【名師伴你行】2021屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專題提能專訓(xùn)：13力學(xué)實(shí)驗(yàn)

提能專訓(xùn)(十三)力學(xué)試驗(yàn)時(shí)間：90分鐘滿分：100分試驗(yàn)題(本題共10小題，共100分)1．(8分)在用電火花計(jì)時(shí)器“爭(zhēng)辯勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的試驗(yàn)中，如圖所示是一條記錄小車運(yùn)動(dòng)狀況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出．(電源頻率為50Hz)(1)依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式可求得：vB＝1.38m/s，vC＝________m/s，vD＝3.90m/s；(保留三位有效數(shù)字)(2)若利用求得的數(shù)值作出小車的v-t圖線(以打A點(diǎn)時(shí)開頭計(jì)時(shí))，將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)是0.10m/s，此速度的物理意義是________________________________________．答案：(1)2.64(2)從A點(diǎn)開頭計(jì)時(shí)，小車的速度為0.10m/s解析：(1)電源頻率為50Hz，則周期為0.02s，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則可知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間為0.1s，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可知平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度：vC＝eq\f(xBD,2t)＝eq\f(0.6030－0.0750,2×0.1)m/s＝2.64m/s.(2)v-t圖象延長(zhǎng)線與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)值是：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)A時(shí)紙帶對(duì)應(yīng)的速度，小車的速度為0.10m/s.2．(2022·安徽名校聯(lián)考)(8分)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的試驗(yàn)中，某小組利用如圖甲所示的裝置完成試驗(yàn)，橡皮條的一端C固定在木板上，用兩只彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn)．(1)則下列敘述正確的是()A．該試驗(yàn)中CO的拉力是合力，AO和BO的拉力是分力B．兩次操作必需將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置C．試驗(yàn)中AO和BO的夾角應(yīng)盡可能大D．在試驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)必需保持與木板平行，讀數(shù)時(shí)視線要正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的刻度線(2)對(duì)數(shù)據(jù)處理后得到如圖乙所示的圖線，則F與F′兩力中，方向肯定沿CO方向的是________．答案：(1)BD(2)F′解析：(1)AO和BO的拉力與CO的拉力的合力為零，它們之間不是合力與分力的關(guān)系，A錯(cuò)誤；試驗(yàn)中兩次拉伸橡皮條，留意將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置，以保證兩次操作中CO的拉力是相同的，則選項(xiàng)B正確；假如AO和BO的夾角適當(dāng)，則兩個(gè)分力可以將結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，若夾角過(guò)大，則兩拉力不肯定能將結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；彈簧測(cè)力計(jì)與木板平行以便保證各力在同一平面內(nèi)，正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的刻度線讀數(shù)可以減小偶然誤差，因此D正確．(2)由題圖乙知，F(xiàn)是二力用平行四邊形定則合成所得，F(xiàn)′是用一個(gè)力拉橡皮條時(shí)的外力，故肯定與CO共線的是F′.3．(2022·湖北八校二聯(lián))(8分)如圖為“測(cè)量彈簧勁度系數(shù)”的試驗(yàn)裝置圖，彈簧的上端固定在鐵架臺(tái)上，下端裝有指針及掛鉤，指針恰好指向一把豎直立起的毫米刻度尺．現(xiàn)在測(cè)得在掛鉤上掛上肯定數(shù)量鉤碼時(shí)指針在刻度尺上的讀數(shù)如下表：鉤碼數(shù)n012345刻度尺讀數(shù)xn(cm)2.624.175.707.228.8410.43已知全部鉤碼的質(zhì)量可認(rèn)為相同且m0＝50g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)請(qǐng)依據(jù)表格數(shù)據(jù)計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)考慮到在沒有掛鉤碼時(shí)彈簧自身有重量，測(cè)量的勁度系數(shù)與真實(shí)值相比較________(填“偏大”、“偏小”或“沒有影響”)．答案：(1)31或32(2)沒有影響解析：利用題目中表格數(shù)據(jù)可畫出F-x的圖象，求圖線斜率可得彈簧的勁度系數(shù)k＝31或32N/m.由圖表可知，不掛鉤碼時(shí)的彈簧長(zhǎng)度就相當(dāng)于原長(zhǎng)了，在描繪F-x圖象時(shí)，彈簧的自身重量不影響勁度系數(shù)．4．(2022·吉林省吉林市質(zhì)量檢測(cè))(10分)測(cè)定木塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，接受如圖的裝置，圖中長(zhǎng)木板水平固定．(1)試驗(yàn)過(guò)程中，電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)接在溝通電源上，調(diào)整定滑輪高度，使________________．(2)已知重力加速度為g，測(cè)得木塊的質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，木塊的加速度為a，則木塊與長(zhǎng)木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________________.(3)如圖所示為木塊在水平木板上帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出．從紙帶上測(cè)出s1＝3.20cm，s2＝4.52cm，s5＝8.42cm，s6＝9.70cm.則木塊加速度大小a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：(1)細(xì)線與長(zhǎng)木板平行(或“細(xì)線水平”)(2)eq\f(mg－m＋Ma,Mg)(3)1.3解析：(1)為了使細(xì)線的拉力方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相同，應(yīng)調(diào)整細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．(2)依據(jù)牛頓其次定律，對(duì)砝碼盤和砝碼整體有：mg－F＝ma，對(duì)木塊有：F－μMg＝Ma，聯(lián)立兩方程得μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg).(3)利用逐差法得a＝eq\f(s5＋s6－s1＋s2,8T2)＝eq\f([8.42＋9.70－3.20＋4.52]×10－2,8×0.12)m/s2＝1.3m/s2.5．(2022·山東泰安一模)(10分)用如圖所示的裝置探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，帶滑輪的長(zhǎng)木板和彈簧測(cè)力計(jì)均水平固定．(1)試驗(yàn)時(shí)，肯定要進(jìn)行的操作是()A．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)B．轉(zhuǎn)變砂和砂桶質(zhì)量，打出幾條紙帶C．用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量D．為了減小誤差，試驗(yàn)中肯定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)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)，畫出的a-F圖象可能正確的是()(3)若給出的a-F圖象的斜率為k，則小車的質(zhì)量為________．答案：(1)AB(2)a(3)eq\f(2,k)解析：(1)本試驗(yàn)進(jìn)行操作時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，為了減小試驗(yàn)誤差，應(yīng)轉(zhuǎn)變砂和砂桶質(zhì)量，多打出幾條紙帶，A、B正確；由于裝置中連接有彈簧測(cè)力計(jì)，能測(cè)出繩上的拉力，故不用測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量，C錯(cuò)誤；當(dāng)砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，砂和砂桶的重力近似等于小車的拉力，由于裝置中的彈簧測(cè)力計(jì)能測(cè)出繩上的拉力，故本試驗(yàn)中不再用滿足此關(guān)系，D錯(cuò)誤．(2)對(duì)小車依據(jù)牛頓其次定律有2F－Ff＝Ma，則a＝eq\f(2,M)F－eq\f(Ff,M)，所以圖線a正確．(3)依據(jù)函數(shù)關(guān)系式得k＝eq\f(2,M)，所以M＝eq\f(2,k).6．(10分)某課外活動(dòng)小組利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．甲乙(1)某同學(xué)用20分度游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑，讀數(shù)如圖甲所示，小球直徑為________cm.圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過(guò)光電門A、B，計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小球通過(guò)A、B的時(shí)間分別為2.55ms、5.15ms，由此可知小球通過(guò)光電門A、B時(shí)的速度分別為vA、vB，其中vA＝________m/s.(2)用刻度尺測(cè)出光電門A、B間的距離h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較____________(用題目中涉及的物理量符號(hào)表示)是否相等，就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒．(3)通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)覺，小球通過(guò)光電門A的時(shí)間越短，(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值差越大，試分析試驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要緣由是_______．答案：(1)1.0204(2)gh＝eq\f(v\o\al(2,A),2)－eq\f(v\o\al(2,B),2)(3)見解析解析：(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法d＝主尺讀數(shù)＋游標(biāo)尺的讀數(shù)，留意分度值，讀得小球直徑為1.020cm，小球通過(guò)光電門可近似認(rèn)為做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以vA＝eq\f(d,tA)＝eq\f(1.020cm,2.55ms)＝4m/s；(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，要看動(dòng)能的削減量是否等于勢(shì)能的增加量，即gh＝eq\f(v\o\al(2,A),2)－eq\f(v\o\al(2,B),2)；(3)小球通過(guò)A的時(shí)間越短，意味著小球的速度越大，而速度越大受到的空氣阻力越大，損失的能量越多，動(dòng)能的削減量和勢(shì)能的增加量差值越大．7．(2022·湖北襄州一中四校聯(lián)考)(10分)某物理小組的同學(xué)用如圖所示的試驗(yàn)器材測(cè)定重力加速度，試驗(yàn)器材有：底座、帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電門1和2組成的光電計(jì)時(shí)器(其中光電門1更靠近小球釋放點(diǎn))，小球釋放器(可使小球無(wú)初速釋放)、網(wǎng)兜．試驗(yàn)時(shí)可用兩光電門測(cè)量小球從光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2的時(shí)間t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h.(1)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖所示，則小球直徑為________cm.(2)轉(zhuǎn)變光電門1的位置，保持光電門2的位置不變，小球經(jīng)過(guò)光電門2的速度為v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度g，則h、t、g、v四個(gè)物理量之間的關(guān)系為h＝________.(3)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(h,t)-t圖線，若圖線斜率的確定值為k，依據(jù)圖線可求出重力加速度的大小為____________．答案：(1)1.170(2)vt－eq\f(1,2)gt2(3)2k解析：(1)卡尺讀數(shù)為：整數(shù)＋精度×格數(shù)(以毫米為單位)．(2)從光電門1到2的過(guò)程中，用逆向思維的方法列出位移表達(dá)式：h＝vt＋eq\f(1,2)(－g)t2＝vt－eq\f(1,2)gt2.(3)由上一問(wèn)可推導(dǎo)出eq\f(h,t)-t之間的函數(shù)關(guān)系為eq\f(h,t)＝v－eq\f(1,2)gt，可知k＝eq\f(1,2)g，所以g＝2k.8．(12分)用圖甲所示裝置來(lái)探究動(dòng)能定理：將一傾斜氣墊導(dǎo)軌固定在水平桌面上，帶擋光片的滑塊置于導(dǎo)軌頂點(diǎn)A處，其總質(zhì)量為M.導(dǎo)軌上有一光電門，可測(cè)擋光片通過(guò)光電門的擋光時(shí)間t.頂點(diǎn)A到導(dǎo)軌底端B點(diǎn)的距離為d，A與B的高度差為h，擋光片寬度為b，A與光電門的距離為s，重力加速度為g.分析下列問(wèn)題：甲乙(1)以滑塊、擋光片為一系統(tǒng)．試驗(yàn)時(shí)讓滑塊從頂點(diǎn)A由靜止釋放，當(dāng)滑塊剛通過(guò)光電門時(shí)，合外力對(duì)系統(tǒng)做的功為W＝________，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為ΔEk＝________(用題目中給出的字母表示)．(2)轉(zhuǎn)變光電門的位置，每次試驗(yàn)都讓滑塊從同一點(diǎn)A由靜止下滑，然后分別測(cè)出滑塊與光電門之間的距離s與擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間t.最終依據(jù)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)得到了如圖乙所示的eq\f(1,t2)-s圖象．依據(jù)所作的圖象分析，該圖象________(填“可以”或“不行以”)驗(yàn)證動(dòng)能定理，理由是____________(只需列出相關(guān)的理論表達(dá)式即可)．答案：(1)Mgeq\f(h,d)seq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2(2)可以eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s解析：(1)滑塊從A點(diǎn)到B點(diǎn)重力對(duì)系統(tǒng)做的功為W＝Mgeq\f(h,d)s通過(guò)光電門瞬間滑塊和擋光片的速度為v＝eq\f(b,t)，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2.(2)若系統(tǒng)滿足W＝ΔEk，即Mgeq\f(h,d)s＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,t)))2，則有eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s，可見eq\f(1,t2)∝s，所以該圖象可以驗(yàn)證動(dòng)能定理．9．(12分)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，某同學(xué)使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行試驗(yàn)．其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器M通過(guò)G1、G2光電門時(shí)，光束被滑行器M上的擋光片遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄，滑行器連同擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，兩光電門中心間的距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m，細(xì)繩不行伸長(zhǎng)且其質(zhì)量可以忽視，重力加速度為g.該同學(xué)想在水平的氣墊導(dǎo)軌上，只利用以上儀器，在滑行器通過(guò)G1、G2光電門的過(guò)程中驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)試驗(yàn)開頭應(yīng)先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌下面的螺母，使氣墊導(dǎo)軌水平．請(qǐng)?jiān)谝韵驴瞻滋幪顚懺囼?yàn)要求．在不增加其他測(cè)量器材的狀況下，調(diào)水平的步驟是：取下牽引砝碼m，接通氣墊導(dǎo)軌裝置的電源，調(diào)整導(dǎo)軌下面的螺母，若滑行器M放在氣墊導(dǎo)軌上的任意位置都能保持靜止，或者輕推滑行器M，M分別通過(guò)光電門G1、G2的時(shí)間________，則導(dǎo)軌水平；(2)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平后，在接下來(lái)的試驗(yàn)操作中，以下操作合理的是________；A．擋光片的寬度D應(yīng)盡可能選較小的B．選用的牽引砝碼的質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)小于滑行器和擋光片的總質(zhì)量MC．為了減小試驗(yàn)誤差，光電門G1、G2的間距x應(yīng)當(dāng)盡可能大一些D．用來(lái)牽引滑行器M的細(xì)繩可以與導(dǎo)軌不平行(3)在每次試驗(yàn)中，若表達(dá)式__________________________(用M、g、m、Δt1、Δt2、D、x表示)在誤差允許的范圍內(nèi)成立，則機(jī)械能守恒定律成立．答案：(1)(在誤差允許的范圍內(nèi))相等(2)AC(3)mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2解析：(1)由題意可知M分別通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間相等，即表示軌道水平．(2)由題意可得，擋光片越小，速度計(jì)算越精確，選項(xiàng)A正確；考慮到m的作用，不需要m遠(yuǎn)小于M，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光電門間距更大一些，距離測(cè)量誤差會(huì)減小，速度差距更大，誤差會(huì)減小，選項(xiàng)C正確；牽引滑行器的細(xì)繩應(yīng)當(dāng)與導(dǎo)軌平行，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．(3)要使機(jī)械能守恒，以M和m為爭(zhēng)辯對(duì)象，可知需要公式mgx＝eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－eq\f(1,2)(M＋m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2.10．(12分)某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置來(lái)探究“合外力肯定時(shí)物體的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系”．(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度如圖乙所示，則其寬度d＝________mm.(2)試驗(yàn)中，將軌道左端適當(dāng)墊起，在不掛小桶時(shí)，假如小車____________________________，則表示已平衡好阻力．(3)測(cè)出兩個(gè)光電門中心之間的距離為L(zhǎng)，將小車從圖示位置靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出寬度為d的遮光條經(jīng)過(guò)光電門A的時(shí)間t1和經(jīng)過(guò)光電門B的時(shí)間t2，則小車加速度的表達(dá)式a＝________________.(用以上字母表示)(4)保持合力不變，轉(zhuǎn)變小車的質(zhì)量，將測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記入下表．為了更直觀地分析數(shù)據(jù)得