2015高考物理二轮专题复习 素能提升 1-5-12 力学实验（含解析）新人教版.doc

‎【优化探究】2015高考物理二轮专题复习 素能提升 ‎1-5-12‎ 力学实验（含解析）新人教版 ‎1．(2014年高考福建卷)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和________ mm.‎ 解析：刻度尺的最小分度为‎1 mm，要估读到‎0.1 mm，其读数为‎601.0 mm＝‎60.10 cm.游标卡尺读数＝‎4 mm＋10×‎0.02 mm＝‎4.20 mm.‎ 答案：60.10　4.20‎ ‎2．(2014年高考天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．‎ ‎(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些___________________________________.‎ ‎(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．‎ A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 ‎(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．‎ A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近 C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 - 10 -‎ D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 解析：(1)计算小车的动能变化需用天平测质量；在计算小车的瞬时速度时需用刻度尺测距离．(2)只有绳与板面平行时，才能保证小车运动中与板面间的压力不变，才能保证小车所受摩擦力不变，才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力，故D正确．(3)要增加纸带上所打下点的数目，只有减小小车运动的加速度．在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量，即在车上增加砝码或钩码．(4)当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．‎ 答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码)　(2)D　(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)　(4)CD ‎3．(2014年高考新课标Ⅰ全国卷)某同学利用图a所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图b所示．实验中小车(含发射器)的质量为‎200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：‎ ‎(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．‎ ‎(2)由图b可知，am图线不经过原点，可能的原因是 ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合力，则实验中应采取的改进措施是________________________________________________________________________．‎ 钩码的质量应满足的条件是______________________________．‎ 解析：(1)将图b中各点连线，得到的是一条曲线，故a与m的关系是非线性关系．‎ ‎(2)由图b可知，当钩码质量不为零时，在一定范围内小车加速度仍为零，即钩码对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度，故可能的原因是存在摩擦力．‎ ‎(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力，则应满足三个条件，一是摩擦力被平衡，二是绳平行于轨道平面，此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力，设绳的拉力为FT，由mg－FT＝ma、FT＝Ma有FT＝g＝，可见当m≪M时才有FT≈mg，故第三个条件为m≪M.‎ 答案：(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量 ‎4．(1)一同学在某次实验中测量一物体长度，记录结果为‎11.75 mm，则该同学所使用的测量工具可能为________；‎ A．10分度的游标卡尺　　 B．20分度的游标卡尺 C．50分度的游标卡尺 D．螺旋测微器 - 10 -‎ ‎(2)一个同学在研究小球自由落体运动时，用频闪照相机连续记录下小球的位置如图所示．已知闪光周期为 s，测得x1＝‎7.68 cm，x3＝‎12.00 cm，用上述数据通过计算可得小球运动的加速度为________ m/s2，图中x2为________ cm.(结果保留三位有效数字)‎ 解析：(1)10分度游标卡尺的精确度为‎0.1 mm,20分度游标卡尺的精确度为‎0.05 mm,50分度游标卡尺的精确度为‎0.02 mm，螺旋测微器的精确度为‎0.01 mm，但要估读，读数的小数点后应为3位，所以该同学使用的测量工具可能是20分度游标卡尺，B正确．‎ ‎(2)由匀变速直线运动推论Δx＝aT2可知，x3－x1＝4aT2，解得a＝‎9.72 m/s2，由x2－x1＝2aT2可解得x2＝‎9.84 cm.‎ 答案：(1)B　(2)9.72　9.84‎ ‎5.某同学现用图甲所示的实验装置来“探究动能定理”，打点计时器的打点频率为50 Hz，重力加速度g取‎10 m/s2.分析下列问题：‎ ‎(1)图乙是从实验中选出的一条纸带并将纸带置于一透明刻度尺上．在纸带上已标有O、A、…、F七个计数点(每两个打点间隔取一个计数点)，由图乙读得O到C点的位移为s3＝________ cm.‎ ‎(2)分别计算出打点计时器打下计数点A、B、…、E时小车速度的二次方v、…、v，分别求出v、…、v与v的差值Δv、Δv、Δv、Δv.再计算出小车通过sAB、sAC、sAD、sAE时钩码重力对小车做的功W1、W2、W3、W4；最后作出了如图丙所示的Δv2W图象．根据该图象你得到的结论是_______________________________________．‎ ‎(3)根据图丙所得图象求得斜率k＝________，则小车的质量M＝________ kg，实验中小车受到的合力F＝________ N.‎ 解析：(1)O到C点的位移为s3＝‎5.03 cm.‎ ‎(2)由题图丙可得到“小车动能的变化量与合力做的功成正比”这一结论，从而验证了动能定理．‎ - 10 -‎ ‎(3)由动能定理W＝M·Δv2，可知图象的斜率为k＝，若知道图象的斜率便可求出小车的质量．由图象可得该直线的斜率为k＝＝15.8.故小车的质量为M＝ kg＝‎0.127 kg.小车的加速度大小为a＝＝＝ m/s2＝‎1.24 m/s2，由牛顿第二定律可知小车所受的合力F＝Ma＝0.127×1.24 N＝0.157 N.‎ 答案：(1)5.03　(2)小车动能的变化量与合力做的功成正比　(3)15.8　0.127　0.157‎ ‎6.现在需要测量物块与长木板之间的动摩擦因数，备有如下器材：两个相同的物块A、B，一个带有固定装置的光滑小滑轮，砝码若干，一把镊子，一个黑板擦，几条长轻质细线，两个小盘．小丁和晓平两个同学配合进行如下实验：‎ 首先把木板固定在水平桌面上，把小滑轮固定在木板的左端，把两个物块A和B(A、B距离较近)放到木板的右端，用细线把物块和小盘通过小滑轮连接，通过调整小滑轮的高度使木板上方的细线水平；‎ 晓平同学用黑板擦按住两个物块A和B，小丁同学在两个小盘里放上不同个数的砝码，然后晓平同学抬起黑板擦，两个物块同时运动起来，当较快的物块接近木板左端时按下黑板擦，两个物块同时停下来．‎ ‎(1)为完成此实验，还需要如下哪些器材：________.‎ A．秒表 B．刻度尺 C．弹簧测力计 D．天平 ‎(2)晓平和小丁同学测量出A和B在木板上的位移，分别记作xA和xB，还测得小盘的质量为m、物块A(B)的质量为‎9m、A和B对应小盘里砝码的质量分别为‎5m和‎10m.根据这些量能否求出物块和木板之间的动摩擦因数________(填“能”或“否”)；若不能，写出还应测量哪些物理量；若能，请你计算出μ.‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(3)若细线与木板上表面平行，而木板左端比右端略低，则测量的动摩擦因数与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．‎ 解析：(1)根据实验步骤和原理可知，根据x＝at2可得出A、B的加速度之比，不需要测量时间，需测运动位移；根据牛顿第二定律F＝ma可知只需测量质量便能结合加速度之比而得出μ.‎ ‎(2)设A和B运动的加速度大小分别为aA和aB，应用牛顿第二定律分别有(m＋‎5m)g－μ(‎9m)g＝(m＋‎5m＋‎9m)aA、(m＋‎10m)g－μ(‎9m)g＝(m＋‎10m＋‎9m)aB，又xA＝aAt2、xB＝aBt2，‎ 联立解得μ＝.‎ ‎(3)砝码、小盘和物块的总质量为M，物块的质量为m0，(M－m0)g－μ测m‎0g＝Ma；由于木板左端比右端略低，使木板成为斜面(倾角设为θ)，应用牛顿第二定律有(M－m0)g＋m0gsin - 10 -‎ ‎ θ－μ真m0gcos θ＝Ma，两式比较可知测量值比真实值小．‎ 答案：(1)BD　(2)能　　(3)偏小 课时跟踪训练 ‎1．甲、乙两同学分别用游标卡尺和螺旋测微器测身边的物体，如下所示．‎ ‎(1)图甲为一游标卡尺的结构示意图，甲同学测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________(填“A”“B”或“C”)进行测量，示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________ mm.‎ ‎(2)乙同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度．该螺旋测微器校零时的示数如图丙所示，测量金属板厚度时的示数如图丁所示，图丙所示读数为________mm，图丁所示读数为________ mm，所测金属板的厚度为________mm.‎ 解析：(1)只有用“A”的两边缘才能测出钢笔帽的内径，由题图乙可知，游标尺上第6条刻度线与主尺上某一条刻度线对齐，则钢笔帽的内径d＝‎11 mm＋0.05×‎6 mm＝‎11.30 mm.‎ ‎(2)题图丙的读数为1.0×‎0.01 mm＝‎0.010 mm.题图丁的读数为‎6.5 mm＋37.0×‎0.01 mm＝‎6.870 mm，故金属板的厚度d＝‎6.870 mm－‎0.010 mm＝‎6.860 mm.‎ 答案：(1)A　11.30　(2)0.010　6.870　6.860‎ ‎2．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．‎ ‎(1)图乙中的________是力F1和F2的合力的理论值；________是力F1和F2的合力的实际测量值．‎ ‎(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？‎ 答：________(选填“会”或“不会”)．‎ 为什么？‎ 答：____________________________________________________________________.‎ ‎(3)本实验采用的科学方法是(　　)‎ A．理想实验法 B．控制变量法 - 10 -‎ C．等效替代法 D．建立物理模型法 解析：(1)力F1和F2的合力的理论值应为以F1、F2为邻边的平行四边形的对角线，即为F；则F′为合力的实际测量值．‎ ‎(2)由于实验中细绳的作用仅是描述力的方向，且橡皮筋受力情况与细绳完全相同，因此把细绳换成橡皮筋，不会影响实验结果．‎ ‎(3)本实验的实验原理是两分力共同的作用效果与合力的作用效果相同，即等效替代法，故C正确．‎ 答案：(1)F　F′　(2)不会　因为橡皮筋受力情况与原细绳相同　(3)C ‎3．某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度大小为g＝‎9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列问题(计算结果保留三位有效数字)：‎ ‎(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝________ m/s.‎ ‎(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据．‎ 解析：(1)打点计时器打B点时重物速度的大小 vB＝＝ m/s ‎＝‎3.90 m/s.‎ ‎(2)v＝7.61(m/s)2，ghB＝7.70(m/s)2，因为mv≈mghB，近似验证了机械能守恒定律，或由mv