2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)專題強(qiáng)化練十五力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新含解析

PAGE12-專題強(qiáng)化練(十五)題組一長度讀數(shù)1．某同學(xué)用游標(biāo)卡尺分別測量金屬圓管的內(nèi)、外壁直徑，游標(biāo)卡尺的示數(shù)分別如圖(a)和圖(b)所示．由圖可讀出，圓管內(nèi)壁的直徑為________cm，圓管外壁的直徑為________cm.答案：2.232.992．某同學(xué)利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度．該螺旋測微器校零時(shí)的示數(shù)如圖(a)所示，測量金屬板厚度時(shí)的示數(shù)如圖(b)所示．圖(a)所示讀數(shù)為________mm，圖(b)所示讀數(shù)為________mm，所測金屬板的厚度為________mm.＋0.01×37.0mm＝6.870mm；故所測金屬板的厚度為6.870mm－0.010mm＝6.860mm.答案：0.0106.8706.860題組二紙帶、光電門類試驗(yàn)3．在“探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的試驗(yàn)中，小車拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)．如圖所示，選定五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1s，用刻度尺測量出的數(shù)據(jù)如圖所示，則小車在C點(diǎn)的速度v＝________m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析：求vC的大小，可求得，利用這一段時(shí)間的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得，vC＝eq\f(BD,2t)＝eq\f(27.87－3.07,0.2)m/s＝1.24m/s；利用逐差法求加速度，a＝eq\f(CD＋DE－AB－BC,4t2)＝eq\f(AE－2AC,4t2)＝eq\f(0.4962－2×0.1238,0.04)m/s2＝6.22m/s2.答案：1.246.224．用圖1所示的試驗(yàn)裝置探討小車速度隨時(shí)間變更的規(guī)律．主要試驗(yàn)步驟如下：a．安裝好試驗(yàn)器材．接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次．b．選出一條點(diǎn)跡清楚的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2中A、B、C、D、E、F…所示．c．通過測量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E…點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5…d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖3所示．結(jié)合上述試驗(yàn)步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還須要運(yùn)用的有________和________(填選項(xiàng)前的字母)．A．電壓合適的50Hz溝通電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖3中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出v-t圖象．(3)視察v-t圖象，可以推斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是________．v-t圖象斜率的物理意義是______________________．(4)描繪v-t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對Δt的要求是______(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從試驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．答案：(1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時(shí)間勻稱變更加速度(4)越小越好有關(guān)5.(2024·江蘇卷)某同學(xué)利用如圖所示的試驗(yàn)裝置來測量重力加速度g.細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘．試驗(yàn)操作如下：①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止．釋放重錘2，同時(shí)右手開啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間；④重復(fù)測量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測量值t.請回答下列問題：(1)步驟④可以減小對下落時(shí)間t測量的________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差．(2)試驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小許多，主要是為了________．A．使H測得更精確B．使重錘1下落的時(shí)間長一些C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD．使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起試驗(yàn)誤差．現(xiàn)供應(yīng)一些橡皮泥用于減小該誤差，怎么做？(4)運(yùn)用橡皮泥改進(jìn)試驗(yàn)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0.用試驗(yàn)中的測量量和已知量表示g，得g＝________．解析：(1)對同一物理量多次測量取平均值的目的是減小偶然誤差．(2)設(shè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的加速度為a，則依據(jù)牛頓其次定律得(M＋m)g－Mg＝(2M＋m)a，即a＝eq\f(mg,2M＋m)，而H＝eq\f(1,2)at2，在H肯定時(shí)，a越小，則t越長，這時(shí)測量出時(shí)間t的誤差越?。虼嗽囼?yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小許多，主要是為了使重錘1下落的時(shí)間長一些，選項(xiàng)B正確．(3)由于摩擦阻力的影響，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法為在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥的質(zhì)量使輕拉重錘1時(shí)能視察到其勻速下落．(4)依據(jù)牛頓其次定律得(M＋m)g－Mg＝(2M＋m＋m0)a，①又有H＝eq\f(1,2)at2，②聯(lián)立①②解得g＝eq\f(2（2M＋m＋m0）H,mt2).答案：(1)偶然(2)B(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能視察到其勻速下落．(4)eq\f(2（2M＋m＋m0）H,mt2)6．(2024·黃山一模)某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖甲所示的試驗(yàn)裝置來“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，讓小球從A點(diǎn)自由下落，下落過程中經(jīng)過A點(diǎn)正下方的光電門B時(shí)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門時(shí)間t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.(1)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，該試驗(yàn)還須要測量下列哪些物理量__________．A．小球的質(zhì)量mB．AB之間的距離HC．小球從A到B的下落時(shí)間tABD．小球的直徑d(2)小球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝__________(用題中所給的物理量表示)．(3)調(diào)整AB之間距離H，多次重復(fù)上述過程，作出eq\f(1,t2)隨H的變更＝________．(4)在試驗(yàn)中依據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)際繪出eq\f(1,t2)-H圖象的直線斜率為k(k＜k0)，則試驗(yàn)過程中所受的平均阻力f與小球重力mg的比值eq\f(f,mg)＝________(用k、k0表示)．解析：(1)依據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式可知，方程兩邊可以約掉質(zhì)量，因此不須要測量質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；依據(jù)試驗(yàn)原理可知，須要測量的是A點(diǎn)到光電門B的距離H，故B正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度，不須要測量下落時(shí)間，故C錯(cuò)誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度時(shí)，須要知道擋光物體的尺寸，因此須要測量小球的直徑，故D正確．(2)已知經(jīng)過光電門時(shí)的時(shí)間小球的直徑；則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時(shí)的速度，故v＝eq\f(d,t).(3)若減小的重力勢能等于增加的動(dòng)能時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒；則有：mgH＝eq\f(1,2)mv2；即：2gH＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)，解得：eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)·H，那么該直線斜率k0＝eq\f(2g,d2).(4)乙圖線eq\f(1,t2)＝kH，因存在阻力，則有：mgH－fH＝eq\f(1,2)mv2；所以重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為eq\f(f,mg)＝eq\f(k0－k,k0).答案：(1)BD(2)eq\f(d,t)(3)eq\f(2g,d2)(4)eq\f(k0－k,k0)7．(2024·北京卷)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)狀況．利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的試驗(yàn)．(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的電源是__________(選填選項(xiàng)前的字母)．A．直流電源 B．溝通電源(2)試驗(yàn)中，須要平衡摩擦力和其他阻力．正確操作方法是________(選填選項(xiàng)前的字母)．A．把長木板右端墊高 B．變更小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項(xiàng)前的字母)的狀況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消退了摩擦力和其他阻力的影響．A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O.在紙帶上依次取A、B、C…若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T.測得A、B、C…各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3…，如圖2所示．試驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對小車做的功W＝________，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v＝________．(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)做出如圖3所示的v2-W圖象．由此圖象可得v2隨W變更的表達(dá)式為________．依據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析試驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是__________．(5)假設(shè)已經(jīng)完全消退了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿意遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是______________．解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使有交變電流，故應(yīng)選用溝通電源．(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)采納墊高長木板右端，使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦，故須要在打點(diǎn)狀態(tài)下推斷是否達(dá)到平衡要求．(3)由做功公式知：W＝mgx2；利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知，B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度，vB＝eq\f(x3－x1,2T).(4)依據(jù)圖線，關(guān)系式寫為v2＝kW＋b，在直線上取兩點(diǎn)，如(1.4×10－2，0.07)(8×10－2，0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)，表達(dá)式可寫為v2＝4.7W.把功的單位用基本單位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，簡單得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg－1，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量．(5)若重物質(zhì)量m不滿意遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M，則繩子對小車的拉力實(shí)際不等于重物的重力，由mg＝(M＋m)a和F＝Ma，知F＝eq\f(M,M＋m)mg，由動(dòng)能定理得：eq\f(1,2)mv2＝Fx，v2＝eq\f(2F,m)x＝eq\f(2Mg,M＋m)x，而W＝mgx，則實(shí)際v2-W圖線的斜率k＝eq\f(2M,（M＋m）m)，重物質(zhì)量m與小車質(zhì)量M不變，速度雖然增大，但斜率不變，選項(xiàng)A正確．答案：(1)B(2)AB(3)mgx2eq\f(x3－x1,2T)(4)v2＝4.7W(4.5W～5.0W均正確)質(zhì)量(5)A題組三探究“平行四邊形定則”、“胡克定律”類8．在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn)中，須要將橡皮條的一端固定在水平木板上，先用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條的另一端到某一點(diǎn)并登記該點(diǎn)的位置；再將橡皮條的另一端系兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩套，用兩個(gè)彈簧秤分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條．(1)某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必需留意以下幾項(xiàng)：A．兩根細(xì)繩必需等長B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同始終線上C．在運(yùn)用彈簧秤時(shí)要留意使彈簧秤與木板平面平行D．在用兩個(gè)彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)要留意使兩個(gè)彈簧秤的讀數(shù)相等E．在用兩個(gè)彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)必需將橡皮條的另一端拉到用一個(gè)彈簧秤拉時(shí)登記的位置其中正確的是________．(填入相應(yīng)的字母)(2)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的試驗(yàn)狀況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩．圖乙是在白紙上依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果畫出的力的示意圖．①圖乙中的F與F′兩力中，方向肯定沿AO方向的是________．②本試驗(yàn)采納的科學(xué)方法是________．A．志向試驗(yàn)法 B．等效替代法C．限制變量法 D．建立物理模型法(3)某同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫出了如圖所示的兩個(gè)已知力F1和F2，圖中小正方形的邊長表示2N，兩力的合力用F表示，F(xiàn)1、F2與F的夾角分別為θ1和θ2，關(guān)于F1、F2與F、θ1和θ2關(guān)系正確的有________．A．F1＝4N B．F＝12NC．θ1＝45° D．θ1<θ2解析：(1)兩細(xì)繩套不要太短，但是不肯定要等長，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；橡皮條與兩繩夾角的平分線是否在同始終線上，由兩分力的大小和方向確定，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；用彈簧秤拉細(xì)繩套時(shí)，彈簧秤與木板平面必需平行，選項(xiàng)C正確；驗(yàn)證力的平行四邊形定則試驗(yàn)中，測量分力大小的兩個(gè)彈簧秤的讀數(shù)不肯定要相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；在同一次試驗(yàn)中，須要保持F1和F2的作用效果與合力F的作用效果相同，所以選項(xiàng)E正確，本題答案為C、E.(2)F′是利用一個(gè)彈簧秤將橡皮條拉到結(jié)點(diǎn)O位置的力，F(xiàn)是利用平行四邊形定則作出的與F′作用效果相同的兩個(gè)分力F1和F2的合力，所以沿AO方向的力肯定是F′.本試驗(yàn)中，須要保證單個(gè)拉力的作用效果與兩個(gè)拉力的作用效果相同，即采納了等效替代法．(3)以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，如圖所示，其對角線表示合力F，由圖可知，F(xiàn)1＝4eq\r(2)N，F(xiàn)＝12N，θ＝45°，θ1>θ2，所以選項(xiàng)B、C正確．答案：(1)CE(2)①F′②B(3)BC9．一個(gè)試驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的試驗(yàn)中：(1)甲同學(xué)在做該試驗(yàn)時(shí)，通過處理數(shù)據(jù)得到了如圖甲所示的F-x圖象，其中F為彈簧彈力，x為彈簧長度．請通過圖甲，分析并計(jì)算，該彈簧的原長x0＝________cm，彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.該同學(xué)將該彈簧制成一把彈簧秤，當(dāng)彈簧秤的示數(shù)如圖乙所示時(shí)，該彈簧的長度x＝________cm.(2)乙同學(xué)運(yùn)用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度的圖象如圖丙所示．下列表述正確的是________．A．a(chǎn)的原長比b的長B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D．測得的彈力與彈簧的長度成正比解析：(1)當(dāng)彈力為零時(shí)，彈簧處于原長狀態(tài)，故原長為x0＝8cm，在F-x圖象中斜率代表彈簧的勁度系數(shù)，則k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(6,0.24)N/m＝25N/m，在題圖乙中彈簧秤的示數(shù)F′＝3.0N，可知：x′＝eq\f(F′,k)＝eq\f(3.0,25)m＝0.12m＝12cm，故此時(shí)彈簧的長度x＝x′＋x0＝20cm.(2)在題圖丙中，當(dāng)彈簧的彈力為零時(shí)，彈簧處于原長，故b的原長大于a的原長，故A錯(cuò)誤；斜率代表勁度系數(shù)，故a的勁度系數(shù)大于b的勁度系數(shù)，故B正確，C錯(cuò)誤；彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比，故D錯(cuò)誤．答案：(1)82520(2)B題組四綜合練習(xí)10．(2024·全國卷Ⅲ)甲、乙兩同學(xué)通過下面的試驗(yàn)測量人的反應(yīng)時(shí)間．試驗(yàn)步驟如下：(1)甲用兩個(gè)手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺子的下端(位置恰好處于L刻度處，但未遇到尺子)，打算用手指夾住下落的尺子．(2)甲在不通知乙的狀況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時(shí)間為________(用L、L1和g表示)．(3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間取9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反應(yīng)時(shí)間為__________s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(4)寫出一條能提高測量結(jié)果精確程度的建議：___________________________________________________________________.解析：(2)依據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，得L－L1＝eq\f(1,2)gt2，解得t＝eq\r(\f(2（L－L1）,g)).(3)將g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝eq\r(\f(2（L－L1）,g))，解得t＝0.20s.(4)建議：多次測量取平均值；初始時(shí)乙的手指盡可能接近尺子．答案：(2)eq\r(\f(2（L－L1）,g))(3)0.20(4)多次測量取平均值；初始時(shí)乙的手指盡可能接近尺子11．利用如圖(a)所示的試驗(yàn)裝置可以測量滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．將彈簧放置在水平桌面上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的A、B位置各安裝一個(gè)光電門．讓帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置C，由靜止釋放滑塊，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從A至B所用的時(shí)間t.變更光電門B的位置進(jìn)行多次測量，每次都使滑塊從同一位置由C靜止釋放并用米尺測量AB之間的距離x.登記相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示．x/mm650.0600.0550.0500.0450.0400.0t/ms373330293259228199eq\f(x,t)/(m·s－1)1.74______1.871.931.972.01(1)依據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)空格處應(yīng)填________．(2)請?jiān)趫D(b)給出的坐標(biāo)紙上畫出eq\f(x,t)-t圖線．(3)由所畫出的eq\f(x,t)-t圖線可得出滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________(重力加速度大小g取9.8m/s2，保留兩位有效數(shù)字)．(4)若保持光電門B的位置不變，變更光電門A的位置，重復(fù)上述試驗(yàn)．圖(c)中作出的eq\f(x,t)-t圖線可能正確的是____________．解析：(1)表中記錄的數(shù)據(jù)空格處應(yīng)填eq\f(x,t)＝eq\f(600,330)m/s≈1.82m/s；(2)描點(diǎn)作圖如下(3)由公式x＝eq\f(1,2)at2可知，eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at＝eq\f(1,2)μgt，所以圖線的斜率k＝eq\f(1,2)μg，由圖象可得：k＝eq\f(2.1－1.7,0.42－0.14)≈1.43，聯(lián)立解得：μ≈0.29；(4)由公式x＝v0t＋eq\f(1,2)at2可知，e