖(c)實(shí)驗(yàn)裝置來研究機(jī)械能守恒定律，水平桌面上固定一傾斜的光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一小車，導(dǎo)軌上B點(diǎn)固定一個(gè)光電門傳感器，已知車的總質(zhì)量為m，重力加速度為g，小車由靜止沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，如果要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，需測(cè)量的物理量有：______________、______________、______________。[解析](1)擺錘釋放器的作用是使擺錘每次從同一位置由靜止釋放。(2)根據(jù)Ep＝mgh知，距離D點(diǎn)的高度h越大，重力勢(shì)能越大，圖象中表示擺錘的重力勢(shì)能Ep隨擺錘距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線是乙圖線。(3)擺錘釋放的位置高于A點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致C點(diǎn)的速度測(cè)量值偏大，故A錯(cuò)誤；光電門放置的位置高于C點(diǎn)，則測(cè)得的速度是C點(diǎn)上方的速度，測(cè)量值偏小，故B正確；在A點(diǎn)釋放的擺錘初速度不為零，會(huì)導(dǎo)致C點(diǎn)的速度測(cè)量值偏大，故C錯(cuò)誤；由于擺錘運(yùn)動(dòng)過程中受到空氣阻力，各點(diǎn)的速度均會(huì)偏小，故D錯(cuò)誤。(4)從A到B的過程中，重力勢(shì)能的減小量為ΔEp＝mgh＝mgLsinθ，動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即需測(cè)量AB之間的距離、導(dǎo)軌的傾角和B點(diǎn)的速度。[答案](1)使擺錘每次從同一位置由靜止釋放(2)乙(3)B(4)AB之間的距離導(dǎo)軌的傾角B點(diǎn)的速度5．(原創(chuàng)題)在探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系時(shí)，某同學(xué)先按圖1對(duì)彈簧甲進(jìn)行探究，然后把原長相同的彈簧甲和彈簧乙按圖2并聯(lián)起來進(jìn)行探究。在彈性限度內(nèi)，將質(zhì)量為m＝50g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧下端，分別測(cè)得圖1、圖2中彈簧的長度L1、L2如下表所示。鉤碼個(gè)數(shù)1234L1/cm30.0031.0432.0233.02L2/cm29.3329.6529.9730.30圖1圖2已知重力加速度g＝9.8m/s2，要求盡可能多地利用測(cè)量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算或推理回答下列問題：(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推理得出，當(dāng)兩根原長相同的彈簧并聯(lián)使用時(shí)，并聯(lián)構(gòu)成的彈簧的勁度系數(shù)k與并聯(lián)前彈簧的勁度系數(shù)k甲、k乙之間的關(guān)系是________；(2)彈簧乙的勁度系數(shù)k乙＝________N/m；(3)下列關(guān)于誤差分析的說法正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量鉤碼的質(zhì)量為49g，彈簧的勁度系數(shù)的測(cè)量值變小B．彈簧自身的重力對(duì)得出彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比的結(jié)論有影響C．如果采用圖象法處理數(shù)據(jù)，則彈簧的原長和彈簧自身的重力對(duì)計(jì)算勁度系數(shù)沒有影響D．如果每次測(cè)量彈簧的長度都將讀數(shù)偏大相同的量，則其勁度系數(shù)的測(cè)量值將變小[解析](1)由表中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)彈力相同時(shí)，L1的形變量大，而L2形變量小，說明并聯(lián)后彈簧的勁度系數(shù)變大，故兩根原長相同的彈簧并聯(lián)使用時(shí)，彈簧的勁度系數(shù)增大。因此設(shè)想將兩根彈簧分開使用并使之伸長量相同，則對(duì)彈簧甲有F1＝k甲Δx，對(duì)彈簧乙有F2＝k乙Δx，與兩根彈簧并聯(lián)使用且彈簧伸長量相同時(shí)等效，即F1＋F2＝kΔx，聯(lián)立解得k＝k甲＋k乙。(2)由表中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)彈力變化量ΔF＝mg＝0.49N時(shí)，彈簧長度的變化量為Δx1＝eq\f(x4－x2＋x3－x1,4)，代入數(shù)據(jù)得Δx1≈1.0cm，根據(jù)胡克定律知甲的勁度系數(shù)k甲＝eq\f(ΔF,Δx1)＝49N/m；由表中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)彈力變化量ΔF＝mg＝0.49N時(shí)，彈簧甲、乙并聯(lián)的長度的變化量為Δx2＝eq\f(x′4－x′2＋x′3－x′1,4)，代入數(shù)據(jù)得Δx2≈0.32cm，根據(jù)胡克定律知并聯(lián)后彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(ΔF,Δx2)＝153.13N/m，根據(jù)k＝k甲＋k乙解得k乙＝k－k甲＝104.13N/m。(3)根據(jù)胡克定律，k＝eq\f(F,Δx)＝eq\f(mg,Δx)，測(cè)量時(shí)將本來只有49g的鉤碼質(zhì)量按照50g代入計(jì)算，故代入質(zhì)量變大，測(cè)量值偏大，A錯(cuò)誤；彈簧自身的重力對(duì)得出彈簧的彈力與彈簧的伸長量之間的線性關(guān)系沒有影響，但將會(huì)出現(xiàn)截距，不能得出正比例關(guān)系，B錯(cuò)誤；如果采用圖象法處理數(shù)據(jù)，建立F-Δx圖象，則其斜率的大小表示彈簧的勁度系數(shù)，則彈簧的原長和彈簧自身的重力對(duì)計(jì)算勁度系數(shù)沒有影響，C正確；如果每次讀數(shù)都將彈簧的長度偏大了相同的量，則相當(dāng)于彈簧的原長和伸長后的長度都偏大，且偏大值相同，這對(duì)彈簧的伸長量沒有影響，故其勁度系數(shù)測(cè)量值將不變，D錯(cuò)誤。[答案](1)k＝k甲＋k乙(2)104.13(3)C6．(2020·江西臨川一中階段性測(cè)試)甲同學(xué)用圖1所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與放置在水平木板上的木塊和豎直懸掛的彈簧測(cè)力計(jì)相連。(1)下列說法正確的是________(填入相應(yīng)的字母)。A．實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零B．應(yīng)保持與木塊相連的細(xì)線水平C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將木板勻速向左拉出D．實(shí)驗(yàn)時(shí)，拉木板的速度越大越好圖1圖2(2)圖2是某次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的放大圖，則木塊受到的滑動(dòng)摩擦力f＝________N。(3)為進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，甲同學(xué)采取了在木塊上增加砝碼個(gè)數(shù)的方法。若砝碼的質(zhì)量、木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)和重力加速度分別用m、μ和g來表示。測(cè)得多組數(shù)據(jù)后，該同學(xué)描繪的f-m關(guān)系圖線如圖3所示，則他測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________。(重力加速度g取10m/s2)圖3(4)若甲同學(xué)所用木塊為A，在保持其他器材不變的情況下，乙同學(xué)換用了木塊B也進(jìn)行了上述實(shí)驗(yàn)，木塊B的質(zhì)量比A的大0.02kg，A、B的材料以及它們表面粗糙程度相同。最后乙同學(xué)也描繪出了f-m關(guān)系圖線。請(qǐng)你幫他在圖3中畫出該圖線。[解析](1)因?yàn)橐獪?zhǔn)確讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，所以實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零，選項(xiàng)A正確；只有保持與木塊相連的細(xì)線水平，細(xì)線對(duì)木塊的拉力才等于木塊受到的摩擦力，選項(xiàng)B正確；不管木板如何向左運(yùn)動(dòng)，木塊都是處于平衡狀態(tài)，即細(xì)線對(duì)木塊的拉力都等于木塊受到的摩擦力，所以沒有必要?jiǎng)蛩倮瞿景?，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；木板拉出的速度太快，實(shí)驗(yàn)時(shí)間太短，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不能穩(wěn)定，使得讀數(shù)誤差較大，所以木板拉出的速度不能太快，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(2)木塊受到的滑動(dòng)摩擦力等于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，其讀數(shù)為2.75N，則木塊受到的滑動(dòng)摩擦力f＝2.75N。(3)因?yàn)槟緣K處于平衡狀態(tài)，細(xì)線的拉力等于木塊受到的摩擦力，即f＝(m0＋m)gμ＝gμm＋m0gμ，式中m0為木塊的質(zhì)量，可知f-m圖象的斜率k＝gμ，在圖象選取兩點(diǎn)(0.20kg,2.72N)和(0.05kg,2.12N)，求出其斜率k＝eq\f(2.72－2.12,0.20－0.05)N/kg＝4N/kg，所以動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(k,g)＝0.4。(4)由(3)可知，在f與m的關(guān)系式中，其斜率與所用木塊質(zhì)量無關(guān)，乙同學(xué)所作的圖象的斜率也是gμ，所以乙同學(xué)所作的圖象與甲同學(xué)作的圖象是平行的；對(duì)木塊B和砝碼有f′＝(m′＋m0＋0.02kg)gμ＝gμm′＋(m0＋0.02kg)gμ，綜合f＝(m0＋m)gμ＝gμm＋m0gμ可得gμm′＋(m0＋0.02kg)gμ＝gμm＋m0gμ，化簡可得m′－m＝－0.02kg，即把甲同學(xué)的圖象向左平移2格，就得到乙同學(xué)描繪出的f-m圖象，且該圖象過點(diǎn)(0,2.0N)，如圖所示。[答案](1)AB(2)2.75(2.74～2.76)(3)0.4(4)見解析圖7．(2020·全國卷Ⅰ·T23)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)開動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間________時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；(2)用天平測(cè)砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2；(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊；(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動(dòng)下從左邊開始運(yùn)動(dòng)，和計(jì)算機(jī)連接的光電門能測(cè)量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間t12；(5)在遮光片隨滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I＝________，滑塊動(dòng)量改變量的大小Δp＝________；(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)(6)某次測(cè)量得到的一組數(shù)據(jù)為：d＝1.000cm，m1＝1.50×10－2kg，m2＝0.400kg，Δt1＝3.900×10－2s，Δt2＝1.270×10－2s，t12＝1.50s，取g＝9.80m/s2，計(jì)算可得I＝________N·s，Δp＝________kg·m·s－1；(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(7)定義δ＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(I－Δp,I)))×100%，本次實(shí)驗(yàn)δ＝________%。(保留1位有效數(shù)字)[解析](1)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊在導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動(dòng)，所以滑塊上的遮光片通過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間相等。(5)根據(jù)沖量的定義可得I＝m1gt12；根據(jù)動(dòng)量改變量的定義可得Δp＝m2eq\f(d,Δt2)－m2eq\f(d,Δt1)＝m2(eq\f(d,Δt2)－eq\f(d,Δt1))。(6)代入數(shù)據(jù)得I＝m1gt12＝1.50×10－2×9.80×1.50N·s≈0.221N·s；Δp＝m2(eq\f(d,Δt2)－eq\f(d,Δt1))＝0.400×1.000×10－2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,1.270×10－2)－\f(1,3.900×10－2)))kg·m/s≈0.212kg·m/s。(7)根據(jù)定義可得δ＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(I－Δp,I)))×100%≈4%。[答案](1)大約相等(5)m1gt12m2(eq\f(d,Δt2)－