知識(shí)點(diǎn)七 力學(xué)實(shí)驗(yàn)-2021年高考物理分類題庫

知識(shí)點(diǎn)七力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(2021·全國甲卷·T22)為測量小銅塊與瓷磚表面間的動(dòng)摩擦因數(shù),一同學(xué)將貼有標(biāo)尺的瓷磚的一端放在水平桌面上,形成一傾角為α的斜面(已知sinα=0.34,cosα=0.94),小銅塊可在斜面上加速下滑,如圖所示。該同學(xué)用手機(jī)拍攝小銅塊的下滑過程,然后解析視頻記錄的圖像,獲得5個(gè)連續(xù)相等時(shí)間間隔(每個(gè)時(shí)間間隔ΔT=0.20s)內(nèi)小銅塊沿斜面下滑的距離si(i=1,2,3,4,5),如下表所示。s1s2s3s4s55.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm由表中數(shù)據(jù)可得,小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為m/s2,小銅塊與瓷磚表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字,重力加速度大小取9.80m/s2)

【解析】奇數(shù)數(shù)段紙帶使用逐差法時(shí),我們舍去中間一段紙帶,由a1=,a2=得a=,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得a≈0.43m/s2;由a=gsinα-μgcosα得μ=≈0.32。答案:0.430.322.(2021·全國乙卷·T22)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝,頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光,某次拍攝后得到的照片如圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開軌道的影像)。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板,紙板與小球軌跡所在平面平行,其上每個(gè)方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖(b)中標(biāo)出。完成下列填空:(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運(yùn)動(dòng)到圖(b)中位置A時(shí),其速度的水平分量大小為m/s,豎直分量大小為m/s;

(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得,當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙/s2。

【解析】(1)小球運(yùn)動(dòng)到圖(b)中位置A時(shí),其速度的水平分量大小vx==100cm/s=1.0m/s,豎直分量大小vy==196cm/s≈2.0m/s。(2)豎直方向y1=6.1cm、y2=8.6cm、y3=11.0cm、y4=13.4cm,由g1=、g2=可得,g==,其中T=0.05s,解得g=9.7m/s2。答案:(1)1.02.0(2)9.73.(2021·河北選擇考·T12)某同學(xué)利用圖1中的實(shí)驗(yàn)裝置探究機(jī)械能變化量與力做功的關(guān)系。所用器材有:一端帶滑輪的長木板、輕細(xì)繩、50g的鉤碼若干、光電門2個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶遮光條的滑塊(質(zhì)量為200g,其上可放鉤碼)、刻度尺。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.80m/s2。實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:①安裝器材,調(diào)整兩個(gè)光電門距離為50.00cm,輕細(xì)繩下端懸掛4個(gè)鉤碼,如圖1所示;②接通電源,釋放滑塊,分別記錄遮光條通過兩個(gè)光電門的時(shí)間,并計(jì)算出滑塊通過兩個(gè)光電門的速度;③保持最下端懸掛4個(gè)鉤碼不變,在滑塊上依次增加一個(gè)鉤碼,記錄滑塊上所載鉤碼的質(zhì)量,重復(fù)上述步驟;④完成5次測量后,計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)中滑塊及所載鉤碼的總質(zhì)量M、系統(tǒng)(包含滑塊、滑塊所載鉤碼和輕細(xì)繩懸掛鉤碼)總動(dòng)能的增加量ΔEk及系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量ΔE,結(jié)果如表所示:M/kg0.2000.2500.3000.3500.400ΔEk/J0.5870.4900.3920.2940.195ΔE/J0.3930.4900.6860.785回答下列問題:(1)實(shí)驗(yàn)中輕細(xì)繩所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為J(保留三位有效數(shù)字);

(2)步驟④中所缺數(shù)據(jù)為;

(3)若M為橫軸,ΔE為縱軸,選擇合適的標(biāo)度,在圖2中繪出ΔE-M圖像;若系統(tǒng)總機(jī)械能的減少量等于克服摩擦力做功,則滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為(保留兩位有效數(shù)字)。

【解析】(1)輕細(xì)繩下端所懸掛鉤碼重力勢能的減少量為4×50×10-3kg×9.80m/s2×0.5m=0.980J。(2)由表格數(shù)據(jù)可知ΔEk+ΔE=0.980J,所以表格中所缺數(shù)據(jù)為0.588J。(3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線,如圖所示:由能量守恒定律得:ΔE=μMgs,所以ΔE-M圖像的斜率表示μgs,所以滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.40。答案:(1)0.980(2)0.588(3)圖見解析0.404.(2021·湖南選擇考·T11)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)用游標(biāo)卡尺測量墊塊厚度h,示數(shù)如圖(b)所示,h=cm;

(2)接通氣泵,將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上,調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平;(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊,改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度;(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊,記錄墊塊個(gè)數(shù)n和滑塊對應(yīng)的加速度a;(5)在右支點(diǎn)下增加墊塊個(gè)數(shù)(墊塊完全相同),重復(fù)步驟(4),記錄數(shù)據(jù)如表:n123456(a/m·s-2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn),繪制圖線。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的,其應(yīng)該是m/s2(保留三位有效數(shù)字)。

【解析】(1)墊塊的厚度為h=1cm+2×0.1mm=1.02cm(5)繪制圖線如圖:根據(jù)mg·=ma可知a與n成正比關(guān)系,則根據(jù)圖像可知,斜率k==解得a≈0.343m/s2答案:(1)1.02(5)見解析圖0.343(上下相差0.005皆可)5.(2021·廣東選擇考·T11)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù),緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端,實(shí)驗(yàn)過程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個(gè)質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn),每滑進(jìn)一個(gè)鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,數(shù)據(jù)如表所示。實(shí)驗(yàn)過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量,進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi=Li+3-Li,(i=1,2,3)計(jì)算彈簧的壓縮量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,ΔL3=cm,壓縮量的平均值==cm;

(2)上述是管中增加個(gè)鋼球時(shí)產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量;

(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數(shù)為N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

【解析】(1)根據(jù)壓縮量計(jì)算公式,ΔL3=L6-L3=(18.09-12.05)cm=6.04cm,壓縮量的平均值為==cm=6.05cm;(2)因三個(gè)ΔL是相差3個(gè)鋼球的壓縮量之差,則所求平均值為管中增加3個(gè)鋼球時(shí)產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量;(3)根據(jù)鋼球的平衡條件有3mgsinθ=k·,解得k=N/m≈48.6N/m。答案:(1)6.046.05(2)3(3)48.6【易錯(cuò)警示】(1)是增加3個(gè)球時(shí)產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量。(2)在斜面上做實(shí)驗(yàn),因此使彈簧壓縮的是重力沿斜面的分力。6.(2021·浙江6月選考·T17（1）)(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,小王用如圖1所示的裝置,讓重物從靜止開始下落,打出一條清晰的紙帶,其中的一部分如圖2所示。O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn),A、B、C和D為另外4個(gè)連續(xù)打下的點(diǎn)。①為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,對體積和形狀相同的重物,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇密度大的理由是

。

②已知交流電頻率為50Hz,重物質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,則從O點(diǎn)到C點(diǎn),重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|=J、C點(diǎn)的動(dòng)能EkC=J(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。比較EkC與|ΔEp|的大小,出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是(單選)。

A.工作電壓偏高B.存在空氣阻力和摩擦力C.接通電源前釋放了紙帶【解析】①在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,選擇的重物的質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,這樣可以減小阻力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差。②題圖中可以讀出hOC=0.279m,減少的重力勢能ΔEp=mgh=0.2×9.8×0.279J≈0.547J,打下C點(diǎn)時(shí),物體的速度vC=m/s≈2.41m/s,對應(yīng)動(dòng)能EkC=m=0.581J。電壓高低不會(huì)影響打點(diǎn)時(shí)間間隔,對實(shí)驗(yàn)不會(huì)造成影響,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;如果是存在空氣阻力等,那么減少的重力勢能應(yīng)大于增加的動(dòng)能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;如果接通電源前釋放了紙帶,則紙帶記錄的下落距離偏小,所以導(dǎo)致計(jì)算出減少的重力勢能比增加的動(dòng)能少,選項(xiàng)C正確。答案:①減小空氣阻力對實(shí)驗(yàn)造成的誤差(類似的解釋均可)②0.5470.581C7.(2021·山東等級(jí)考·T13)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,如表所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),回答下列問題:碰撞次序1234567碰撞時(shí)刻(s)1.121.582.002.402.783.143.47(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(選填“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)豎直上拋和自由落體運(yùn)動(dòng)的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為h0=g=×9.8×(0.2)2m≈0.20m。(2)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=k