高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 微專題45 力學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新加練半小時(shí)（含解析）試題

力學(xué)實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新1.(2018·河南省鶴壁市調(diào)研)某同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量滑塊和木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，滑塊上有一寬度為l的擋光片.圖1(1)他首先測量滑塊的加速度.該同學(xué)設(shè)計(jì)的思路是將滑塊從距離光電門不同位置處由靜止釋放，用毫米刻度尺測量出該距離x，用光電門測出對應(yīng)擋光片的擋光時(shí)間t.測出多組x、t的數(shù)據(jù).該同學(xué)在直角坐標(biāo)系中作出eq\f(1,t2)－x的圖象，如果作出的圖象為直線，圖線的斜率為k，則滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度大小a＝________________.(2)實(shí)驗(yàn)中一共掛了三個(gè)鉤碼，如果每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為5m，根據(jù)題中所給的數(shù)據(jù)可求出滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________________.(已知重力加速度為g)2.(2018·福建省寧德市質(zhì)檢)圖2甲所示是測量圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的實(shí)驗(yàn)裝置.水平放置的圓盤繞通過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其邊緣上固定的擋光片從光電門的狹縫中經(jīng)過時(shí)，光電數(shù)字計(jì)時(shí)器可顯示出光線被遮住的時(shí)間.圖乙是用螺旋測微器測量擋光片的寬度，讀數(shù)為________mm；圖丙是用游標(biāo)卡尺測量圓盤的直徑，讀數(shù)為________cm；若光電數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為50.0ms，則圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為________rad/s(保留兩位有效數(shù)字).圖23.(2019·福建省龍巖市質(zhì)檢)某興趣小組想測量一卷彈性可忽略的尼龍線可承受的最大拉力，他們選擇使用拉力傳感器和鋼卷尺來完成實(shí)驗(yàn).他們首先從整卷線上剪下一段樣品線(重力不計(jì))，穿上一個(gè)質(zhì)量很小且光滑度很高的小環(huán)，然后將線兩端分別固定在兩根豎直桿上的兩個(gè)圖3(1)第一次實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳感器的示數(shù)已經(jīng)很大了但仍沒有拉斷尼龍線，他們分析發(fā)現(xiàn)尼龍線的長度不合適，應(yīng)當(dāng)將尼龍線長度________(填“加長”或“縮短”).(2)正確調(diào)整后進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，豎直向下拉光滑小環(huán)，逐漸增大拉力，當(dāng)觀察到傳感器示數(shù)為F時(shí)細(xì)線被拉斷.(3)該興趣小組要想得到尼龍線可承受的最大拉力，還需要測量的物理量是__________(并寫出相應(yīng)的符號(hào)).(4)寫出計(jì)算承受最大拉力的表達(dá)式，F(xiàn)m＝__________.4.(2018·湖北省部分重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)學(xué)習(xí)了“機(jī)械能守恒定律”之后，某研究性學(xué)習(xí)小組自行設(shè)計(jì)了“探究彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn).他們的方法如下：(1)如圖4甲所示，將輕彈簧上端連在固定于鐵架臺(tái)的力傳感器上，當(dāng)用手向下拉伸彈簧時(shí)，彈簧的彈力可從傳感器讀出.用刻度尺測量彈簧的原長和伸長后的長度，從而確定伸長量.測量數(shù)據(jù)如表格所示.伸長量x/(×10－2m)2.004.006.008.0010.00彈力F/N1.603.194.756.388.02(2)以x為橫坐標(biāo)，F(xiàn)為縱坐標(biāo)，請你在圖乙中描繪出彈力與伸長量關(guān)系的圖線.并由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________(保留兩位有效數(shù)字).圖4(3)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè)，如圖丙所示.調(diào)整導(dǎo)軌至水平，使滑塊自由滑動(dòng)時(shí)，通過兩個(gè)光電門的時(shí)間近似相等.(4)用天平稱得滑塊的質(zhì)量m＝300g.(5)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v，釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為________________.(6)多次重復(fù)(5)中的操作，在彈簧彈性限度內(nèi)得到v與x的數(shù)據(jù)整理如下表所示：123456x/(×10－2m)1.002.003.004.005.006.00x2/(×10－4m2)1.004.009.0016.0025.0036.00v/(m·s－1)0.1610.3200.4790.6480.8000.954v2/(m2·s－2)0.0260.1020.2290.4200.64000.910eq\f(1,2)mv2/J0.00390.01530.03440.06300.09600.1365(7)結(jié)合上面測出的勁度系數(shù)k和滑塊質(zhì)量m，可得到表達(dá)式：________________.(8)由上述實(shí)驗(yàn)可得的結(jié)論：______________________________________________.

答案精析1.(1)eq\f(kl2,2)(2)eq\f(3,5)－eq\f(4kl2,5g)解析(1)滑塊到達(dá)光電門處的速度v＝eq\f(l,t)，滑塊從釋放點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到光電門處，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有2ax＝v2，聯(lián)立解得eq\f(1,t2)＝eq\f(2a,l2)x，可知eq\f(1,t2)－x圖象的斜率k＝eq\f(2a,l2)，解得a＝eq\f(kl2,2).(2)因?yàn)椴粷M足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，故需要對鉤碼和滑塊整體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得3mg－μ×5mg＝8m×eq\f(kl2,2)，解得μ＝eq\f(3,5)－eq\f(4kl2,5g).2.7.98020.251.6解析由螺旋測微器讀出擋光片的寬度為d＝7.5mm＋48.0×0.01mm＝7.980mm；由游標(biāo)卡尺讀數(shù)得圓盤的直徑D＝202mm＋5×0.1mm＝202.5mm＝20.25cm.圓盤角速度ω＝eq\f(θ,t)，而θ＝eq\f(d,πD)×2π，綜合兩式并代入數(shù)據(jù)可得ω＝eq\f(2d,Dt)＝eq\f(2×7.980×10－3,20.25×10－2×50.0×10－3)rad/s＝1.6rad/s.3.(1)縮短(3)兩桿之間的距離d，尼龍線的長度l(4)eq\f(Fl,2\r(l2－d2))解析(1)對小環(huán)受力分析，如圖所示.根據(jù)平衡條件得2FTcosθ＝F，解得FT＝eq\f(F,2cosθ)，當(dāng)尼龍線的長度縮短時(shí)，兩尼龍線之間的夾角增大，則cosθ減小，故在相同大小的力F作用下，拉力FT增大，更容易達(dá)到尼龍線的最大拉力，故應(yīng)縮短尼龍線的長度.(3)(4)設(shè)兩桿之間的距離d，兩桿之間細(xì)線的有效長度l，由幾何關(guān)系得cosθ＝eq\f(\r(l2－d2),l)，則Fm＝eq\f(Fl,2\r(l2－d2)).4.(2)見解析圖80N/m(80～85均可)(5)滑塊的動(dòng)能(7)kx2＝mv2或者eq\f(1,2)kx2＝eq\f(1,2)mv2(8)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈性勢能與形變量的平方成正比解析(2)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出的F－x圖象如圖：根據(jù)圖象可