2020高考物理二轮复习专题提升训练16力学实验含解析 8页

专题提升训练16　力学实验 ‎1.研究性学习小组为研究匀变速直线运动的规律和测当地的重力加速度,采用了如图甲所示的装置,其中m1=50 g、m2=150 g,开始时保持装置静止,然后释放质量为m2的物块,该物块可以带动质量为m1的物块拖着纸带打出一系列的点,只要对纸带上的点进行测量,即可研究匀变速直线运动。某次实验打出的纸带如图乙所示,0是打下的第一个点,每相邻两点间还有4个点没有标出,交变电流频率为50 Hz。‎ 甲 乙 ‎(1)系统的加速度大小为a=　　　　 m/s2,在打点0~5的过程中,系统动能的增量ΔEk=　　　　 J。 ‎ ‎(2)忽略一切阻力的情况下,某同学作出的v‎2‎‎2‎-h图像如图丙所示,则当地的重力加速度g=‎ ‎　　　　 m/s2。 ‎ 丙 答案:(1)4.8　0.576　(2)9.6‎ 解析:(1)由纸带可以求出系统的加速度:x56-x45=aT2,而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s,代入数据可解得加速度大小为a=4.8m/s2,在打计数点0~5的过程中,系统动能的增量为ΔEk=‎1‎‎2‎(m1+m2)v‎5‎‎2‎,打计数点5的瞬时速度为v5=x‎46‎‎2T=2.4m/s,则ΔEk=0.576J。‎ - 8 -‎ ‎(2)由两物块组成的系统的重力势能减少量等于动能的增加量可得(m2-m1)gh=‎1‎‎2‎(m1+m2)v2,整理得v‎2‎‎2‎‎=‎(m‎2‎-m‎1‎)ghm‎1‎‎+‎m‎2‎=‎gh‎2‎,则图像斜率为k=g‎2‎,重力加速度为g=2k=9.6m/s2。‎ ‎2.(2019·天津和平区二模)某研究性学习小组利用气垫导轨进行物理实验,实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门,滑块上固定一遮光条,光电门可以记录下遮光条通过光电门时所用的时间。滑块上装有拉力传感器,可以读出细线上的拉力大小。‎ ‎(1)实验前用螺旋测微器测遮光条宽度d,测量结果如图乙所示,则d=　　　 mm。 ‎ ‎(2)滑块用细线跨过气垫导轨右端的定滑轮与托盘(盘内有砝码)相连,将滑块由图甲所示位置释放,若已知遮光条通过两个光电门所用时间分别为Δt1、Δt2以及遮光条宽度为d,还测出两光电门间距离l,则滑块的加速度可用上述物理量表示为a=　。 ‎ ‎(3)利用该实验装置还可以进行牛顿第二定律的验证,关于牛顿第二定律的验证某同学提出如下观点,其中正确的是　　　　。 ‎ A.测量遮光条宽度时可以采取多次测量取平均值的方法消除系统误差 B.实验中加速度已由②中获得,只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,即可验证牛顿第二定律 C.因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要调整气垫导轨右端定滑轮的高度,使牵引滑块的细绳与导轨平行 D.因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要托盘和砝码的总质量m'远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m 答案:(1)8.475(8.474~8.476)‎ ‎(2)‎1‎‎2ldΔt‎2‎‎2‎‎-‎dΔt‎1‎‎2‎　(3)BD 解析:(1)螺旋测微器的固定刻度读数为8.0mm,可动刻度读数为0.01×47.5mm=0.475mm,所以最终读数为8.0mm+0.475mm=8.475mm。‎ ‎(2)根据遮光板通过光电门的速度可以用平均速度代替得 滑块通过第一个光电门时的速度为v1=‎dΔt‎1‎ 滑块通过第二个光电门时的速度为v2=‎dΔt‎2‎ - 8 -‎ 滑块的加速度为a=v‎2‎‎2‎‎-‎v‎1‎‎2‎‎2l‎=‎‎1‎‎2ldΔt‎2‎‎2‎‎-‎dΔt‎1‎‎2‎。‎ ‎(3)测量遮光条宽度时可以采取多次测量取平均值的方法减小偶然误差,而系统误差不能消除,故A错误;实验中加速度已由②中获得,只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,即可验证牛顿第二定律,故B正确;拉力传感器可以直接读取拉力,但仍需要调整气垫导轨右端定滑轮的高度,使牵引滑块的细绳与导轨平行,故C错误;因为拉力传感器可以直接读取拉力,所以不需要托盘和砝码的总质量m'远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量m,故D正确。‎ ‎3.(2019·天津武清区月考)为了探究加速度与力、质量的关系,现提供如图甲所示的实验装置。‎ 请思考探究思路并回答下列问题:‎ 甲 乙 ‎(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是　　　　。 ‎ A.将不带滑轮的木板一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B.将不带滑轮的木板一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 ‎(2)消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后,可用钩码总重力代替小车所受的拉力,此时钩码质量m与小车总质量m'之间应满足的关系为　　　　　　　　　。 ‎ - 8 -‎ ‎(3)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图乙所示)。‎ ‎①分析此图线的OA段可得出的实验结论是 　。 ‎ ‎②此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是　　　　。 ‎ A.小车与轨道之间存在摩擦 B.导轨保持了水平状态 C.所挂钩码的总质量太大 D.所用小车的质量太大 ‎(4)某同学以小盘和盘内砝码的总重力作为细线对小车的拉力F,测出不同拉力F对应的加速度a值,并把各数据标在a-F坐标系上,发现它们都在一条直线的附近,这条直线不过坐标原点,如图丙所示,产生这种情况的原因是　　　　　　　　　,经过调整后,该同学作出的a-F图像如图丁中的A所示,另一位同学使用同一套仪器作出的a-F图像如图丁中的B所示。则mA　　　　mB(填“>”“=”或“<”)。 ‎ 答案:(1)C　(2)m≪m'　(3)①在误差允许范围内,质量一定的情况下,物体的加速度与物体所受的合外力成正比　②C ‎(4)平衡摩擦力不够或没有平衡摩擦力　<‎ 解析:(1)把长木板的一端垫得过高,使得倾角偏大,会导致重力沿斜面向下的分力偏大,摩擦力偏小,而且重力沿斜面向下的分力大于摩擦力,这样在没有绳子的拉力作用下,小车就会产生加速度,故选C。‎ ‎(2)设小车加速度为a,‎ 对小车F=m'a 对重物F-mg=ma 联立解得a=mgm'+m‎=‎g‎1+‎m'‎m,所以重物的质量m应远小于小车的质量m'。‎ ‎(3)①对OA段分析可知,在误差允许范围内,质量一定的情况下,物体的加速度与物体所受的合外力成正比;‎ ‎②由(2)分析可知,图像AB发生弯曲的原因是钩码的质量不是远小于小车的质量;‎ ‎(4)由图像可知,图线不通过坐标原点,F不为零时,加速度仍为零,故没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。‎ 根据牛顿第二定律F=ma,有a=Fm,所以在a-F图像中斜率表示‎1‎m - 8 -‎ ‎,故斜率大的质量小,两条图像斜率不同,A图线的斜率大,其研究对象的质量必定小;B图线斜率小,其研究对象的质量必定大。而本题中的研究对象是小车及车上砝码,所以B图线表示的小车及车上砝码总质量较大,即mAm2,r1>r2‎ B.m1>m2,r1m2,r1=r2‎ D.m1