高考物理二輪總復(fù)習(xí)專題能力訓(xùn)練14力學(xué)實(shí)驗(yàn)

專題能力訓(xùn)練14力學(xué)實(shí)驗(yàn)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)1.(14分)(2022·河南焦作期末)某同學(xué)通過(guò)調(diào)節(jié)拍攝功能中的感光度和快門(mén)時(shí)間,拍攝出質(zhì)量較高的頻閃照片。圖甲是該同學(xué)拍攝的小球自由下落部分運(yùn)動(dòng)過(guò)程中頻閃照片,用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。該同學(xué)以小球下落過(guò)程中的某一點(diǎn)(非釋放點(diǎn))為原點(diǎn)O,并借助照片背景中的刻度尺測(cè)量各時(shí)刻的位置坐標(biāo)為x1、x2、x3、x4、x5,刻度尺零刻度與原點(diǎn)O對(duì)齊。已知連拍頻率為f,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,小球質(zhì)量為m。(1)小球在x1位置時(shí)的瞬時(shí)速度v1=(用題中所給的物理量符號(hào)表示)。

(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和操作,以下說(shuō)法正確的是。

A.刻度尺應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)B.選擇材質(zhì)密度小的小球C.小球?qū)嶋H下落過(guò)程中動(dòng)能增加量大于重力勢(shì)能減少量D.該實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證動(dòng)能定理(3)取小球從x1到x3的過(guò)程研究,則機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為g(x3x1)=(用題中所給物理量的符號(hào)表示)。

(4)由于阻力的存在影響了實(shí)驗(yàn),該同學(xué)利用測(cè)得的數(shù)據(jù),算出了x1、x2、x3、x4這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v,以對(duì)應(yīng)到O點(diǎn)的距離h為橫軸,v22為縱軸作出了如圖乙所示的圖線。測(cè)得圖線的斜率為k(k<g),則小球受到的阻力大小Ff=2.(16分)(2022·湖北高考模擬)某同學(xué)用硬幣碰撞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,器材如下:玻璃臺(tái)面,硬幣(壹元1枚,伍角1枚,兩枚硬幣與玻璃板的動(dòng)摩擦因數(shù)視為相同),硬幣發(fā)射架,天平,游標(biāo)卡尺,刻度尺等。硬幣發(fā)射架的結(jié)構(gòu)如圖甲所示,由底板、支架和打擊桿組成。底板上開(kāi)有一槽,槽寬略大于壹元硬幣的直徑。甲乙丙丁(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量硬幣的直徑,其中壹元硬幣的直徑為25.00mm,由圖乙可讀出,伍角硬幣的直徑為cm。

(2)讓硬幣以初速度v0在水平玻璃板上滑動(dòng),在摩擦力的作用下,經(jīng)過(guò)距離l后停止下來(lái),則可以判斷初速度v0與距離l的關(guān)系滿足。

A.v0∝lB.v0∝lC.v0∝l2(3)把硬幣發(fā)射架放在玻璃臺(tái)板上,將壹元硬幣放入發(fā)射槽口,將打擊桿偏離平衡位置靠在支架的定位橫桿上,釋放打擊桿將硬幣發(fā)射出去,重復(fù)多次測(cè)出壹元硬幣中心從槽口外O點(diǎn)到靜止點(diǎn)的距離平均值lOA,如圖丙所示;再把一枚伍角硬幣放在O點(diǎn)前,使其圓心O'在發(fā)射線上,且lOO'=R+r(R、r分別為大小硬幣的半徑),然后重新發(fā)射壹元硬幣,碰撞后分別測(cè)出兩硬幣前進(jìn)的距離lOB和lO'C,如圖丁所示,已知壹元硬幣的質(zhì)量為m1,伍角硬幣的質(zhì)量為m2,若滿足,則可以驗(yàn)證碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒。

3.(16分)(2021·廣東卷)某興趣小組測(cè)量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)。緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個(gè)質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn),每滑進(jìn)一個(gè)鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)ln,數(shù)據(jù)如表所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量,進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)。n123456ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用Δli=li+3li(i=1,2,3)計(jì)算彈簧的壓縮量:Δl1=6.03cm,Δl2=6.08cm,Δl3=cm,壓縮量的平均值Δl=Δ(2)上述Δl是管中增加(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數(shù)為N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

4.(18分)(1)下圖螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為mm。

圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)是cm。

(2)用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開(kāi)始下落,m1上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1=50g、m2=150g,則(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)①在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v=m/s。

②在打下點(diǎn)“0”到點(diǎn)“5”過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk=J,系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp=J(計(jì)算時(shí)g取10m/s2)。由此得出的結(jié)論:

。

③若某同學(xué)作出v22h圖像如圖所示,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s5.(18分)下圖為一彈簧彈射裝置,在內(nèi)壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧,彈簧壓縮并鎖定,在金屬管兩端各放置一個(gè)金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)?，F(xiàn)解除彈簧鎖定,兩個(gè)小球同時(shí)沿同一直線向相反方向彈射。然后按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):①用天平測(cè)出兩球質(zhì)量m1、m2;②用刻度尺測(cè)出兩管口離地面的高度h;③記錄兩球在水平地面上的落點(diǎn)P、Q。回答下列問(wèn)題:(1)要測(cè)定彈射裝置在彈射時(shí)所具有的彈性勢(shì)能,還需測(cè)量的物理量有。(已知重力加速度g)

A.彈簧的壓縮量ΔxB.兩球落點(diǎn)P、Q到對(duì)應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2C.小球直徑D.兩球從管口彈出到落地的時(shí)間t1、t2(2)根據(jù)測(cè)量結(jié)果,可得彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep=。

(3)由上述測(cè)得的物理量來(lái)表示,如果滿足關(guān)系式,就說(shuō)明彈射過(guò)程中兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。

6.(18分)(2021·湖南卷)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:甲乙(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量墊塊厚度h,示數(shù)如圖乙所示,h=cm。

(2)接通氣泵,將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上,調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平。(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊,改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度。(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊,記錄墊塊個(gè)數(shù)n和滑塊對(duì)應(yīng)的加速度a。(5)在右支點(diǎn)下增加墊塊個(gè)數(shù)(墊塊完全相同),重復(fù)步驟(4),記錄數(shù)據(jù)如下表:n123456a/(m·s2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖丙上描點(diǎn),繪制圖線。丙如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的,其應(yīng)該是m/s2(保留三位有效數(shù)字)。

專題能力訓(xùn)練14力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.答案:(1)fx22(2)AD(3)f解析:(1)小球在x1位置時(shí)的瞬時(shí)速度v1=x2(2)刻度尺豎直,保證測(cè)量的距離是豎直方向自由下落的距離,故A正確;小球密度越大,則相對(duì)阻力越小,誤差越小,故B錯(cuò)誤;下落過(guò)程由于阻力做功,則動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能的減小量,故C錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證動(dòng)能定理,故D正確。(3)由機(jī)械能守恒定律可知mg(x3x1)=12mf(x4-x2)2即g(x3x1)=f2(4)根據(jù)動(dòng)能定理得(mgFf)h=12mv2可得v所以Ff=mgmk。2.答案:(1)2.050(2)A(3)m1×lOA=m1×lOB+m2解析:(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為20mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm,則最終讀數(shù)為20.50mm=2.050cm。(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v02=2al,所以v∝(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,只打擊壹元硬幣時(shí),可以求碰撞前的速度v02=2a×lOA。讓壹元硬幣撞擊伍角硬幣時(shí),由滑行的距離分別可以求出碰撞后的速度:v12=2a×lOB,v22=2a×lO'C。若碰撞前后動(dòng)量守恒則有m1v0=m1v1+m2v2,代入后整理得m1×lOA=m13.答案:(1)6.046.05(2)3(3)48.6解析:(1)根據(jù)題意Δl3=l6l3=6.04cm;壓縮量的平均值Δl=Δl(2)根據(jù)題意上述Δl(3)根據(jù)胡克定律,彈簧的勁度系數(shù)k=3mgsinθΔ4.答案:(1)5.6701.050(2)①2.4②0.580.60在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒③9.7解析:(1)5.5mm+17.0×0.01mm=5.670mm,注意讀可動(dòng)刻度時(shí)要估讀一位;游標(biāo)卡尺讀數(shù)1cm+10×0.05mm=1.050cm。(2)由瞬時(shí)速度與平均速度的關(guān)系式得v5=v=x4~62T=2.4m/s,ΔEk=12(m1+m2)v52=0.58J,重物m1上升h5=60.00cm=0.60m,重物m2下降0.60m,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=m2gh5m1gh5=0.60J。在誤差允許的范圍內(nèi),m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機(jī)械能守恒表達(dá)式為12(m1+m2)v2=(m2m1)gh,得v22=m2-m1m5.答案:(1)B(2)m1gx124h+m2解析:(1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,彈簧的彈性勢(shì)能等于兩球得到的初動(dòng)能之和,而要求解初動(dòng)能必須還要知道兩球彈射的初速度v0,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知v0=x2hg,故還需要測(cè)出兩球落點(diǎn)P、Q到對(duì)應(yīng)管口M、N的水平距離x1、(2)小球被彈開(kāi)時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=12故彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep=12m1v12+1(3)如果滿足關(guān)