（江蘇選考）2023版高考物理二輪復習第一部分專題五物理實驗專題跟蹤檢測（二十二）力學實驗與創(chuàng)新

PAGEPAGE1專題跟蹤檢測〔二十二〕力學實驗與創(chuàng)新1．(2022·天津高考)某同學利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)(多項選擇)實驗中，必須的措施是________。A．細線必須與長木板平行B．先接通電源再釋放小車C．小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D．平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的局部計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm。那么小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s。(結果均保存兩位有效數(shù)字)解析：(1)利用打點計時器研究小車的勻變速直線運動時，為順利完成實驗，保證實驗效果，細線與長木板要平行，否那么小車受力會發(fā)生變化，選項A正確；為打的點盡量多些，需先接通電源，再釋放小車，選項B正確；此題中只要保證小車做勻變速運動即可，無需保證小車質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；同理，小車與長木板間可以有不變的摩擦力，無需平衡摩擦力，選項D錯誤。故必要的措施是A、B選項。(2)由s4－s1＝3aT2、s5－s2＝3aT2、s6－s3＝3aT2知加速度a＝eq\f(s4＋s5＋s6－s1－s2－s3,9T2)＝0.80m/s2，打B點時小車的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s。答案：(1)AB(2)0.800.402．(2022·山東高考)某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定那么。實驗步驟：①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應的l，局部數(shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′。④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端到達O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。完成以下作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙中畫出F-l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm。丙(2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，那么FOA的大小為________N。(3)根據(jù)給出的標度，在圖丁中作出FOA和FOB的合力F′的圖示。丁(4)通過比擬F′與________的大小和方向，即可得出實驗結論。解析：(1)在坐標系中描點，用平滑的曲線(直線)將各點連接起來，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側。如圖甲所示，由圖線可知與橫軸的交點l0＝10.0cm。(2)橡皮筋的長度l＝OA＋OB＝13.60cm，由圖甲可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N。(3)利用給出的標度作出FOA和FOB的圖示，然后以FOA和FOB為鄰邊的平行四邊形，對角線即為合力F′，如圖乙。(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB兩個力的作用效果相同，F(xiàn)′是FOA、FOB兩個力的合力，所以只要比擬F′和FOO′的大小和方向，即可得出實驗結論。答案：(1)見解析圖甲10.0(9.8、9.9、10.1均正確)(2)1.80(1.70～1.90均正確)(3)見解析圖乙(4)FOO′3.(2022·宿遷二模)如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律〞的實驗。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。那么：(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝________mm。(2)小球經(jīng)過光電門B時的速度表達式為v＝________。(3)屢次改變高度H，重復上述實驗，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖像如圖丙所示，當圖中量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達式____________時，可判斷小球下落過程中機械能守恒。(4)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將________(選填“增加〞、“減小〞或“不變〞)。解析：(1)由題圖乙可知，主尺的刻度為7mm；游標尺對齊的刻度為5；故讀數(shù)為：(7＋5×0.05)mm＝7.25mm。(2)小球經(jīng)過光電門時的時間和小球的直徑，那么可以由平均速度表示小球經(jīng)過光電門時的速度；故v＝eq\f(d,t)。(3)假設小球減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒，那么有：mgH0＝eq\f(1,2)mv2，即：2gH0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t0)))2，解得：2gH0t02＝d2。(4)由于實驗過程中有空氣阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將增大。答案：(1)7.25(2)eq\f(d,t)(3)2gH0t02＝d2(4)增大4．“驗證機械能守恒定律〞的實驗裝置可以采用如下圖的甲或乙方案來進行。(1)比擬這兩種方案，________(填“甲〞或“乙〞)方案好些。(2)該同學開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源后釋放連有重物的紙帶。請指出該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當?shù)牡胤剑孩賍_____________________；②______________________。(3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁中所示。相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s。那么物體運動的加速度a＝________；該紙帶是采用________(填“甲〞或“乙〞)實驗方案得到的。解析：(1)機械能守恒的前提是只有重力做功，實際操作的方案中應該使摩擦力越小越好，誤差小，操作方便。乙方案中小車受斜面的摩擦力影響較大，故甲方案好些。(2)①題圖丙中打點計時器接直流電源，應接交流電源；②重物釋放時離打點計時器太遠，不利于數(shù)據(jù)的采集和測量。(3)采用逐差法求解加速度，a＝eq\f(xDE－xBC＋xCD－xAB,4T2)≈4.8m/s2；因a遠小于重力加速度g，故可能為斜面上小車下滑的加速度，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的。答案：(1)甲(2)打點計時器接直流電源重物釋放時離打點計時器太遠(3)4.8m/s2乙5．如下圖為探究物體運動加速度與物體質(zhì)量、物體受力關系的實驗裝置示意圖，砂和砂桶質(zhì)量用m表示，小車和砝碼的總質(zhì)量用M表示，小車運動加速度用a表示。(1)實驗過程中首先需要平衡小車受到的摩擦力，長木板抬起的角度與小車的質(zhì)量________(填“有關〞或“無關〞)。(2)在探究加速度與小車受力關系的過程中，甲和乙兩小組分別用以下兩組數(shù)據(jù)進行試驗操作，其中你認為合理的是________(填“甲〞或“乙〞)。M甲＝500gM乙＝500g甲m/g20222426乙m/g20304050(3)在探究加速度a與小車質(zhì)量M關系的過程中，應該保持________不變，通過增減小車中砝碼以改變小車的質(zhì)量M，實驗測出幾組a、M數(shù)據(jù)，選項圖中圖線能直觀且正確反映a和M關系的是________。解析：(1)做該實驗需要平衡摩擦力，所以要在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復移動木塊的位置，讓小車做勻速直線運動，此時滿足：Mgsinθ＝μMgcosθ，由等式可知，長木板抬起的角度與小車的質(zhì)量無關。(2)在探究加速度與小車受力關系實驗的過程中，測量的數(shù)據(jù)要有明顯的變化，才能使實驗更有說服力。從表格中的數(shù)據(jù)來看，甲的實驗過程中m的變化即拉力的大小變化很小，那么加速度的變化也會很小，這樣的實驗誤差可能會比擬大，是不合理的。相比之下，乙的數(shù)據(jù)更合理。(3)在探究加速度a與小車質(zhì)量M的關系時，保持砂和砂桶質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，在小車質(zhì)量M遠大于砂和砂桶質(zhì)量m時，即當滿足M?m時，可以認為小車受到的拉力(合力)F＝mg，此時加速度a與小車質(zhì)量M成反比，與拉力成正比，以eq\f(1,M)為橫軸，a為縱軸，那么aeq\f(1,M)圖像應是過原點的直線，當小車質(zhì)量M不遠大于砂和砂桶質(zhì)量m時，小車受到的拉力明顯小于砂和砂桶重力，aeq\f(1,M)圖像向下彎曲。故C正確。答案：(1)無關(2)乙(3)砂和砂桶質(zhì)量C6．(2022·南通三模)在“探究動能定理〞實驗中，某實驗小組采用如圖甲所示的裝置，在水平氣墊導軌上安裝了兩個光電門M、N，滑塊上固定一遮光條，細線繞過定滑輪將滑塊與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼。遮光條的寬度為d，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為m。(1)接通氣源，滑塊從A位置由靜止釋放，讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2，力傳感器的示數(shù)為F，改變鉤碼質(zhì)量，重復上述實驗。①為探究在M、N間運動過程中，細線拉力對滑塊做的功W和滑塊動能增量ΔEk的關系，還需要測量的物理量是____________(寫知名稱及符號)；②利用上述實驗中直接測量的物理量表示需探究的關系式為____________。(2)保持鉤碼質(zhì)量不變，改變光電門N的位置，重復實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出從M到N過程中細線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達N時速度二次方v2的關系圖像，如圖乙所示，那么圖線的斜率表示________，圖線在橫軸上的截距表示________________。(3)(多項選擇)以下不必要的實驗操作和要求有________(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)。A．測量鉤碼的質(zhì)量B．調(diào)節(jié)氣墊導軌水平C．調(diào)節(jié)滑輪使細線與氣墊導軌平行D．保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量解析：(1)①根據(jù)動能定理的表達式：FL＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12，還需要測出光電門M、N間的距離L；②v1＝eq\f(d,t1)，v2＝eq\f(d,t2)，利用實驗中直接測量的物理量表示需探究的動能定理的表達式為：FL＝eq\f(1,2)md2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t22)－\f(1,t12)))。(2)根據(jù)動能定理的表達式：W＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02＝eq\f(1,2)m(v2－v02)，W與滑塊到達N時速度二次方v2的關系圖像中，圖線的斜率表示eq\f(m,2)，圖線在橫軸上的截距表示滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方。(3)因為有力傳感器測量滑塊受到的拉力，所以不必測量鉤碼的質(zhì)量，也不必保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量。A、D不必要。答案：(1)①光電門M、N間的距離L②FL＝eq\f(1,2)md2eq\f(1,t22)－eq\f(1,t12)(2)eq\f(m,2)滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方(3)AD7．如下圖，某研究性學習小組為探究“物體的動能與速度的關系〞設計了如下實驗：平直軌道B固定在水平桌面上。彈射裝置A固定于軌道上，小球被勁度系數(shù)較大的壓縮彈簧彈出后從軌道端點O滑出做平拋運動落到地面。彈簧的彈性勢能的表達式為Ep＝eq\f(1,2)kx2，式中的k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量。(1)為減小實驗誤差，彈射裝置距離軌道端點O應該________(選填“近些〞或“遠些〞)。(2)要探究動能與速度的關系，實驗中是否一定要測量軌道面的高度，________(選填“是〞或“否〞)。(3)在實驗過程中改變彈簧的壓縮量x，并測出與其對應的小球做平拋運動的水平位移s，實驗數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)12345x/cm1.02.03.04.05.0s/m0.320.650.951.081.60在坐標紙中根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點并作出合理的圖像。(4)根據(jù)(3)中所作出的圖像，可以得出動能Ek與速度v的關系為____