2019届高考物理二轮复习第二部分热点专练热点九力学实验专项训练.pdf
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1、热点九 力学实验热点九 力学实验 力学实验的关键是测量速度和加速度, 利用打点计时器在与小车(物块)连接在一起的纸 带上打出的点迹,可以得到位移、速度、加速度、时间等物理量,小小纸带连接高考重点考 查的五个力学实验 ; 研究匀变速直线运动,测定动摩擦因数,探究加速度与力、质量的关系, 探究动能定理,验证机械能守恒定律,真可谓“小纸带、大内涵” 。 考向一 游标卡尺与螺旋测微器的读取 (2018南阳第三次月考)用螺旋测微器测圆柱体的直径时, 示数如图 1 甲所示, 此示数为_mm,用 20 分度的游标卡尺测量某物体的厚度时,示数如图乙所示,此示 数为_mm。 图 1 解析 螺旋测微器的固定刻度读
2、数 6 mm, 可动刻度读数为 0.1 mm12.50.125 mm, 所以最终读数为6 mm0.125 mm6.125 mm; 游标卡尺的主尺读数为6.3 cm, 游标尺上第12 个刻度与主尺上某一刻度对齐,因此游标读数为 0.05 mm120.60 mm0.060 cm,所以最 终读数为 6.3 cm0.060 cm6.360 cm63.60 mm。 答案 6.125 63.60 考向二 以纸带为中心的实验 “探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图 2 甲所示,已知 打点计时器所用电源频率为 50 Hz,试回答下列问题。 图 2 (1)实验中在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中
3、, 打出了一条纸带如图乙所示。A、B、C、 D、E、F、G这些点的间距如图中标出,其中每相邻两点间还有 4 个计时点未画出。根据测 量结果计算 : 打C点时小车的速度大小为_ m/s; 小车运动的加速度大小为 _m/s2。 (结果保留 3 位有效数字) (2)平衡好摩擦力后,将 5 个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘,然后每次从小车 上取一个砝码添加到砝码盘中, 测量小车的加速度。 根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总 重力F的实验数据作出的aF图线如图丙所示,此图线不能过原点的主要原因是 _。 (3)在某次利用上述已调整好的装置进行实验时,保持砝码盘中砝码个数不变,小车自 身的质量保持不变(
4、已知小车的质量远大于砝码盘和盘中砝码的质量),在小车上加一个砝 码,并测出此时小车的加速度a,调整小车上的砝码,进行多次实验,得到多组数据,以小 车上砝码的质量m为横坐标, 相应加速度的倒数 为纵坐标, 在坐标纸上作出如图丁所示的 1 a 1 a m关系图线, 实验结果验证了牛顿第二定律。 如果图中纵轴上的截距为b, 图线的斜率为k, 则小车受到的拉力大小为_,小车的质量为_。 解析 (1)纸带上两相邻计数点的时间间隔为T0.10 s,s19.50 cm、s211.00 cm、s312.55 cm、s414.00 cm、s515.50 cm、s617.05 cm,由匀变速直线运动中,物 体在某
5、段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度, 可知打C点时小车的速度 大 小 为vC代 入 数 值 得vC 1.18 m/s, 小 车 的 加 速 度 大 小 为a s2s3 2T ,代入数值得a1.50 m/s2。 (s4s5s6)(s1s2s3) 9T2 (2)平衡摩擦力后,F0 时就产生了加速度,说明未计入砝码盘的重力。 (3)当小车上无砝码时, 小车加速度为a0 , 设小车的质量为M, 则小车受到的拉力为F 1 b Ma0 ;图丁中图线的函数关系式满足 kmb,根据牛顿第二定律得F(mM)a,可解 M b 1 a 得M ,F 。 b k 1 k 答案 (1)1.18 1.50
6、(2)未计入砝码盘的重力 (3) 1 k b k 考向三 力学创新实验 某同学用如图 3 甲所示装置测小滑块与桌面间的动摩擦因数。实验过程如下: 一轻质弹簧放置在粗糙水平固定桌面MN上,弹簧左端固定,弹簧处于原长时,右端恰好在 桌面边缘处,现用一个小滑块压缩弹簧并用销扣锁住。已知当地的重力加速度为g,弹簧的 劲度系数为k。 图 3 (1)实验中涉及下列操作步骤: 用天平测量出小滑块的质量m,查出劲度系数为k的弹簧的形变量为x时的弹性势能 的大小为Epkx2。 1 2 测量桌面到地面的高度h和小滑块抛出点到落地点的水平距离s。 测量弹簧压缩量x后解开锁扣。 计算小滑块与水平桌面间的动摩擦因数。
7、.上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号)。 .上述实验测得小滑块与水平桌面间的动摩擦因数的大小为_。 (2)再通过更换材料完全相同、但大小和质量不同的滑块重复操作,得出一系列滑块质 量m与它抛出点到落地点的水平距离s。根据这些数值,作出s2 图像,如图乙所示,由 1 m 图像可知,滑块与水平桌面之间的动摩擦因数_;每次弹簧被压缩时具有的 弹性势能大小是_。(用b,a,x,h,g表示) 解析 (1)由平抛运动规律:svt,hgt2,解得vs。设弹簧被压缩时的弹 1 2 g 2h 性势能为Ep,由能量守恒得Epmgxmv2,而Epkx2,联立解得。 1 2 1 2 kx 2mg s2 4
8、hx (2)由(1)易得Epmgx,对照题给s2 图像,变形得s2 4hx。 mgs2 4h 1 m 4hEp g 1 m 由s2 图像可知,图线斜率 ,图线在纵轴上的截距b4hx,联立解得滑块与水 1 m b a 4hEp g 平桌面之间的动摩擦因数;弹性势能大小为Ep。 b 4hx bg 4ha 答案 (1). . (2) kx 2mg s2 4hx b 4hx bg 4ha 1某同学想探究弹力和弹簧伸长的关系并测定弹簧的劲度系数k,实验主要步骤如下: 将待测弹簧的一端固定在铁架台上, 然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧, 并使弹簧 另一端的指针恰好指在刻度尺上。 弹簧自然下垂时,指针的指示
9、值记为L0; 弹簧下端挂一个钩码时,指针的指示值记为L1;弹簧下端挂两个钩码时,指针的指 示值记为L2,同理可得L3、L4和L5。(已知每个钩码的质量均为m,重力加速度为g) (1)某时刻指针指在刻度尺上的位置如图 4 甲所示,放大如图乙所示,则读数为 _m。 图 4 (2)为充分利用测量数据,该同学用逐差法求得该弹簧劲度系数的表达式k_。 (用题中给出的物理量符号表示) (3)考虑到弹簧自身重力的影响,k测_k真。(选填“” 、“”或“”) 解析 本题考查探究弹力和弹簧伸长的关系实验, 需要考生能够利用逐差法求解弹簧劲 度系数。(2)根据题意可得k(L3L0)3mg,k(L4L1)3mg,k
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