2019年高考物理专题09回归基础专题训练——力学实验（含解析） 6页

专题09回归基础专题训练——力学实验1．在“探究小车速度随时间变化规律”实验中(1)某同学采用如图1甲所示的装置进行试验，________(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，________(选填“需要”或“不需要”)测量小车的质量。图1(2)该同学在研究小车运动时打出的一条纸带，如图乙所示。在纸带上，连续5个点为一个计数点，相邻两个计数点之间的距离见下表，并画出对应的图线(其中横坐标数值表示第几个0.1s，纵坐标对应的该0.1s内物体的位移)如图2所示。则小车的速度随时间________(选填“是”或“不是”)均匀变化；整个过程中小车的平均加速度为________m/s2。(保留两位有效数字)图2时间t/0.1s123456相邻计数点的距离xn/cm1.452.453.464.445.456.46【解析】(1)由题意知，本实验的目的是探究小车速度随时间变化规律，故不需要平衡摩擦力，也不需要测量小车的质量；(2)由图知，小车的速度随时间是均匀变化的；根据题图可求小车的加速度x6－x1＝5aT2，解得加速度a＝1.0m/s2。2．借助计算机，力传感器的挂钩与其他物体间的弹力大小能够在屏幕上显示出。为了探究最大静摩擦力的大小跟哪些因素有关，某同学在老师的指导下做了一系列实验：将滑块平放在长木板上，用力传感器沿长木板水平拉滑块，改变拉力直到将滑块拉动；再在长木板上铺上毛巾，并在滑块上放上砝码，重复前n一个过程，得到的图线分别如图甲、乙所示。图3(1)由图线乙知：在t1～t2这段时间内，滑块的运动状态是________(选填“运动”或“静止”)，滑块受到的最大静摩擦力为________(选填“F1”或“F2”)。(2)结合甲、乙两图线，________(选填“能”或“不能”)得出最大静摩擦力与两物体接触面的粗糙程度和接触面的压力均有关的结论。【解析】(1)图线乙中t1～t2这段时间内，滑块所受摩擦力逐渐增大，滑块应处于静止状态，之后滑块开始运动，最大静摩擦力对应拉力F1。(2)因同时改变接触面的粗糙程度和接触面的压力得出甲、乙两图，故根据两图的图形区别，无法确定最大静摩擦力的变化是由哪个因素变化引起的。3．某兴趣小组利用图4所示实验装置，验证“合外力做功和动能变化的关系”。小车及车中砝码的质量为M，沙桶和沙的质量为m，小车的速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到。图4(1)在实验中，下列说法正确的有________。A．将木板的右端垫起，以平衡小车的摩擦力B．每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力C．用直尺测量细线的长度作为沙桶下落的高度D．在小车运动过程中，对于M、m组成的系统，m的重力做正功(2)图5是某次实验时得到的一条纸带，打点计时器使用频率为f的交流电。在纸带上相邻两计数点之间还有四个点未画出，根据此纸带可得出小车通过计数点E时的速度vE＝________。(3)若用B、E两点来研究合外力做功和动能变化的关系，需要验证的关系式为______________(用所测物理量的符号表示)。(4)该小组同学希望通过此实验装置研究摩擦力对小车所做的功，应如何操作？(写出一种方法即可)图5【解析】(1)将木板的右端垫起，以平衡小车的摩擦力，不用每次改变小车的质量都重新平衡小车的摩n擦力，A正确，B错误；沙桶下落的高度由纸带上直接测出，C错误；平衡摩擦力后，对M与m组成的系统，相当于只有m的重力做正功，D正确。(2)T＝，vE＝＝。(3)vB＝＝，用B、E两点来研究合外力做功与动能变化的关系的验证关系式：mg(s5－s2)＝(M＋m)v－(M＋m)v，化简得mg(s5－s2)＝(M＋m)f2[(s6－s4)2－(s3－s1)2](4)将木板调整水平，重复以上步骤，利用W＝mg－(M＋m)(v－v)求出。4．某同学用如图6所示实验装置来探究加速度与物体质量、物体所受力的关系。滑道水平，用钩码所受的重力作为滑块所受的拉力，得到滑块的加速度与拉力的关系图像。重力加速度g取10m/s2。图6(1)图像不过原点的原因是____________；滑块所受的滑动摩擦力f＝________N。(2)随着拉力F的增大，图像明显偏离直线，造成此现象的主要原因是____________。(3)若拉力F无限增大，图像将趋于____________，加速度a＝________m/s2。(4)滑块的质量M＝________kg；滑块和滑道间的动摩擦因数μ＝________，计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)。【解析】(1)图像不过原点的原因是没有平衡滑块的摩擦力，由图像可知，当F＝1N时滑块开始运动，因此滑块所受的滑动摩擦力等于1N。(2)随着拉力F的增大，所挂钩码的质量越大，钩码的加速度越大，失重越明显，F与钩码重力的差别越大，图像明显偏离直线。(3)设滑块的质量为M，钩码的质量为m，滑块所受的滑动摩擦力为f。由牛顿第二定律得mg－f＝(M＋m)aa＝＝当m≫M时a＝g＝定值，图像趋于一条水平直线。(4)由图像知当F＝2N时，a＝2m/s2，此数据不在图线的直线部分，说明不满足m≪M的条件。由F＝mg＝2N，得m＝0.2kg。再由牛顿第二定律得mg－f＝(M＋m)an2－1＝(M＋0.2)2M＝0.3kg由f＝μFN得μ＝＝＝＝上述分析中，f＝1N应包含纸带和限位孔之间的摩擦力，所以在利用f＝μFN计算动摩擦因数时，计算值比真实值要大一些。5．某同学想测出济南当地的重力加速度g，并验证机械能守恒定律。为了减小误差，他设计了一个实验如下：将一根长直铝棒用细线悬挂在空中(如图7甲所示)，在靠近铝棒下端的一侧固定电动机M，使电动机转轴处于竖直方向，在转轴上水平固定一支特制笔N，借助转动时的现象，将墨汁甩出形成一条细线。调整笔的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨线。启动电动机待转速稳定后，用火烧断悬线，让铝棒自由下落，笔在铝棒上相应位置留下墨线。图7图乙是实验时在铝棒上所留下的墨线，将某条合适的墨线A作为起始线，此后每隔4条墨线取一条计数墨线，分别记作B、C、D、E。将最小刻度为毫米的刻度尺的零刻度线对准A，此时B、C、D、E对应的刻度依次为14.68cm、39.15cm、73.41cm、117.46cm。已知电动机的转速为3000r/min。求：(1)相邻的两条计数墨线对应的时间间隔为________s。(2)由实验测得济南当地的重力加速度为________m/s2。(结果保留三位有效数字)(3)该同学计算出画各条墨线时的速度v，以为纵轴，以各条墨线到墨线A的距离h为横轴，描点连线，得出了如图丙所示的图像，据此图像________(填“能”或“不能”)验证机械能守恒定律，图线不过原点的原因______________________________________。【解析】(1)由于电动机的转速为3000r/min，则其频率为50Hz，故每隔0.02s特制笔N便在铝棒上画一条墨线，又每隔4条墨线取一条计数墨线，故相邻计数墨线间的时间是0.1s。(2)用逐差法求铝棒的加速度即为济南当地的重力加速度g＝＝m/s2＝9.79m/s2。n(3)铝棒下落过程中，只有重力做功，重力势能的减小等于动能的增加，即mgh＝mv2，故图丙能验证机械能守恒定律；图线不过原点是因为起始计数墨线A对应的速度不为0。6．利用气垫导轨探究弹簧的弹性势能与形变量的关系，在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块，滑块的一端与轻弹簧贴近，弹簧另一端固定在气垫导轨的一端，将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置(如图8所示)。弹簧处于自然状态时，使滑块向左压缩弹簧一段距离，然后由静止释放滑块，与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间，则可计算出滑块离开弹簧后的速度大小。图8实验步骤如下：①用游标卡尺测量遮光片的宽度d。②在气垫导轨上通过滑块将弹簧压缩x1，滑块由静止释放。由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t1。③利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v和动能mv2。④增大弹簧压缩量为x2、x3、…，重复实验步骤②③，记录并计算相应的滑块动能mv2，如下表所示。弹簧压缩量x(cm)0.51.01.52.02.53.0x2(cm2)0.251.002.254.006.259.00动能mv20.49m1.95m4.40m7.82m12.22m17.60m(1)测量遮光片的宽度时游标卡尺示数如图9所示，读得d＝________cm；图9(2)在下面所给的两个坐标系中分别作出mv2x和mv2x2图像；n图10(3)由机械能守恒定律，Ep＝mv2，根据图像得出结论是________________________________________________________________________。【解析】(1)根据游标卡尺读数规则，读出遮光片的宽度d＝1.0cm＋0.02cm＝1.02cm；(2)根据描点法在坐标系中进行描点、连线，所作mv2x和mv2x2图像如图所示；(3)根据图象得出结论是：弹性势能的大小与形变量x的二次方成正比。