2019年高考物理考纲解读与热点难点突破专题10力学实验综合应用热点难点突破.pdf
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1、专题 10 力学实验综合应用专题 10 力学实验综合应用 1某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图 所示,图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡 光时间为t1,通过B的挡光时间为t2,重力加速度为g.为了证 明小物体通过A、B时的机械能相等,还需 要进行一些实验测量和列式证明 (1)下列必要的实验测量步骤是_ A用天平测出运动小物体的质量m B测出A、B两传感器之间的竖直距离h C测出小物体释放时离桌面的高度H D用秒表测出运动小物体由传感器A到传感器B所用时间 t (2)若该同学用d和t1、t2的
2、比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足_ 关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的 机械能是守恒的 【答案】(1)B (2)2gh ( d t2) 2 ( d t1) 2 故需测出A、B两传感器之间的竖直距离h. 2如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带,O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点, 加速度大小用a表示 (1)OD间的距离为_cm. (2)图乙是根据实验数据绘出的x-t2图线(x为各计数点至同一起点的距离),斜率表示_, 加速度大小为_m/s2(保留三位有效数字) 【答案】(1)1.20 (2)加速度的一半(或 ) 0.933 a 2 3某同学
3、设计了以下的实验来验证机械能守恒定律:在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块 m,滑块可沿米尺自由下落在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A,线框平面在 水平面内,滑块可穿过线框,如图所示把滑块从米尺的 0 刻度线处释放,记下线框所在的刻度h和滑块 穿过线框时的电压U.改变h,调整线框的位置,多做几次实验,记录各次的h,U. (1)如果采用图象法对得出的数据进行分析论证,用图线_(选填“Uh”或“U2h”)更容易得出结 论 (2)影响本实验精确程度的因素主要是_(列举一点即可) 【答案】(1)U2h (2)空气阻力(或电磁感应损失机械能) 【解析】(1)由mghmv2得v
4、, 根据法拉第电磁感应定律得UBLvBL, 则U22B2L2gh, 1 2 2gh2gh 每次滑落时B、L相同,故U2与h成正比,如果采用图象法对得出的数据进行分析论证,线性图线会更 直观,故用U2h图象; (2)由于空气阻力等影响,使滑块下落时减少的重力势能不能完全转化为动能从而带来实验误差 4在“探究加速度与质量的关系”的实验中 (1)备有器材:A.长木板;B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带;C.细绳、小车、砝码;D.装有 细砂的小桶;E.薄木板;F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_ (2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T;B、C间 距s2和D、E间距s4已
5、量出,利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_ (3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a图线, 从图线可得砂和砂桶的总质量为_kg; (g取 10 1 m m/s2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c), 从图线可知乙同学操作过程中可能_ 【答案】(1)天平 (2)a (3)0.02(0.0180.022 均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不 s4s2 2T2 够 (3)根据牛顿第二定律可知,a ,则F即为a图象的斜率,所以砂和砂桶的总重力mgF N0.2 N, 解 F m 1 m 2.4 12 得m0.02 kg. (4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点,当F为某一值时,加速
6、度为零,可知平衡摩擦力不足或未平衡 摩擦力 5某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内,劲度系数为k的弹簧,形变量为x时弹性 势能为Epkx2” ,为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计 1 2 了以 下步骤进行实验 实验步骤: A水平桌面上放一长木板,其左端固定一弹簧,通过细绳与小车左端相连,小车的右端连接打点计时 器的纸带; B将弹簧拉伸x后用插销锁定,测出其伸长量x; C打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定,小车在弹簧作用下运动到左端; D选择纸带上某处的A点测出其速度v; E取不同的x重复以上步骤多次,记录数据并利用功能关系分析结
7、论 实验中已知小车的质量为m,弹簧的劲度系数为k,则: (1)长木板右端垫一小物块,其作用是_ _; (2)如图乙中纸带上A点位置应在_(填s1、s2、s3)的段中取; (3)若Epkx2成立,则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x_ 1 2 【答案】(1)平衡摩擦力 (2)s2 (3)v m k 【解析】本实验的原理是将弹簧的弹性势能转化为小车的动能,长木板右端垫一小物块,其作 用是平衡摩擦力; 根据实验原理, 点间距均匀, 为匀速直线运动阶段, 说明速度达到最大,故纸带上A点位置应在s2 段; 根据能量守恒,有Epkx2mv2,解得:xv. 1 2 1 2 m k 6.某探究学习小组
8、用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数.在实验桌上固定一斜面,在斜面 上距斜面底端挡板一定距离处放置一小滑块,系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球,整 个系统处于静止状态.剪断细线后,小滑块沿斜面向下运动与挡板相碰,小球自由下落与地面相碰,先后听 到两次碰撞的声音.反复调节挡板的位置, 直到只听到一次碰撞的声音.测得此情况下小滑块距挡板的距离x 0.5 m,距桌面距离h0.3 m,小球下落的高度H1.25 m,取g10 m/s2.不考虑空气的阻力,则: (1)小滑块与挡板碰前的速度大小为 m/s. (2)滑块与木板间动摩擦因数的表达式为 (用所给物理量的符号表示) ,代入数据得
9、 . 【答案】 (1)2 (2) 0.25 Hhx2 Hx2h2 【解析】 (1)同时听到声音说明小球与小滑块运动时间相同,设都为t,由小球做自由落体运动有H gt2,解得t0.5 s, 1 2 2H g 则小滑块与挡板碰撞时的速度为v2 m/s. 2x t 7. “动能定理”和“机械能守恒定律”是物理学中很重要的两个力学方面的物理规律.某同学设计了如 图所示的实验装置.一个电磁铁吸住一个小钢球,当将电磁铁断电后,小钢球将由静止开始向下加速运动.小 钢球经过光电门时, 计时装置将记录小钢球通过光电门所用的时间t, 用直尺测量出小钢球由静止开始下 降至光电门时的高度h. (1)该同学为了验证“动
10、能定理”,用游标卡尺测量了小钢球的直径,结果如下图所示,他记录的 小钢球的直径d cm. (2)该同学在验证“动能定理”的过程中,忽略了空气阻力的影响,除了上述的数据之外是否需要 测量小钢球的质量 (填“需要”或“不需要” ). (3)如果用这套装置验证机械能守恒定律,下面的做法能提高实验精度的是 . A.在保证其他条件不变的情况下,减小小球的直径 B.在保证其他条件不变的情况下,增大小球的直径 C.在保证其他条件不变的情况下,增大小球的质量 D.在保证其他条件不变的情况下,减小小球的质量 【答案】 (1)1.320 (2)不需要 (3)AC 8.某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定
11、律. (1)某同学用 20 分度的游标卡尺测量一小球的直径,示数如图甲所示,则小球的直径d cm. (2)如图乙所示,弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过A、B 的时间分别为 tA、tB.用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,用游标卡尺测得小球直径为d,当地的重 力加速度为g,在误差范围内,若公式 成立,就可以验证机械能守恒(用题中 给出的物 理量符号表示). 【答案】 (1)1.020 (2) ()2()22gh d tA d tB 【解析】 (1)游标卡尺示数为 10 mm0.054 mm10.20 mm1.020 cm. 9.如图甲所示是某同学探究加速度与
12、力的关系的实验装置.他在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块 上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块 都从A处由静止释放. (1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d mm. (2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,若要得 到滑块的加速度,还需要测量的物理量是_ _; (3)下列不必要的一项实验要求是 .(请填写选项前对应的字母) A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B.应使A位置与光电门间的距离适当大些 C.应将气垫导轨调节水平 D.应使细线与气垫导轨平行 (4)改变钩
13、码质量,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性 图象,研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出 图象.(选填“t2F” 、“F”或“F” ). 1 t 1 t2 【答案】 (1)2.25 (2)遮光条到光电门的距离L (3)A (4)F 1 t2 【解析】 (1)遮光条的宽度d2 mm50.05 mm2.25 mm. (2)该实验是由物块做匀变速直线运动规律v22ax得加速度a,而v ,所以要得到加速度还 v2 2x d t 需要测量物块释放时遮光条到光电门的距离x. 10在“探究加速度与质量的关系”的实验中 (1)备有器材:A.长木板;B.电磁打点计时器、
14、低压交流电源、纸带;C.细绳、小车、砝码;D.装有细 砂的小桶;E.薄木板;F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_ (2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T;B、C间距s2和D、E间距s4已 量出,利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_ (3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a图线, 从图线可得砂和砂桶的总质量为_kg; (g取10 1 m m/s2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c),从图线可知乙同学操作过程中可能_ 【答案】(1)天平 (2)a (3)0.02(0.0180.022 均正确) s4s2 2T2 (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 (3)根据
15、牛顿第二定律可知,a ,则F即为a图象的斜率,所以砂和砂桶的总重力mgF N0.2 F m 1 m 2.4 12 N,解得m0.02 kg. (4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点,当F为某一值时,加速度为零,可知平衡摩擦力不足或未平衡 摩擦力 11某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内,劲度系数为k的弹簧,形变量为x时弹 性势能为Epkx2” ,为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设 1 2 计了以下步骤进行实验 实验步骤: A水平桌面上放一长木板,其左端固定一弹簧,通过细绳与小车左端相连,小车的右端连接打点计时 器的纸带; B将弹簧拉伸x后
16、用插销锁定,测出其伸长量x; C打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定,小车在弹簧作用下运动到左端; D选择纸带上某处的A点测出其速度v; E取不同的x重复以上步骤多次,记录数据并利用功能关系分析结论 实验中已知小车的质量为m,弹簧的劲度系数为k,则: (1)长木板右端垫一小物块,其作用是_; (2)如图乙中纸带上A点位置应在_(填s1、s2、s3)的段中取; (3)若Epkx2成立,则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x_ 1 2 【答案】(1)平衡摩擦力 (2)s2 (3)v m k 12图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下: 用天平测量物块和
17、遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量 两光电门之间的距离s; 调整轻滑轮,使细线水平; 让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用 的时间 tA和 tB,求出加速度a; 多次重复步骤,求a的平均值;a 根据上述实验数据求出动摩擦因数. 回答下列问题: (1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图(b)所示,其读数为_cm. (2)物块的加速度a可用d、s、tA和 tB表示为a_. (3)动摩擦因数可用M、m、和重力加速度g表示为_.a (4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于_(填“
18、偶然误差”或“系统误差”) 【答案】(1)0.960 (2) 1 2s( d tB) 2( d tA) 2 (3) (4)系统误差 mgMma Mg (4)细线没有调整到水平,造成张力T不水平,若此时以T水平来分析计算,会造成测量值总是偏大或 偏小,这种由于实验操作造成的误差,属于系统误差 13利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨; 导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的小球相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光 时间t,用d表示A点到光电门
19、B处的距离,b表示遮光片的宽度,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑 块通过B点时的瞬时速度,实验时滑块在A处由静止开始运动 (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b,结果如图乙所示,由此读出b_mm. (2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为_ (3)某次实验测得倾角30,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能 增加量可表示为 Ek_,系统的重力势能减少量可表示为 Ep_,在误差允许的范围内, 若 EkEp则可认为系统的机械能守恒 (4)在上次实验中,某同学改变A、B间的距离,作出的v2d图像如图丙所示,并测得Mm,则重力 加速度g_ m/s2. 【答案】(1)3.85 mm (2
20、)b t (3)、(m )gd (4)9.6 mMb2 2t2 M 2 (3)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为 Ek (Mm)( )2 1 2 b t mMb2 2t2 系统的重力势能减少量可表示为:EpmgdMgdsin30(m )gd M 2 比较 Ep和 Ek,若在实验误差允许的范围内相等,即可认为机械能是守恒的 14某探究学习小组的同学欲验证“动能定理” ,他们在实验室组装了一套如图 1 所示的装置:水平轨 道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂 上砝码盘 实验时, 保持轨道和细线水平, 通过调整砝码盘里砝码的质量让
21、小车做匀速运动实现平衡摩擦力 (1)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?(回答“是”或“否”) (2)实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l,如图 2 所示,则l_mm; (3)实验获得以下测量数据:小车(含传感器和挡光板)的总质量M,平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质 量m0,挡光板的宽度l,光电门 1 和光电门 2 的中心距离x,某次实验过程:力传感器的读数F,小车通过 光电门 1 和光电门 2 的挡光时间分别为t1、t2.小车通过光电门 2 后砝码盘才落地,重力加速度为g.该实验 对小车需验证的表达式是_ (用实验中测出的物理量表示) 【答案】(1)否 (2)5.50 (3
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