2020高考物理二轮复习第1部分专题8物理实验第1讲力学实验限时检测含解析 8页

第1讲　力学实验 ‎ [限时45分钟；满分80分]‎ ‎1．(10分)(2018·全国卷Ⅱ)某同学用图8－1－21所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图8－1－22中弹簧秤的示数读出。‎ 图8－1－21‎ 图8－1－22‎ 砝码的质量m/kg ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ 滑动摩擦力f/N ‎2.15‎ ‎2.36‎ ‎2.55‎ f4‎ ‎2.93‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)f4＝________N；‎ ‎(2)在图8－1－23的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f－m图线；‎ 8‎ 图8－1－23‎ ‎(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f－m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；‎ ‎(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝_________________。(保留两位有效数字)‎ 解析　本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的计算及分析图象的能力。‎ ‎(1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 N。‎ ‎(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧。‎ ‎(3)以木块和砝码为研究对象，整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力f＝μ(M＋m)g，整理得f＝μmg＋μMg，故f－m图线的斜线k＝μg。‎ ‎(4)由图知k＝3.9 N/kg，故μ＝＝0.40。‎ 答案　(1)2.75　(2)如图所示 ‎(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40‎ ‎2．(10分)(2017·全国卷Ⅰ)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图8－1－24甲所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)‎ 图8－1－24‎ ‎(1)由图乙可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。‎ 8‎ ‎(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为______ m/s，加速度大小为________ m/s2。(结果均保留两位有效数字)‎ 解析　(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图乙可知，小车在桌面上是从右向左运动的。(2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝＝ s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图乙中A点位置时的速度大小为vA＝ mm/s＝0.19。由逐差法得小车运动的加速度为a＝≈0.037 m/s2。‎ 答案　(1)从右向左　(2)0.19　0.037‎ ‎3．(10分)(2019·江苏卷)某兴趣小组用如图8－1－25所示的装置验证动能定理。‎ 图8－1－25‎ ‎(1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：‎ A．电磁打点计时器 B．电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)。‎ ‎(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)。‎ ‎(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图8－1－26所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝________m/s。‎ 图8－1－26‎ ‎(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用ΔEk＝MvA2算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g 8‎ ‎。实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出。多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。‎ 解析　(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故选B。(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动，小车从静止开始做加速运动，此时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度；轻推小车，小车做匀速运动，根据平衡条件可知，此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小，消除了摩擦力的影响，看法正确的是同学乙。(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。用刻度尺量出A左侧第一个点与A右侧第一个点之间的距离l＝1.24 cm，再除以0.02 s×2＝0.04 s，可得vA＝0.31 m/s。(4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力。只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力。‎ 答案　(1)B　(2)乙　(3)0.31(0.30～0.33都算对)‎ ‎(4)远大于 ‎4．(10分)(2019·重庆七校高三联考)某实验小组调试如图8－1－27甲所示的装置准备探究加速度与受力的关系。已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz。‎ 图8－1－27‎ ‎(1)实验步骤如下：‎ ‎①按图甲所示，安装好实验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；‎ ‎②不挂砝码和砝码盘的情况下，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动，其目的是________；‎ ‎③挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；‎ ‎④改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度；‎ ‎⑤弹簧测力计的读数为F，则小车所受合外力大小为________。‎ ‎(2)实验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量M 8‎ 的关系，下列说法正确的是________。‎ A．M必须远大于m　　　　　B．M必须远小于m C．M可以不用远大于m D．M必须等于m ‎(3)实验中打出的一条纸带如图乙所示，则由该纸带可求得小车的加速度为________ m/s2。‎ 解析　(1)②小车可以沿长木板匀速下滑，说明摩擦力与小车重力沿长木板方向的分力已平衡；⑤小车已平衡摩擦力，所受细线拉力即为小车所受合外力，而弹簧测力计直接测量细线拉力，故其读数F等于小车所受合外力。(2)由(1)的分析可知，弹簧测力计的读数即为小车所受合外力，故C正确。(3)根据公式Δx＝at2可知，(0.075 1－0.072 1) m＝2a(5T)2，解得a＝0.15 m/s2。‎ 答案　(1)②平衡摩擦力　⑤F　(2)C　(3)0.15‎ ‎5．(12分)(2019·长沙一模)某同学用探究动能定理的装置测滑块的质量M。如图8－1－28甲所示，在水平气垫导轨上靠近定滑轮固定一个光电门。让一带有遮光片的滑块自某一位置由静止释放，计时器可以显示出遮光片通过光电门的时间t(t非常小)，同时用米尺测出释放点到光电门的距离s。‎ 图8－1－28‎ ‎(1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度d如图乙所示，则d＝______mm。‎ ‎(2)实验中多次改变释放点，测出多组数据，描点连线，做出的图象为一条倾斜直线，如图丙所示。图象的纵坐标s表示释放点到光电门的距离，则横坐标表示的是______。‎ A．t　　 　　B．t2　　 　　C.　　 　　D. ‎(3)已知钩码的质量为m，图丙中图线的斜率为k，重力加速度为g，根据实验测得的数据，写出滑块质量的表达式M＝______。(用字母表示)‎ 解析　(1)螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm，根据图读数为37.9×0.01 mm，则最终读数为1.879 mm。‎ ‎(2)滑块通过光电门的瞬时速度v＝，根据动能定理得：mgs＝(m＋M)v2＝(m＋M)，解得：s 8‎ ‎＝，因为图线为线性关系图线，可知横坐标表示，故选D。‎ ‎(3)根据s＝知，图线的斜率为：k＝d2，解得滑块质量M＝－m。‎ 答案　(1)1.879　(2)D　(3)－m ‎6．(12分)(2019·广东二模)某实验小组设计了如图8－1－29甲所示实验装置，探究滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系。在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了多组实验，将位移传感器和力传感器得到的多组数据输入计算机进行处理，得到了两条a－F图线①②，如图乙所示。‎ 图8－1－29‎ ‎(1)实验时，一定要进行的操作是________。‎ A．改变托盘中砝码的个数 B．滑块在轨道水平和倾斜的两种情况下必须在同一位置由静止释放 C．用天平测出托盘的质量 D．为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的质量远小于滑块的质量 ‎(2)在轨道倾斜的情况下得到的a－F图线是________(选填“①”或“②”)。‎ ‎(3)滑块和位移传感器反射部分的总质量m＝________kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝________。(重力加速度g取10 m/s2)‎ 解析　(1)由于探究加速度与合外力的关系，所以应改变物块的合外力，即改变托盘中砝码的个数，故A正确；滑块的释放位置对该实验没有影响，不要求每次在同一位置，故B错误；本题拉力可以由力的传感器测出，不需要用天平测出托盘和砝码的质量，也就不需要使托盘和砝码的质量远小于车的总质量，故C错误，D错误。‎ ‎(2)由图象可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高，所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；‎ 8‎ ‎(3)滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数，由图形乙得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k＝2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝0.5 kg。由图形乙得，在水平轨道上F＝1 N时，加速度a＝0，根据牛顿第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。‎ 答案　(1)A　(2)①　(3)0.5　0.2‎ ‎7．(16分)某同学在研究性学习中用如图8－1－30装置来验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体A、B，物体B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体B的正下方，系统静止时，金属片C与圆环间的高度差为h，由静止释放后，系统开始运动，当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门固定在铁架台P1、P2处，通过数字计时器可测出物体B通过P1、P2这段距离的时间。‎ 图8－1－30‎ ‎(1)若测得P1、P2之间的距离为d，物体B通过这段距离的时间为t，则物体B刚穿过圆环后的速度v＝________。‎ ‎(2)若物体A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，该实验中验证下面________(填正确选项的序号)等式成立，即可验证机械能守恒定律。‎ A．mgh＝Mv2 B．mgh＝Mv2‎ C．mgh＝(2M＋m)v2 D．mgh＝(M＋m)v2‎ ‎(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、数字计时器外，还需要________。‎ ‎(4)若M≫m，改变金属片C的质量m，使物体B由同一高度落下穿过圆环，记录各次的金属片C的质量m，以及物体B通过P1、P2这段距离的时间t，以mg为横轴，以________为纵轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线。‎ 解析　(1)B通过圆环后将匀速通过光电门，则B刚穿过圆环后的速度为：v＝。‎ ‎(2)设绳子拉力大小为F，对A由牛顿第二定律得：F－Mg＝Ma，对B与C整体下落h的过程，由牛顿第二定律得：(M＋m)g－F＝(M＋m)a，再由运动学公式应有：v2＝2ah 8‎ ‎，联立以上各式可得：mg＝(2M＋m)，所以C正确。‎ ‎(3)根据上面的表达式可知需要已知金属片C的质量，所以还需要的器材是天平。‎ ‎(4)在释放至金属片C被搁置在圆环上的过程中，分别对A和B、C由牛顿第二定律可得：对A有：F－Mg＝Ma，对B和C有：(M＋m)g－F＝(M＋m)a，再由匀变速直线运动公式应有：v2＝2ah，又v＝，联立解得：＝·mg，因为M≫m，则＝·mg；所以，以mg为横轴，以为纵轴的图线是一条过原点的直线。‎ 答案　(1)　(2)C　(3)天平　(4) 8‎