2019年高考物理二輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)練案：第13講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 含解析

1、祝學(xué)子學(xué)業(yè)有成，取得好成績(jī)專(zhuān)題五第13講限時(shí)：40分鐘1（2018陜西省寶雞市模擬)如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置.他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)b?；瑝K上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從a處由靜止釋放。(1）該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,如圖乙所示，則d_2.30_mm.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從a位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)b的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是_遮光條到光電門(mén)的距離l(或a、b間的距離）_。（3）改變鉤碼質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)f和遮光條通過(guò)光電門(mén)

2、的時(shí)間t，通過(guò)描點(diǎn)作出_f _(填“t2f”“f”或“f”)的線性圖象.解析（3)由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車(chē)質(zhì)量m不變，因此有v22al，其中v，a，即2l，得f.2（2018廈門(mén)市高三下學(xué)期第二次質(zhì)量檢測(cè)）如圖所示，是探究向心力的大小f與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可使塔輪、長(zhǎng)槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。塔輪自上而下有三層，每層左右半徑比分別是1：1、2:1和3:1.左右塔輪通過(guò)皮帶連接，并可通過(guò)改變皮帶所處的層來(lái)改變左右塔輪的角速度之比。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩個(gè)小球分別放在短槽c處和長(zhǎng)槽的a(或b）處，a、c到塔輪中心的距離相等.兩個(gè)小球隨塔輪做勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力大小可由塔輪

3、中心標(biāo)尺露出的等分格的格數(shù)讀出。（1）在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了_b_來(lái)探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系.a理想實(shí)驗(yàn)法b控制變量法c等效替代法（2）用兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在a、c位置,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左邊標(biāo)尺露出1格,右邊標(biāo)尺露出4格，則皮帶連接的左右塔輪半徑之比為_(kāi)21_。解析（1）向心力和三個(gè)因素有關(guān),所以需要控制其中兩個(gè)恒定，改變第三個(gè)量，從而來(lái)研究向心力和它們的關(guān)系，故采用了控制變量法，b正確;（2)同一條皮帶相連，則a、c線速度相同，故1，根據(jù)題意可知塔輪向心力之比為14,并且塔輪的半徑相同，a、c轉(zhuǎn)動(dòng)和各自的塔輪角速度相同，故,可知，故。3(2018陜西省渭南韓城市高三下學(xué)期第

4、三次模擬）為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系,一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置.其中m為帶滑輪的小車(chē)的質(zhì)量,m為砂和砂桶的質(zhì)量，（滑輪質(zhì)量不計(jì)）（1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作或保證的條件是_bcd_.a用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量b將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高,以平衡摩擦力c小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車(chē),打出一條紙帶,同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)d改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶e為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量m(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶（相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有一個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度為

5、_1.3_m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。（3)以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)(縱、橫坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度相等,且都為國(guó)際單位），畫(huà)出的af圖象是一條直線，圖線與橫軸的夾角為，求得圖線的斜率為k，則小車(chē)的質(zhì)量為_(kāi)d_a2tanbckd解析(1)a、e項(xiàng)：本題拉力可以由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出,不需要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量,也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車(chē)的總質(zhì)量，故a、e錯(cuò)誤;b項(xiàng)：該題是彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出拉力，從而表示小車(chē)受到的合外力，故需要將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力,故b正確;c項(xiàng)：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，要

6、記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，故c正確；d項(xiàng):改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨f變化關(guān)系，故d正確。(2)由于兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有1個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出,故兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為t20.02s0.04s,根據(jù)逐差法a102m/s21。3m/s2。(3)根據(jù)2fma，af，圖象的斜率k,即k，所以小車(chē)的質(zhì)量m，故d正確。4(2018全國(guó)卷高考?jí)狠S卷理綜試題)如圖a所示是打樁機(jī)的簡(jiǎn)易模型。質(zhì)量m1kg的物體在拉力f作用下從與釘子接觸處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),上升一段高度后撤去f,到最高點(diǎn)后自由下落，撞擊釘子后物體不再?gòu)椘?，將釘子打入一定深?若以初始狀態(tài)物體與釘子接觸處為零勢(shì)能點(diǎn)，物體上升過(guò)程中，機(jī)

7、械能e與上升高度h的關(guān)系圖象如圖b所示。不計(jì)所有摩擦，g10m/s2。物體上升過(guò)程所受拉力f_12_n；在整個(gè)過(guò)程中距初始位置_0.6_m處物體的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等.解析根據(jù)功能原理得：efh，得f，可知eh圖象的斜率等于拉力，為：fn12n;由圖可知,物體的機(jī)械能最大為12j，下落的過(guò)程中機(jī)械能守恒，物體的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等時(shí)，均為6j，即：mgh6j，解得：h0.6m.5(2018山東省濰坊市高三下學(xué)期一模)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，一實(shí)驗(yàn)小組讓小球自?xún)A角為30的斜面上滑下,用頻閃相機(jī)記錄了小球沿斜面下滑的過(guò)程,如圖所示,測(cè)得b、c、d、e到a的距離分別為x1、x2、x3、x4，已

8、知相機(jī)的頻閃頻率為f，重力加速度為g9。8m/s2。(1）滑塊經(jīng)過(guò)位置d時(shí)的速度v0_ _。(2）選取a為位移起點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2x圖線，若圖線斜率k_9。8_，則小球下滑過(guò)程機(jī)械能守恒。(3）若改變斜面傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)寫(xiě)出斜面傾角大小對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響。_斜面傾角越大，誤差越小_解析(1)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可知d點(diǎn)的速度等于ce段的平均速度，則有:vd；（2)取小球從a到b進(jìn)行分析,則減小的重力勢(shì)能為epmgxsin30mgx，增加的動(dòng)能為ekmv20mv2，利用v2x來(lái)處理數(shù)據(jù)，小球從a到b機(jī)械能守恒,則有：mv2mgx，即v2gx，由此可知作出的v2x圖

9、是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線，斜率為kg9.8m/s2；(3)在垂直斜面方向，根據(jù)平衡條件有:fnmgcos，若斜面傾角增大，則正壓力減小,摩擦力減小,則誤差越小.6(2018全國(guó)押題卷二）甲、乙同學(xué)均設(shè)計(jì)了動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn),已知重力加速度為g。(1)甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，其中a為置于水平面上的質(zhì)量為m的長(zhǎng)直木板，b為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，c為物塊右端連接一個(gè)輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì),連接彈簧的細(xì)繩水平，實(shí)驗(yàn)時(shí)用力向左拉動(dòng)a，當(dāng)c的示數(shù)穩(wěn)定后（b仍在a上),讀出其示數(shù)f，則該設(shè)計(jì)能測(cè)出_a與b_（填“a與b”或“a與地面）之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為_(kāi) _。（2)乙同學(xué)的設(shè)計(jì)如圖乙所示，他在一端

10、帶有定滑輪的長(zhǎng)木板上固定a、b兩個(gè)光電門(mén),與光電門(mén)相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過(guò)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力，長(zhǎng)木板固定在水平面上,物塊與滑輪間的細(xì)繩水平,實(shí)驗(yàn)時(shí)，多次改變沙桶中沙的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門(mén)a處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，讀出多組測(cè)力計(jì)示數(shù)f及對(duì)應(yīng)的物塊在兩光電門(mén)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t；在坐標(biāo)系中作出f的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，因乙同學(xué)不能測(cè)出物塊質(zhì)量,故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量為_(kāi)光電門(mén)a、b之間的距離x_（填所測(cè)物理量及符號(hào))。根據(jù)所測(cè)物理量及圖線信息，可知物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為_(kāi) _.解析（

11、1)當(dāng)a達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，b處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)f與b所受的滑動(dòng)摩擦力f大小相等。b對(duì)木塊a的壓力大小等于b的重力mg，由ffn得：,由c上讀取f,即可求出a與b間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)小車(chē)由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻加速直線運(yùn)動(dòng)位移公式得：xat2,解得:a，根據(jù)牛頓第二定律得：對(duì)于小車(chē)：fmgma，則：fmgmamg，圖線的斜率為k2mx，縱軸的截距為bmg,k與摩擦力是否存在無(wú)關(guān)，小車(chē)與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù),故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量是光電門(mén)a、b之間的距離x。7(2018河北省衡水中學(xué)二模)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，該裝置由水平長(zhǎng)木板及固定在木板一端的硬幣發(fā)射器

12、組成，硬幣發(fā)射器包括支架、彈片及彈片釋放裝置，釋放彈片可將硬幣以某一初速度彈出。已知一元硬幣和五角硬幣與長(zhǎng)木板間動(dòng)摩擦因數(shù)相同，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：a將一元硬幣置于發(fā)射槽口，釋放彈片將硬幣發(fā)射出去,硬幣沿著長(zhǎng)木板中心線運(yùn)動(dòng)，在長(zhǎng)木板中心線的適當(dāng)位置取一點(diǎn)o，測(cè)出硬幣停止滑動(dòng)時(shí)硬幣右側(cè)到o點(diǎn)的距離。再?gòu)耐晃恢冕尫艔椘瑢⒂矌虐l(fā)射出去，重復(fù)多次，取該距離的平均值記為x1，如圖乙所示；b將五角硬幣放在長(zhǎng)木板上，使其左側(cè)位于o點(diǎn)，并使其直徑與中心線重合，按步驟從同一位置釋放彈片,重新彈射一元硬幣,使兩硬幣對(duì)心正碰，重復(fù)多次，分別測(cè)出兩硬幣碰后停止滑行時(shí)距o點(diǎn)距離的平均值x2和x3，如圖丙所示。（1)為完成該實(shí)驗(yàn)，除長(zhǎng)木板,硬幣發(fā)射器，一元及五角硬幣，刻度尺外，還需要的器材為_(kāi)天平_；(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量為_(kāi)一元硬幣的質(zhì)量m1和五角硬幣的質(zhì)量m2_，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為_(kāi)m1m1m2 _（用測(cè)量物理量對(duì)應(yīng)的字母表示）。解析(1）動(dòng)量為質(zhì)量和速度的乘積，該實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證質(zhì)量不等的兩物體碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，需測(cè)量?jī)晌矬w的質(zhì)量和碰撞前后的速度，因此除給定的器材外