2020高考物理二轮练习实验题热点17力学创新实验（Word版带解析）

热点 17　力学创新实验 (建议用时：20 分钟) 1.某同学用如图甲所示装置测小滑块与桌面间的动摩擦因 数．实验过程如下：一轻质弹簧放置在粗糙水平固定桌面 MN 上，弹 簧左端固定，弹簧处于原长时，弹簧右端恰好在桌面边缘处，现用一 个小滑块压缩弹簧并用锁扣锁住．已知当地的重力加速度为 g，弹簧 的劲度系数为 k. (1)实验中涉及下列操作步骤： ①用天平测量出小滑块的质量 m，查出劲度系数为 k 的弹簧的形变量为 x 时的弹性势能的 大小为 Ep＝ 1 2kx2. ②测量桌面到地面的高度 h 和小滑块抛出点到落地点的水平距离 s. ③测量弹簧压缩量 x 后解开锁扣． ④计算小滑块与水平桌面间的动摩擦因数． Ⅰ.上述步骤正确的操作顺序是____________(填入代表步骤的序号)． Ⅱ.上述实验测得小滑块与水平桌面间的动摩擦因数的大小为____________． (2)再通过更换材料完全相同、但大小和质量不同的滑块重复操作，得出一系列滑块质量 m 与它抛出点到落地点的水平距离 s.根据这些数值，作出 s2－ 1 m图象，如图乙所示．由图象可知， 滑块与水平桌面之间的动摩擦因数 μ＝__________；每次弹簧被压缩时具有的弹性势能大小 是____________．(用 b，a，x，h，g 表示) 2.(2019·青岛二模)如图所示，某实验小组同学利用 DIS 实验装 置研究支架上力的分解，A、B 为两个相同的双向力传感器，该型号 传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A 连接质量 不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B 固定不动，通过光滑 铰链连接长 0.3 m 的杆．将细绳连接在杆右端 O 点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步 骤操作： ①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ ②对两个传感器进行调零 ③用另一根绳在 O 点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数 ④取下钩码，移动传感器 A 改变 θ 角重复上述实验步骤，得到表格. F1 1.001 0.580 … 1.002 … F2 －0.868 －0.291 … 0.865 … θ 30° 60° … 150° … (1)根据表格，A 传感器对应的是表中力 ________(选填“F1”或“F2”)．钩码质量为________kg(g 取 10 m/s2，保留 1 位有效数字)． (2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________． A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．为了消除横杆自身重力对结果的影响 D．可以完全消除实验的误差 3．(2019·全国押题卷二)甲、乙同学均设计了测动摩擦因数的实验，已知重力加速度为 g. (1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中 A 为置于水平面上的质量为 M 的长直木板， B 为木板上放置的质量为 m 的物块，C 为物块右端连接的一个轻质弹簧测力计，连接弹簧的 细绳水平，实验时用力向左拉动 A，当 C 的示数稳定后(B 仍在 A 上)，读出其示数 F，则该设 计能测出________(填“A 与 B”或“A 与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为 μ＝ ________． (2)乙同学的设计如图乙所示，他在一端带有定滑轮的长木板上固定 A、B 两个光电门，与 光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细 绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面上，物块与滑轮间的细 绳水平，实验时，多次改变沙桶中沙的质量，每次都让物块从靠近光电门 A 处由静止开始运 动，读出多组测力计示数 F 及对应的物块在两光电门之间的运动时间 t；在坐标系中作出 F－ 1 t2的图线如图丙所示，图线的斜率为 k，与纵轴的截距为 b，因乙同学不能测出物块质量，故 该同学还应该测出的物理量为________(填所测物理量及符号)．根据所测物理量及图线信息， 可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为 μ＝________． 热点 17　力学创新实验1．解析：(1)Ⅱ.由平抛运动规律，s＝vt，h＝ 1 2gt2，解得 v＝s g 2h.设弹簧被压缩时的弹性 势能为 Ep，由功能关系可知 Ep－μmgx＝ 1 2mv2，而 Ep＝ 1 2kx2，解得 μ＝ kx 2mg－ s2 4hx. (2)Ep－μmgx＝ 1 2mv2，而 v＝s g 2h，有 Ep＝μmgx＋ mgs2 4h ，对照题给 s2－ 1 m图象，变形得 s2＝ 4hEp g · 1 m－4μhx.由 s2－ 1 m图象可知，图线斜率 b a＝ 4hEp g ，图线在纵轴上的截距 b＝4μhx，解得滑 块与水平桌面之间的动摩擦因数 μ＝ b 4hx；弹性势能大小为 Ep＝ bg 4ha. 答案：(1)Ⅰ.①③②④　Ⅱ. kx 2mg－ s2 4hx　(2) b 4hx　 bg 4ha 2．解析：(1)A 传感器中的力均为拉力，为正值，故 A 传感器对应的是表中力 F1，平衡时， mg＝F1sin θ，当 θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得 m＝0.05 kg. (2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故 C 正 确． 答案：(1)F1　0.05　(2)C 3．解析：(1)当 A 达到稳定状态时，B 处于静止状态，弹簧测力计的读数 F 与 B 所受的滑 动摩擦力 f 大小相等．B 对木块 A 的压力大小等于 B 的重力 mg，由 f＝μFN 得：μ＝ F mg，由 C 上读取 F，即可求出 A 与 B 间的动摩擦因数 μ； (2)小车由静止开始做匀加速运动，根据匀加速直线运动位移公式得：x＝ 1 2at2，解得：a＝ 2x t2，根据牛顿第二定律得：对于小车 F－μmg＝ma，则 F＝μmg＋ma＝μmg＋ 2mx t2 ，图线的斜率 为 k＝2mx，纵轴的截距为 b＝μmg，k 与摩擦力是否存在无关，小车与木板间的动摩擦因数 μ＝ b mg＝ b k 2xg ＝ 2bx kg ，故该同学还应该测出的物理量是光电门 A、B 之间的距离 x. 答案：(1)A 与 B　 F mg　(2)光电门 A、B 之间的距离 x　 2xb kg