專題八 課時(shí)作業(yè)

專題八課時(shí)作業(yè)|聚焦熱點(diǎn)命題視角，破解力學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性考法1．(2023·雅安高三模擬)某興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量滑塊與木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)，他們先將左端帶有擋板的木板固定在水平面上，處于鎖定狀態(tài)的壓縮輕彈簧(彈簧長度較短)左端固定在擋板上，右端與待測(cè)滑塊接觸但不拴接，1和2是固定在木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，如圖甲所示?，F(xiàn)使彈簧解除鎖定，滑塊離開彈簧后，先后通過光電門1、2計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為t1、t2，用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d，示數(shù)如圖乙所示。(1)讀出滑塊的寬度d＝________cm；(2)若t2＝5.0×10－2s，則滑塊通過光電門2的速度為________m/s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)若測(cè)量出兩個(gè)光電門之間的距離為L(L遠(yuǎn)大于d)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則滑塊與木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)μ的表達(dá)式為____________(用字母d、t1、t2、L、g表示)。解析：(1)20分度游標(biāo)卡尺的精確值為0.05mm，則滑塊的寬度為d＝5mm＋9×0.05mm＝5.45mm＝0.545cm。(2)若t2＝5.0×10－2s，則滑塊通過光電門2的速度為v＝eq\f(d,t2)＝eq\f(0.545×10－2,5.0×10－2)m/s≈0.11m/s。(3)根據(jù)牛頓第二定律得μmg＝ma根據(jù)題意，滑塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2＝－2aL聯(lián)立解得μ＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2,2gL)。答案：(1)0.545(2)0.11(3)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))2,2gL)2．(2023·陜西寶雞調(diào)研)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示裝置測(cè)量物塊與水平木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端拴接小物塊，O點(diǎn)為彈簧處于原長時(shí)物塊的位置。先將裝置豎直放置，小物塊平衡時(shí)位于A點(diǎn)，如圖乙所示。(2)再將裝置水平放置，并將小物塊從A點(diǎn)由靜止釋放，沿粗糙程度相同的水平面向右運(yùn)動(dòng)，最遠(yuǎn)到達(dá)B點(diǎn)，如圖甲所示。用刻度尺測(cè)得A、B兩點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為xOA、xOB，且xOA＞xOB，用天平稱得小物塊質(zhì)量為m。已知重力加速度為g，則彈簧的勁度系數(shù)k＝________；若彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式為eq\f(1,2)kx2(k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量)，則物塊與水平木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為________。(以上兩空均用題中已知物理量的字母表示)(3)若小物塊質(zhì)量的測(cè)量數(shù)值比真實(shí)值偏小，則測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析：(2)裝置豎直放置，小物塊平衡時(shí)，恰好位于A點(diǎn)，則有mg＝kxOA解得k＝eq\f(mg,xOA)由能量守恒定律得eq\f(1,2)kxOA2＝eq\f(1,2)kxOB2＋μmg(xOA＋xOB)，解得μ＝eq\f(xOA－xOB,2xOA)。(3)表達(dá)式與m無關(guān)，所以測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)與真實(shí)值相等。答案：(2)eq\f(mg,xOA)eq\f(xOA－xOB,2xOA)(3)相等3．(2023·四川巴中模擬)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究小組用步進(jìn)電機(jī)、圓盤、小物塊、手機(jī)等制作了圓周運(yùn)動(dòng)綜合探究平臺(tái)，探究圓周運(yùn)動(dòng)中向心力、向心加速度等各個(gè)物理量之間的關(guān)系。(1)手機(jī)內(nèi)部自帶加速度傳感器，可測(cè)量向心加速度大小與方向，規(guī)定x、y、z三個(gè)方向的正方向如圖甲所示。某同學(xué)站在轉(zhuǎn)臺(tái)上將手水平伸直，以不同朝向拿著手機(jī)，如圖乙所示以自己身體為軸旋轉(zhuǎn)，某段時(shí)間內(nèi)測(cè)得y軸方向加速度—時(shí)間圖像如圖丙，x、z軸方向加速度為零，則該同學(xué)可以是________(填選項(xiàng)前的字母)。A．將手機(jī)豎起，手機(jī)屏幕正對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)B．手機(jī)平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊正對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)C．手機(jī)平放在手掌上，屏幕朝上，讓側(cè)邊正對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)(2)為了測(cè)加速度傳感器在手機(jī)中位置，該同學(xué)如圖丁將手機(jī)沿徑向平放固定在圓盤上，底邊正對(duì)圓盤轉(zhuǎn)軸，讓步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)，手機(jī)的加速度、角速度等值可通過手機(jī)軟件讀取，由an-ω2的圖像獲得斜率為k(使用國際單位)，再用刻度尺測(cè)量手機(jī)底邊到轉(zhuǎn)軸的長度d，如圖丁放大圖，則d＝________m。手機(jī)內(nèi)部加速度傳感器到手機(jī)底邊的長度為________(用題目所給的物理量表示)。解析：(1)根據(jù)圖像可知旋轉(zhuǎn)時(shí)有沿y軸負(fù)方向的加速度，向心加速度指向圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，可能是手機(jī)平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊正對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)。故選B。(2)根據(jù)刻度尺的讀數(shù)規(guī)則及題圖可知d＝101.6mm＝0.1016m根據(jù)公式an＝kω2即旋轉(zhuǎn)半徑為k，手機(jī)內(nèi)部加速度傳感器到手機(jī)底邊的長度為k－d。答案：(1)B(2)0.1016(0.1014～0.1018均可)k－d4．某實(shí)驗(yàn)小組用如圖(a)所示裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取⑿∏駻和手機(jī)B分別系在一條跨過定滑輪的不可伸長的細(xì)繩兩端。打開手機(jī)B的傳感器軟件，令小球A和手機(jī)B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時(shí)釋放小球A和手機(jī)B，通過傳感器軟件測(cè)得手機(jī)的加速度隨時(shí)間變化的圖線如圖(b)所示，實(shí)驗(yàn)室提供的物理量有：小球A的質(zhì)量mA＝50.0g，手機(jī)B的質(zhì)量mB＝150.0g，當(dāng)?shù)貙?shí)際重力加速度g＝9.8m/s2。(1)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重力加速度大小為________m/s2。(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重力加速度與實(shí)際重力加速度有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，請(qǐng)寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：______________________________________________________________________________________________________________________。(3)有同學(xué)提出本實(shí)驗(yàn)還可以研究機(jī)械能是否守恒。在小球A上方h高處安裝光電門和配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器。令小球A和手機(jī)B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時(shí)釋放小球A和手機(jī)B，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄小球A通過光電門的時(shí)間t，除實(shí)驗(yàn)室提供的物理量外，還需要測(cè)量的物理量有________________(寫出物理量的名稱和符號(hào))，需要驗(yàn)證的原理式為__________________(用實(shí)驗(yàn)室提供的物理量符號(hào)和測(cè)量的物理量符號(hào)表示)。解析：(1)由題圖(b)讀出手機(jī)的加速度大小為a＝4.7m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有(mB－mA)g1＝(mA＋mB)a，代入數(shù)據(jù)解得g1＝9.4m/s2。(2)測(cè)得的重力加速度小于實(shí)際值，除偶然誤差外，也可能是由于滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量、細(xì)繩有質(zhì)量、手機(jī)和小球運(yùn)動(dòng)過程中受空氣阻力、手機(jī)在下落過程中擺動(dòng)等原因。(3)由于還需要算出小球通過光電門的速度，則還需要測(cè)量小球A的直徑d。根據(jù)功能關(guān)系知，需要驗(yàn)證的原理式為(mB－mA)gh＝eq\f(1,2)(mA＋mB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2。答案：(1)9.4(2)見解析(3)小球A的直徑d(mB－mA)gh＝eq\f(1,2)(mA＋mB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))25．(2023·遼寧高考)某同學(xué)為了驗(yàn)證對(duì)心碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)。將硬幣甲放置在斜面某一位置，標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲，當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí)，測(cè)量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側(cè)與O點(diǎn)重合，將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測(cè)量甲、乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實(shí)驗(yàn)中，甲選用的是________(填“一元”或“一角”)硬幣；(2)碰撞前，甲到O點(diǎn)時(shí)速度的大小可表示為________(設(shè)硬幣與紙板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g)；(3)若甲、乙碰撞過程中動(dòng)量守恒，則eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝________(用m1和m2表示)，然后通過測(cè)得的具體數(shù)據(jù)驗(yàn)證硬幣對(duì)心碰撞過程中動(dòng)量是否守恒；(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化量大小的比值不是1，寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因：_____________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，甲選用的是一元硬幣。(2)甲從O點(diǎn)到P點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)能定理有－μm1gs0＝0－eq\f(1,2)m1v02，解得碰撞前，甲到O點(diǎn)時(shí)速度的大小v0＝eq\r(2μgs0)。(3)同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分別為v1＝eq\r(2μgs1)，v2＝eq\r(2μgs2)，若動(dòng)量守恒，則滿足m1v0＝m1v1＋m2v2，整理可得eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝eq\f(m2,m1)。(4)產(chǎn)生這種誤差可能的原因有：①可能兩個(gè)硬幣厚度不同，兩硬幣重心連線與水平面不平行；②兩硬幣碰撞內(nèi)力不遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，動(dòng)量守恒只是近似滿足，即如果摩擦力非常大，動(dòng)量守恒只是近似滿足。答案：(1)一元(2)eq\r(2μgs0)(3)eq\f(m2,m1)(4)見解析6．某乒乓球愛好者，利用手機(jī)研究乒乓球與球臺(tái)碰撞過程中能量損失的情況。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①固定好手機(jī)，打開錄音功能；②從一定高度由靜止釋放乒乓球；③手機(jī)記錄下乒乓球與臺(tái)面碰撞的聲音，其隨時(shí)間(單位：s)的變化圖像如圖所示。根據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應(yīng)碰撞時(shí)刻，如下表所示。碰撞次序1234567碰撞時(shí)刻/s1.121.582.002.402.783.143.47根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回答下列問題：(1)利用碰撞時(shí)間間隔，計(jì)算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為________m(保留2位有效數(shù)字，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2)。(2)設(shè)碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動(dòng)能為碰撞前動(dòng)能的______倍(用k表示)，第3次碰撞過程中k＝______(保留2位有效數(shù)字)。(3)由于存在空氣阻力，第(1)問中計(jì)算的彈起高度________(填“高于”或“低于”)實(shí)際彈起高度。解析：(1)第3次碰撞到第4次碰撞用時(shí)t0＝2.40s－2.00s＝0.40s，根據(jù)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為h0＝eq\f(1,2)geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(t0,2)))2≈0.20m。(2)設(shè)碰撞后彈起瞬間速度為v2，碰撞前瞬間速度為v1，根據(jù)題意可知eq\f(v2,v1)＝k則每次碰撞損失的動(dòng)能與碰撞前動(dòng)能的比值為eq\f(\f(1,2)mv12－\f(1,2)mv22,\f(1,2)mv12)＝1－eq\f(\f(1,2)mv22,\f(1,2)mv12)＝1－k2第3次碰撞前瞬間速度為第2次碰撞后從最高點(diǎn)落地瞬間的速度v＝gt＝eq\b\lc\(\rc\