考點(diǎn)七 力學(xué)實(shí)驗(yàn)-2020年高考物理分類題庫

考點(diǎn)七力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(2020·全國Ⅰ卷)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理,所用器材包括:氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)開動(dòng)氣泵,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,輕推滑塊,當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間時(shí),可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平;

(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2;(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接,并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊;(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動(dòng)下從左邊開始運(yùn)動(dòng),和計(jì)算機(jī)連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間t12;(5)在遮光片隨滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力,拉力沖量的大小I=,滑塊動(dòng)量改變量的大小Δp=;(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)

(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為:d=1.000cm,m1=1.50×10-2kg,m2=0.400kg,Δt1=3.900×10-2s,Δt2=1.270×10-2s,t12=1.50s,取g=9.80m/s2。計(jì)算可得I=N·s,Δp=kg·m·s-1;(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(7)定義,本次實(shí)驗(yàn)δ=%(保留1位有效數(shù)字)

【解析】(1)當(dāng)滑塊經(jīng)過A、B兩個(gè)光電門時(shí)間大約相等時(shí),速度相等,此時(shí)由于阻力很小,可以認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌是水平的。(5)拉力沖量的大小I=m1gt12;滑塊動(dòng)量改變量。(6)I=m1gt12=1.5×10-2×9.8×1.5N·s=0.221N·s;Δp==0.212kg·m·s-1。(7)答案:(1)大約相等(5)m1gt12(6)0.2210.212(7)42.(2020·全國Ⅱ卷)一細(xì)繩跨過懸掛的定滑輪,兩端分別系有小球A和B,如圖所示。一實(shí)驗(yàn)小組用此裝置測量小球B運(yùn)動(dòng)的加速度。令兩小球靜止,細(xì)繩拉緊,然后釋放小球,測得小球B釋放時(shí)的高度h0=0.590m,下降一段距離后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的時(shí)間T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小為a=m/s2(保留3位有效數(shù)字)。從實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)得知,小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間=9.80m/s2。根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算可得小球B加速度的大小為a'=m/s2(保留3位有效數(shù)字)。

可以看出,a'與a有明顯差異,除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外,寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因:。

【解析】B球下落的高度為Δh=h0-h=0.490m,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得Δh=aT2,解得a≈1.84m/s2;對(duì)A、B兩球,分別由牛頓第二定律得:FT-mAg=mAa',mBg-FT=mBa',聯(lián)立二式解得a'=1.96m/s2;a'與a有明顯差異的原因是滑輪的軸不光滑。答案:1.841.96滑輪的軸不光滑(或滑輪有質(zhì)量)3.(2020·全國Ⅲ卷)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后,掛上鉤碼,鉤碼下落,帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)并打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。已知打出圖(b)中相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s,從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到,打出B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vB=m/s,打出P點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vP=m/s。(結(jié)果均保留2位小數(shù))

若要驗(yàn)證動(dòng)能定理,除了需測量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外,還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為。

【解析】打B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vB=m/s=0.36m/s,打P點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vP=m/s=1.80m/s。小車從B運(yùn)動(dòng)到P的過程中,mgsBP=Mv2P-Mv2B,所以還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為B、P之間的距離。答案:0.361.80B、P之間的距離4.(2020·浙江7月選考)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),圖甲是教材中的實(shí)驗(yàn)方案;圖乙是拓展方案,其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:(ⅰ)掛上托盤和砝碼,改變木板的傾角,使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑;(ⅱ)取下托盤和砝碼,測出其總質(zhì)量為m,讓小車沿木板下滑,測出加速度a;(ⅲ)改變砝碼質(zhì)量和木板傾角,多次測量,通過作圖可得到a-F的關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶,計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個(gè)點(diǎn)未畫出,則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd=m/s(保留兩位有效數(shù)字);

(2)需要滿足條件M?m的方案是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作a-F圖象時(shí),把mg作為F值的是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。

【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期T=0.1s,由勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得,在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度vd=≈0.19m/s。(2)在圖甲的實(shí)驗(yàn)方案中,由托盤和砝碼的重力提供拉力,讓小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律可得mg=(M+m)a,則a=·g,則繩子對(duì)小車的拉力F=Ma=·mg。當(dāng)M?m時(shí),繩子拉力近似等于托盤和砝碼的重力,故甲需要滿足M?m。在圖乙的實(shí)驗(yàn)方案中,掛上托盤和砝碼,小車勻速下滑,設(shè)斜面的傾斜角為θ,斜面和紙帶對(duì)小車的摩擦力或阻力總和為f,則有Mgsinθ=f+mg,取下托盤和砝碼,小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律可得Mgsinθ-f=Ma,即mg=Ma,故乙方案中,不需要滿足M?m。在甲、乙方案中,均用托盤和砝碼的重力mg作為小車勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合力F。答案:(1)0.19(0.18~0.19均可)(2)甲甲和乙5.(2020·浙江7月選考)某同學(xué)用單擺測量重力加速度,(1)為了減少測量誤差,下列做法正確的是(多選);

A.擺的振幅越大越好B.擺球質(zhì)量大些、體積小些C.擺線盡量細(xì)些、長些、伸縮性小些D.計(jì)時(shí)的起、止位置選在擺球達(dá)到的最高點(diǎn)處(2)改變擺長,多次測量,得到周期平方與擺長的關(guān)系圖象如圖所示,所得結(jié)果與當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎迪喾?但發(fā)現(xiàn)其延長線沒有過原點(diǎn),其原因可能是。

A.測周期時(shí)多數(shù)了一個(gè)周期B.測周期時(shí)少數(shù)了一個(gè)周期C.測擺長時(shí)直接將擺線的長度作為擺長D.測擺長時(shí)將擺線的長度加上擺球的直徑作為擺長【解析】(1)單擺在擺角很小的情況下才做簡諧運(yùn)動(dòng),單擺的擺角不能太大,一般不能超過5°,否則單擺將不做簡諧運(yùn)動(dòng),故A做法錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)盡量選擇質(zhì)量大的、體積小的小球,減小空氣阻力,減小實(shí)驗(yàn)誤差,故B做法正確;為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,擺線應(yīng)選輕且不易伸長的細(xì)線,實(shí)驗(yàn)選擇細(xì)一些的、長度適當(dāng)、伸縮性小的繩子,故C做法正確;物體在平衡位置(最低點(diǎn))速度最大,計(jì)時(shí)更準(zhǔn)確,故D做法錯(cuò)誤。(2)單擺的周期,即T2=·l,但是實(shí)驗(yàn)所得T2-l圖線延長線沒過原點(diǎn),測得重力加速度與當(dāng)?shù)亟Y(jié)果相符,則斜率仍為;則T2=·(l+l0),故實(shí)驗(yàn)可能是測量時(shí)直接將擺線的長度作為擺長了。答案:(1)B、C(2)C6.(2020·江蘇高考)疫情期間“停課不停學(xué)”,小明同學(xué)在家自主開展實(shí)驗(yàn)探究。用手機(jī)拍攝物體自由下落的視頻,得到分幀圖片,利用圖片中小球的位置來測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球,其中最適合用作實(shí)驗(yàn)中下落物體的是。

(2)下列主要操作步驟的正確順序是。(填寫各步驟前的序號(hào))

①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球,從刻度尺旁由靜止釋放③手機(jī)固定在三腳架上,調(diào)整好手機(jī)鏡頭的位置④打開手機(jī)攝像功能,開始攝像停止攝像,從視頻中截取三幀圖片,圖片中的小球和刻度如圖乙所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時(shí)間間隔為s,刻度尺的分度值是1mm,由此測得重力加速度為m/s2。

(4)在某次實(shí)驗(yàn)中,小明釋放小球時(shí)手稍有晃動(dòng),視頻顯示小球下落時(shí)偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片,(選填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測出重力加速度。

【解析】(1)要測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣刃枰M量減小空氣阻力的影響,所以密度大體積小的小鋼球最適合。(2)要完成實(shí)驗(yàn)首先應(yīng)該將刻度尺豎直固定在墻上,安裝好三腳架,調(diào)整好手機(jī)攝像頭的位置;因?yàn)橄侣鋾r(shí)間很短,所以一定要先打開攝像頭開始攝像,然后再將小球從刻度尺旁由靜止釋放,故順序?yàn)棰佗邰堍凇?3)由三張圖片讀出小球所在位置的刻度分別為2.50cm,26.50cm,77.20cm;小球做自由落體運(yùn)動(dòng),根據(jù)Δx=gT2可得≈9.61m/s2。(4)因?yàn)榫退阈∏蚱x了豎直方向,但是小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)依然是自由落體運(yùn)動(dòng),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響,故仍能用前面的方法測量出重力加速度。答案:(1)小鋼球(2)①③④②(3)9.61(9.5~9.7)(4)仍能7.(2020·天津等級(jí)考)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1所示裝置測定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫紙疊放一起固定在豎直木板上,在桌面上固定一個(gè)斜面,斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行。每次改變木板和桌邊之間的距離,讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下,通過碰撞復(fù)寫紙,在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。(1)為了正確完成實(shí)驗(yàn),以下做法必要的是。

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平B.每次應(yīng)使鋼球從靜止開始釋放C.使斜面的底邊ab與桌邊重合D.選擇對(duì)鋼球摩擦力盡可能小的斜面(2)實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m,在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm,示意如圖2。重力加速度g=10m/s2,鋼球平拋的初速度為m/s。

(3)圖1裝置中,木板上懸掛一條鉛垂線,其作用是。

【解析】(1)選A、B。由于本實(shí)驗(yàn)要測定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度,鋼球從固定斜面滑下后,桌面應(yīng)保持水平才能保證初速度水平,故A正確;要保證每次釋放都是同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng),應(yīng)使鋼球從同一位置由靜止開始釋放,保證做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度相同,減小實(shí)驗(yàn)誤差,故B正確;若斜面的底邊ab與桌邊重合,則鋼球下滑后將做斜下拋運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;鋼球下滑時(shí)對(duì)斜面是否粗糙無要求,只要確保鋼球能下滑即可,故D錯(cuò)誤。故選A、B。(2)由于鋼球平拋時(shí)豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),所以根據(jù)Δy=gT2,代入數(shù)據(jù)解得相鄰時(shí)間T=0.1s,由于每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m,所以根據(jù)x=,代入數(shù)據(jù)解得平拋的初速度為2m/s。(3)由于斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行,故根據(jù)鉛垂線可以方便將木板調(diào)整到豎直平面。答案:(1)A、B(2)2(3)方便將木板調(diào)整到豎直平面8.(2020·山東等級(jí)考)2020年5月,我國進(jìn)行了珠穆朗瑪峰的高度測量,其中一種方法是通過使用重力儀測量重力加速度,進(jìn)而間接測量海拔高度。某同學(xué)受此啟發(fā)就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮　?shí)驗(yàn)步驟如下:①如圖甲所示,選擇合適高度的墊塊,使木板的傾角為53°,在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺(圖中未畫出)。②調(diào)整手機(jī)使其攝像頭正對(duì)木板表面,開啟視頻錄像功能。將小物塊從木板頂端釋放,用手機(jī)記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運(yùn)動(dòng)的情況。然后通過錄像的回放,選擇小物塊運(yùn)動(dòng)路徑上合適的一點(diǎn)作為測量參考點(diǎn),得到小物塊相對(duì)于該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離L與運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的數(shù)據(jù)。③該同學(xué)選取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫出了-t圖像,利用圖像數(shù)據(jù)得到小物塊下滑的加速度大小為5.6m/s2。④再次調(diào)節(jié)墊塊,改變木板的傾角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)?；卮鹨韵聠栴}:(1)當(dāng)木板的傾角為37°時(shí),所繪圖像如圖乙所示。由圖像可得,物塊過測量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小為m/s;選取圖線上位于坐標(biāo)紙網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的A、B兩點(diǎn),利用A、B兩點(diǎn)數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù),進(jìn)一步分析得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮閙/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字,sin37°=0.60,cos37°=0.80)

【直擊題眼】本題的題眼及其暗示:(1)“-t圖像”暗示了解決此題的關(guān)鍵是找L與t的關(guān)系式;(2)“由圖像可得,物塊過測量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小”說明L與t的關(guān)系式中應(yīng)含有“物塊過測量參考點(diǎn)時(shí)速度