2018届高考物理二轮复习文档：寒假作业（六）　力学实验 9页

寒假作业(六)　力学实验 ‎1．利用如图所示装置可以做力学中的许多实验，则下列利用此装置进行相关实验时说法正确的是(　　)‎ A．利用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和木板间摩擦阻力的影响 B．利用此装置探究“小车的加速度与质量的关系”并用图像法处理数据时，如果画出小车的加速度a随质量M变化的aM图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比 C．利用此装置探究“功与速度变化的关系”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高平衡摩擦力 D．实验时不需要调整滑轮高度，不用管细线与木板是否平行 解析：选C　此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故A错误。曲线的种类有双曲线、抛物线、三角函数曲线等，所以若aM图像是曲线，不能断定曲线是双曲线，即不能断定加速度与质量成反比，应画出a图像，故B错误。探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力，方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，从而使小车受到的合力即为绳子的拉力，故C正确。实验时需要调整滑轮高度，让细线与木板平行，故D错误。‎ ‎2．(2017·泉州模拟)某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。实验时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0＝4.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示。‎ 钩码个数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 弹力F/N ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ 弹簧的长度x/cm ‎7.0‎ ‎9.0‎ ‎11.0‎ ‎13.0‎ ‎15.0‎ ‎(1)根据表中数据在下图中作出Fx图像；‎ ‎(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝________N/m；(结果保留2位有效数字)‎ ‎(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是____________________________________________________。‎ 解析：(1)描点作图，如图所示：‎ ‎(2)图像的斜率表示劲度系数，故有：‎ k＝＝50 N/m。‎ ‎(3)图线与x轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度，‎ 其数值大于弹簧原长，是因为弹簧自身重力的影响。‎ 答案：(1)图见解析　(2)50　(3)竖直悬挂时，弹簧自身重力的影响 ‎3．(2018届高三·重庆一中调研)如图所示为弹簧弹射装置。在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管内径且与弹簧不固连)，压缩弹簧并锁定。现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。按下述步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出两球质量分别为m1、m2；‎ ‎②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；‎ ‎③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，只需测量的物理量是________。(已知重力加速度g)‎ A．弹簧的压缩量Δx1‎ B．两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2‎ C．小球的直径 D．两球从管口弹出到落地的时间t1、t2‎ ‎(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为Ep＝______________。‎ ‎(3)用上述测得的物理量来表示，如果满足关系式__________，则表明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。‎ 解析：(1)由题意可知，弹簧的弹性势能转化为两小球的动能，则由Ep＝m1v12＋m2v22即可求得弹性势能，故应测量两小球的质量以及两小球的出射速度。测量小球的出射速度，可根据平抛运动的规律由出射高度和水平位移求出，故B正确，A、C、D错误。‎ ‎(2)由(1)可知，Ep＝m1v12＋m2v22，‎ 由h＝gt2可得平抛运动的时间t＝；‎ 根据水平方向上的匀速直线运动规律可知 v1＝，v2＝。‎ 即Ep＝m1v12＋m2v22＝＋。‎ ‎(3)根据动量守恒定律可知，两球射出前动量为零，射出后运动方向相反，设向左为正方向，则有0＝m1v1－m2v2，‎ 再根据水平方向上x＝vt可得m1x1＝m2x2。‎ 答案：(1)B　(2)＋　(3)m1x1＝m2x2‎ ‎4．某活动小组利用如图所示的装置测定物块A与桌面间的最大静摩擦力，步骤如下：‎ a．如图所示组装好器材，使连接物块A的细线与水平桌面平行 b．缓慢向矿泉水瓶内加水，直至物块A恰好开始运动 c．用天平测出矿泉水瓶及水的总质量m d．用天平测出物块A的质量M ‎(1)该小组根据以上过程测得的物块A与桌面间的最大静摩擦力为______________，本小组采用注水法的好处是____________________。(当地重力加速度为g)‎ ‎(2)若认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则物块A与桌面间的动摩擦因数为________。‎ 解析：(1)根据共点力平衡可知，最大静摩擦力f＝mg，活动小组采用注水法好处是可以连续不断地注入水，即连续不断地改变拉力。‎ ‎(2)根据共点力平衡可知，μMg＝mg 解得μ＝。‎ 答案：(1)mg　可以连续的改变拉力　(2) ‎5．(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N。‎ ‎(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。‎ ‎(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ ‎(ⅱ)F合的大小为________ N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。‎ 解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 N。(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图，如图所示。‎ ‎(ⅱ)由图可知F合＝4.0 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。‎ 答案：(1)4.0　(2)(ⅰ)图见解析　(ⅱ)4.0　0.05‎ ‎6．(2017·江苏高考)利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M＝200.0 g，钩码的质量为m＝10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。‎ ‎(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________________。‎ ‎(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O ‎，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1＝________m/s。‎ ‎(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9.80 m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W。利用Ek＝Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk。计算结果见下表。‎ W/×10－3J ‎2.45‎ ‎2.92‎ ‎3.35‎ ‎3.81‎ ‎4.26‎ ΔEk/×10－3 J ‎2.31‎ ‎2.73‎ ‎3.12‎ ‎3.61‎ ‎4.00‎ 请根据表中的数据，在方格纸上作出ΔEkW图像。‎ ‎(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N。‎ 解析：(1)挂钩码前，调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车，小车做匀速直线运动，表明此时已消除了摩擦力的影响。‎ ‎(2)打出计数点“1”时小车的速度 v1＝m/s＝0.228 m/s。‎ ‎(3)根据题表格中的数据，描点作图，如图所示：‎ ‎(4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，则有F＝mg＝×0.01×9.8 N≈0.093 N。‎ 答案：(1)小车做匀速运动　(2)0.228　(3)见解析图　(4)0.093‎ ‎7．(2017·全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；‎ ‎②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；‎ ‎③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出；‎ ‎④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；‎ ‎⑤多次重复步骤④；‎ ‎⑥利用实验中得到的数据作出 Δt图，如图(c)所示。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和Δt的关系式为＝________。‎ ‎(2)由图(c)可求得，vA＝_____ cm/s，a＝_____ cm/s2。(结果保留3位有效数字)‎ 解析：(1)是Δt时间内中间时刻的瞬时速度，‎ vA为Δt时间内的初速度，根据速度公式得 ＝vA＋a＝vA＋Δt。‎ ‎(2)由＝vA＋aΔt结合题图(c)可知，‎ 图线与纵轴交点的纵坐标即为vA，‎ 将图线延长与纵轴相交，得vA＝52.1 cm/s，‎ 图线的斜率等于a，‎ 即a＝ cm/s2，‎ 求得a＝16.3 cm/s2。‎ 答案：(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.3‎ ‎8．某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。他在气垫导轨旁安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可直接测出细线中拉力大小，传感器下方悬挂钩码。改变钩码数量，每次都从A处由静止释放滑块。已知滑块(含遮光条)总质量为M，导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为L。请回答下面相关问题。‎ ‎(1)如图乙，实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为d＝________ cm。某次实验中，由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为t, 由力传感器记录对应的细线拉力大小为F，则滑块运动的加速度大小a应表示为______(用题干已知物理量和测得物理量字母表示)。‎ ‎(2)下列实验要求中不必要的是________。‎ A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节至水平 D．应使细线与气垫导轨平行 解析：(1)游标卡尺的主尺读数为9 mm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为10×0.05 mm＝0.50 mm，所以最终读数为：9 mm＋0.50 mm＝9.50 mm＝0.950 cm；已知初速度为零，位移为L，要计算加速度，需要知道末速度，故需要由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，末速度v＝ 由v2＝2aL，得a＝＝。‎ ‎(2)拉力是直接通过传感器测量的，故与滑块质量和钩码质量大小关系无关，故A错误。应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确。应将气垫导轨调节水平，才能使拉力等于合力，故C正确。要保持细线方向与气垫导轨平行，拉力才等于合力，故D正确。本题选择不必要的，故选A。‎ 答案：(1)0.950　　(2)A