2019年高考物理專題09回歸基礎(chǔ)專題訓(xùn)練——力學(xué)實(shí)驗(yàn)（含解析）.docx

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1、專題09 回歸基礎(chǔ)專題訓(xùn)練力學(xué)實(shí)驗(yàn)1在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中(1)某同學(xué)采用如圖1甲所示的裝置進(jìn)行試驗(yàn)，_(選填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，_(選填“需要”或“不需要”)測(cè)量小車的質(zhì)量。圖1(2)該同學(xué)在研究小車運(yùn)動(dòng)時(shí)打出的一條紙帶，如圖乙所示。在紙帶上，連續(xù)5個(gè)點(diǎn)為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離見下表，并畫出對(duì)應(yīng)的圖線(其中橫坐標(biāo)數(shù)值表示第幾個(gè)0.1 s，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的該0.1 s內(nèi)物體的位移)如圖2所示。則小車的速度隨時(shí)間_(選填“是”或“不是”)均勻變化；整個(gè)過程中小車的平均加速度為_m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)圖2時(shí)間t/0.1 s123456相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離

2、xn/cm1.452.453.464.445.456.46【解析】(1)由題意知，本實(shí)驗(yàn)的目的是探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律，故不需要平衡摩擦力，也不需要測(cè)量小車的質(zhì)量；(2)由圖知，小車的速度隨時(shí)間是均勻變化的；根據(jù)題圖可求小車的加速度x6x15aT2，解得加速度a1.0 m/s2。2借助計(jì)算機(jī)，力傳感器的掛鉤與其他物體間的彈力大小能夠在屏幕上顯示出。為了探究最大靜摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)，某同學(xué)在老師的指導(dǎo)下做了一系列實(shí)驗(yàn)：將滑塊平放在長(zhǎng)木板上，用力傳感器沿長(zhǎng)木板水平拉滑塊，改變拉力直到將滑塊拉動(dòng)；再在長(zhǎng)木板上鋪上毛巾，并在滑塊上放上砝碼，重復(fù)前一個(gè)過程，得到的圖線分別如圖甲、乙所示。圖3

3、(1)由圖線乙知：在t1t2這段時(shí)間內(nèi)，滑塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是_(選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”)，滑塊受到的最大靜摩擦力為_(選填“F1”或“F2”)。(2)結(jié)合甲、乙兩圖線，_(選填“能”或“不能”)得出最大靜摩擦力與兩物體接觸面的粗糙程度和接觸面的壓力均有關(guān)的結(jié)論。【解析】(1)圖線乙中t1t2這段時(shí)間內(nèi)，滑塊所受摩擦力逐漸增大，滑塊應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，之后滑塊開始運(yùn)動(dòng)，最大靜摩擦力對(duì)應(yīng)拉力F1。(2)因同時(shí)改變接觸面的粗糙程度和接觸面的壓力得出甲、乙兩圖，故根據(jù)兩圖的圖形區(qū)別，無法確定最大靜摩擦力的變化是由哪個(gè)因素變化引起的。3某興趣小組利用圖4所示實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證“合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”。小車及車

4、中砝碼的質(zhì)量為M，沙桶和沙的質(zhì)量為m，小車的速度可由小車后面拉動(dòng)的紙帶經(jīng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)計(jì)算得到。圖4(1)在實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的有_。A將木板的右端墊起，以平衡小車的摩擦力B每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，都要重新平衡摩擦力C用直尺測(cè)量細(xì)線的長(zhǎng)度作為沙桶下落的高度D在小車運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)于M、m組成的系統(tǒng)，m的重力做正功(2)圖5是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的一條紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用頻率為f的交流電。在紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，根據(jù)此紙帶可得出小車通過計(jì)數(shù)點(diǎn)E時(shí)的速度vE_。(3)若用B、E兩點(diǎn)來研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系，需要驗(yàn)證的關(guān)系式為_(用所測(cè)物理量的符號(hào)表示)。(4)該小組同學(xué)希望通

5、過此實(shí)驗(yàn)裝置研究摩擦力對(duì)小車所做的功，應(yīng)如何操作？(寫出一種方法即可)圖5【解析】(1)將木板的右端墊起，以平衡小車的摩擦力，不用每次改變小車的質(zhì)量都重新平衡小車的摩擦力，A正確，B錯(cuò)誤；沙桶下落的高度由紙帶上直接測(cè)出，C錯(cuò)誤；平衡摩擦力后，對(duì)M與m組成的系統(tǒng)，相當(dāng)于只有m的重力做正功，D正確。(2)T，vE。(3)vB，用B、E兩點(diǎn)來研究合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系的驗(yàn)證關(guān)系式：mg(s5s2)(Mm)v(Mm)v，化簡(jiǎn)得mg(s5s2)(Mm)f2(s6s4)2(s3s1)2(4)將木板調(diào)整水平，重復(fù)以上步驟，利用Wmg(Mm)(vv)求出。4某同學(xué)用如圖6所示實(shí)驗(yàn)裝置來探究加速度與物體質(zhì)量

6、、物體所受力的關(guān)系?；浪?，用鉤碼所受的重力作為滑塊所受的拉力，得到滑塊的加速度與拉力的關(guān)系圖像。重力加速度g取10 m/s2。圖6(1)圖像不過原點(diǎn)的原因是_；滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力f_ N。(2)隨著拉力F的增大，圖像明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因是_。(3)若拉力F無限增大，圖像將趨于_，加速度a_m/s2。(4)滑塊的質(zhì)量M_kg；滑塊和滑道間的動(dòng)摩擦因數(shù)_，計(jì)算結(jié)果比動(dòng)摩擦因數(shù)的真實(shí)值_(填“偏大”或“偏小”)。【解析】(1)圖像不過原點(diǎn)的原因是沒有平衡滑塊的摩擦力，由圖像可知，當(dāng)F1 N時(shí)滑塊開始運(yùn)動(dòng)，因此滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力等于1 N。(2)隨著拉力F的增大，所掛鉤碼的質(zhì)量越

7、大，鉤碼的加速度越大，失重越明顯，F(xiàn)與鉤碼重力的差別越大，圖像明顯偏離直線。(3)設(shè)滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的質(zhì)量為m，滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力為f。由牛頓第二定律得mgf(Mm)aa當(dāng)mM時(shí)ag定值，圖像趨于一條水平直線。(4)由圖像知當(dāng)F2 N時(shí)，a2 m/s2，此數(shù)據(jù)不在圖線的直線部分，說明不滿足mM的條件。由Fmg2 N，得m0.2 kg。再由牛頓第二定律得mgf(Mm)a21(M0.2)2M0.3 kg由fFN得上述分析中，f1 N應(yīng)包含紙帶和限位孔之間的摩擦力，所以在利用fFN計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，計(jì)算值比真實(shí)值要大一些。5某同學(xué)想測(cè)出濟(jì)南當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，并驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。為了減小誤差

8、，他設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)如下：將一根長(zhǎng)直鋁棒用細(xì)線懸掛在空中(如圖7甲所示)，在靠近鋁棒下端的一側(cè)固定電動(dòng)機(jī)M，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸處于豎直方向，在轉(zhuǎn)軸上水平固定一支特制筆N，借助轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的現(xiàn)象，將墨汁甩出形成一條細(xì)線。調(diào)整筆的位置，使墨汁在棒上能清晰地留下墨線。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，用火燒斷懸線，讓鋁棒自由下落，筆在鋁棒上相應(yīng)位置留下墨線。圖7圖乙是實(shí)驗(yàn)時(shí)在鋁棒上所留下的墨線，將某條合適的墨線A作為起始線，此后每隔4條墨線取一條計(jì)數(shù)墨線，分別記作B、C、D、E。將最小刻度為毫米的刻度尺的零刻度線對(duì)準(zhǔn)A，此時(shí)B、C、D、E對(duì)應(yīng)的刻度依次為14.68 cm、39.15 cm、73.41 cm、117.46 c

9、m。已知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。求：(1)相鄰的兩條計(jì)數(shù)墨線對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為_s。(2)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得濟(jì)南當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)該同學(xué)計(jì)算出畫各條墨線時(shí)的速度v，以為縱軸，以各條墨線到墨線A的距離h為橫軸，描點(diǎn)連線，得出了如圖丙所示的圖像，據(jù)此圖像_(填“能”或“不能”)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，圖線不過原點(diǎn)的原因_?！窘馕觥?1)由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，則其頻率為50 Hz，故每隔0.02 s特制筆N便在鋁棒上畫一條墨線，又每隔4條墨線取一條計(jì)數(shù)墨線，故相鄰計(jì)數(shù)墨線間的時(shí)間是0.1 s。(2)用逐差法求鋁棒的加速度即為濟(jì)南當(dāng)?shù)氐闹亓?/p>

10、加速度g m/s29.79 m/s2。(3)鋁棒下落過程中，只有重力做功，重力勢(shì)能的減小等于動(dòng)能的增加，即mghmv2，故圖丙能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；圖線不過原點(diǎn)是因?yàn)槠鹗加?jì)數(shù)墨線A對(duì)應(yīng)的速度不為0。6利用氣墊導(dǎo)軌探究彈簧的彈性勢(shì)能與形變量的關(guān)系，在氣墊導(dǎo)軌上放置一帶有遮光片的滑塊，滑塊的一端與輕彈簧貼近，彈簧另一端固定在氣墊導(dǎo)軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導(dǎo)軌底座上適當(dāng)位置(如圖8所示)。彈簧處于自然狀態(tài)時(shí)，使滑塊向左壓縮彈簧一段距離，然后由靜止釋放滑塊，與光電門相連的光電計(jì)時(shí)器可記錄遮光片通過光電門時(shí)的擋光時(shí)間，則可計(jì)算出滑塊離開彈簧后的速度大小。圖8實(shí)驗(yàn)步驟如下：用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬

11、度d。在氣墊導(dǎo)軌上通過滑塊將彈簧壓縮x1，滑塊由靜止釋放。由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊第一次通過光電門時(shí)遮光片的擋光時(shí)間t1。利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過光電門時(shí)的速度v和動(dòng)能mv2。增大彈簧壓縮量為x2、x3、，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，記錄并計(jì)算相應(yīng)的滑塊動(dòng)能mv2，如下表所示。彈簧壓縮量x(cm)0.51.01.52.02.53.0 x2(cm2)0.251.002.254.006.259.00動(dòng)能mv20.49m1.95m4.40m7.82m12.22m17.60m(1)測(cè)量遮光片的寬度時(shí)游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖9所示，讀得d_ cm；圖9(2)在下面所給的兩個(gè)坐標(biāo)系中分別作出mv2x和mv2x2圖像；圖10(3)由機(jī)械能守恒定律，Epmv2，根據(jù)圖像得出結(jié)論是_。 【解析】(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，讀出遮光片的寬度d1.0 cm0.02 cm1.02 cm；(2)根據(jù)描點(diǎn)法在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)、連線，所作mv2x和mv2x2圖像如圖所示；(3)根據(jù)圖象得出結(jié)論是：彈性勢(shì)能的大小與形變量x的二次方成正比。