高三物理二輪復習 專題限時集訓 第1部分 專題突破篇 專題13 力學實驗

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專題限時集訓(十三)　力學實驗 (建議用時：40分鐘) 1．(8分)(2016成都模擬)(1)圖30甲是用游標卡尺測量某金屬圓筒外徑時的示數，可讀出該圓筒外徑為________cm. (2)圖乙是用螺旋測微器測量某金屬棒直徑時的示數，可讀出該金屬棒直徑為________mm. 甲　　　　　　　　　　　　　　乙 圖30 【解析】　(1)游標卡尺主尺讀數為24 mm,50分度游標卡尺的精確度為0.02 mm，游標卡尺第50條刻度線與主尺刻度線對齊，故游標尺讀數為1.00 mm，所以該圓筒外徑測量值為25.00 mm＝2.500 cm.(2)螺旋測微器固定刻度部分讀數為2.5 mm，可動刻度部分最小分度值為0.01 mm，可動刻度部分讀數為32.60.01 mm＝0.326 mm，因此金屬棒的直徑測量值為2.826 mm. 【答案】　(1)2.500　(2)2.826(2.825～2.828均對) 2．(8分)(2016海南高考)某同學利用圖31(a)所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化．物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼．打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz.紙帶穿過打點計時器連接在物塊上．啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動．打點計時器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)． (a) (b) 圖31 根據實驗數據分析，該同學認為物塊的運動為勻加速運動．回答下列問題： (1)在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為______________m/s.在打出D點時，物塊的速度大小為________m/s；(保留兩位有效數字) (2)物塊的加速度大小為____________m/s.(保留兩位有效數字) 【導學號：37162076】 【解析】　(1)根據勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，所以： vB＝＝ m/s＝0.56 m/s vD＝＝ m/s＝0.96 m/s. (2)根據題意，該同學認為物塊的運動為勻加速運動，則根據速度公式： vD＝vB＋a2T，代入數據整理可以得到：a＝2.0 m/s2. 【答案】　(1)0.56　0.96　(2)2.0 3．(8分)一同學用電子秤、水壺、細線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗證力的平行四邊形定則． 圖32 (1)如圖32(a)，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺________時電子秤的示數F. (2)如圖(b)，將三根細線L1、L2、L3的一端打結，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上．水平拉開細線L1，在白紙上記下結點O的位置、________和電子秤的示數F1. (3)如圖(c)，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上．手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開細線L2，使________和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數F2. (4)在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若________，則平行四邊形定則得到驗證． 【解析】　(1)要測量裝滿水的水壺的重力，則記下水壺靜止時電子秤的示數F. (2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結點O的位置的同時也要記錄三根細線的方向以及電子秤的示數F1. (3)已經記錄了一個分力的大小，還要記錄另一個分力的大小，則結點O點位置不能變化，力的方向也都不能變化，所以應使結點O的位置和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數F2. (4)根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若F和F′在誤差范圍內重合，則平行四邊形定則得到驗證． 【答案】　(1)靜止　(2)三根細線的方向　(3)結點O的位置　(4)F和F′在誤差范圍內重合 4．(8分)某實驗小組要探究力對原來靜止的物體做功與物體獲得速度的關系，選取的實驗裝置如圖33所示，實驗主要步驟如下： 圖33 (1)實驗時為使橡皮筋對小車所做的功即為合外力對小車所做的功，在未連接橡皮筋時將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，打開打點計時器，輕推小車，得到的紙帶應該是________(選填“甲”或“乙”)． 甲　　　　　　　　　　　　乙 圖34 (2)使小車在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功為W. (3)再用完全相同的2條、3條、…橡皮筋作用于小車，并使每次釋放小車時橡皮筋的________，橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、… (4)分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3、… (5)按科學實驗操作，作出Wv圖象，則下列符合實際的圖象是________． 【解析】　(1)平衡摩擦力后，小車應做勻速運動，所以紙帶應該是圖乙． (3)橡皮筋拉力是變力，采用倍增法增加功．使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，這時橡皮筋對小車做的功為W；再用完全相同的2條、3條、…橡皮筋作用于小車，每次由靜止釋放小車時橡皮筋的伸長量(或形變量、長度等)都相同，則橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、… (5)功與速度的平方相對應，所以圖象應為D. 【答案】　(1)乙　(3)伸長量(或形變量、長度等)都相同　(5)D 5．(12分)(2016煙臺二模)如圖35甲所示，通過實驗測量正方體鐵塊與長木板間的動摩擦因數．在水平桌面上放一塊長木板，適當墊高木板的一端，讓鐵塊從木板的頂端a由靜止滑到底端b，鐵塊與b處的垂直長木板的光滑彈性擋板相碰后被反彈到c時速度變?yōu)榱悖F用刻度尺量出長木板的長度L，a、c間的距離x. 甲　　　　　　　　　　　　　　乙 圖35 (1)要完成實驗還需要用刻度尺測量出________________________，根據測出的數據，若不考慮鐵塊的寬度和空氣阻力的影響，則鐵塊與長木板間的動摩擦因數可表示為________________．(用測得的量的符號表示) (2)為了提高實驗的精度，需考慮鐵塊的寬度，圖乙是進一步實驗時用游標卡尺測量鐵塊寬度的示意圖，由圖可知鐵塊的寬度為________cm. (3)以下能引起實驗誤差的是________．(填選項序號) A．鐵塊的質量 B．當地的重力加速度 C．鐵塊與擋板碰撞時有能量損失 D．測量長度時的讀數誤差 【解析】　(1)根據動能定理，選取從靜止到停止的過程，則有：μmg(2L－x)＝mgx 解得：μ＝ 可知要求μ，則需要知道h，即鐵塊開始運動時到桌面的高度． (2)游標卡尺的固定刻度讀數為31 mm＝3.1 cm，游標讀數為0.058 mm＝0.40 mm＝0.040 cm，所以最終讀數為3.1 cm＋0.040 cm＝3.140 cm. (3)實驗中誤差產生的原因有：鐵塊與擋板碰撞時有能量損失，及測量長度時的讀數誤差；而鐵塊的質量與當地的重力加速度可在等式兩邊約去，故選C、D. 【答案】　(1)鐵塊開始運動時離桌面的高度h　 (2)3.140　(3)CD 6．(12分)如圖36甲所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置，在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條．若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數據后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象． 甲　　　　　　　　　　　乙 丙 圖36 (1)實驗前，接通電源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，若圖乙中的Δt1>Δt2，說明氣墊導軌________端偏高(選填“左”或“右”)． (2)用游標卡尺測遮光條寬度d，測量結果如圖丙所示，則d＝________mm. (3)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置靜止釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統機械能是否守恒，還應測出________________和________________(寫出物理量的名稱及號)． (4)若上述物理量間滿足關系式 ____________________，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統機械能守恒． 【解析】　滑塊做加速運動，說明氣墊導軌右端偏高．由圖可得d＝2.25 mm.若要驗證系統機械能守恒還需測出兩光電門間距離L和滑塊總質量M；若鉤碼重力勢能的減少量在數值上等于鉤碼和滑塊動能的增加量，則系統機械能守恒． 【答案】　(1)右　(2)2.25　(3)滑塊總質量M　兩光電傳感器A、B間距離L (4)mgL＝(M＋m)2－(M＋m)2 7．(12分)(2016濰坊一模)用如圖37所示的裝置探究加速度與力和質量的關系，帶滑輪的長木板和彈簧測力計均水平固定． 圖37 (1)實驗時，一定要進行的下列操作是________． a．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數 b．改變砂和砂桶質量，打出幾條紙帶 c．用天平測出砂和砂桶的質量 d．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質量遠小于小車的質量 (2)以彈簧測力計的示數F為橫坐標，以加速度a為縱坐標，畫出的aF圖象可能正確的是________． (3)若得出的aF圖象的斜率為k，則小車的質量為________． 【導學號：37162077】 【解析】　(1)本實驗需要測定小車受到的拉力，由題目條件可以判斷小車做勻加速運動，彈簧測力計的讀數為一定值，小車所受拉力應為彈簧測力計讀數的兩倍，所以只需記錄彈簧測力計的示數，不需要測定砂和砂桶的質量．為了減小實驗誤差，應將小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，且改變砂和砂桶質量，打出幾條紙帶．故一定要進行的操作為a、b. (2)由牛頓第二定律得：2F－Ff＝ma，a＝－.由此可以判斷畫出的aF圖象可能正確的是A圖． (3)由a＝－可知，圖線的斜率k＝，所以小車的質量為m＝. 【答案】　(1)ab　(2)A　 (3) 8．(12分)電動自行車因為綠色環(huán)保大行其道，在最近召開的人大會議上，代表們針對電動自行車的諸多問題再次提出了立法議案，其中一個問題就是車速問題．某學校物理探究小組設計了一個實驗來探究電動自行車的最大速度及受到地面的平均阻力大小．實驗的主要步驟是：①找一段平直的路面，并在路面上畫一道起點線；②騎上電動車用最大的速度駛過起點線時，從車把手處自由釋放一團很容易辨別的橡皮泥；③車駛過起點線后就不再通電，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進；④待車停下，記錄電動車停下時的終點位置；⑤用卷尺量出起點線到橡皮泥落地點間的水平距離x、起點線到終點的距離L及車把手處離地高度h.(空氣阻力忽略不計) (1)電動車經過起點線時的速度v＝________；(用已知的物理量和所測量得到的物理量表示) (2)為了測出電動車受到的平均阻力大小，還需測量的物理量是________，電動車受到的平均阻力大小Ff＝ ________；(用已知的物理量和所測量得到的物理量表示) (3)第二個問題是車道問題．電動車國家新標準，從2010年1月1日起實施．標準將“40公斤以上、時速20公里以上的電動自行車，稱為輕便電動摩托車或電動摩托車，劃入機動車范疇”．一輛電動自行車的銘牌上給出了如下的技術參數表： 規(guī)格 后輪驅動直流永磁轂電機 車型 26″電動自行車 整車質量 40 kg 最大載重 120 kg 額定輸出功率 120 W 額定電壓 40 V 額定電流 3.5 A 質量為M＝60 kg的人騎此電動車沿平直公路行駛，所受阻力Ff恒為車和人總重的k＝0.02倍，g取10 m/s2，僅在永磁轂電機以額定功率提供動力的情況下，人駕駛電動車的最大速度為________，若行駛在非機動車道上是否合法？________. 【解析】　(1)由x＝vt，h＝gt2可得電動車經過起點線時的速度v＝x. (2)由動能定理得：－L＝0－Mv2 解得：＝，現要測出電動車受到的平均阻力，還需要測出車和騎車人的總質量M. (3)由P＝Fv＝Ffvm，Ff＝k(m車＋M)g 可得vm＝6 m/s＝21.6 km/h>20 km/h，故該電動車行駛在非機動車道上不合法． 【答案】　(1)x　(2)車和騎車人的總質量M　　(3)6 m/s　不合法