2019届高考物理二轮专题复习专题八物理实验第1讲力学实验与创新限时检测.doc

1、1第 1 讲 力学实验与创新1.(2018福建龙岩模拟)(15 分)在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中.(1)关于操作步骤先后顺序,下列说法正确的是 . A.先测量原长,后竖直悬挂B.先竖直悬挂,后测量原长C.先后顺序对实验结果无影响D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重(2)为了探究弹簧弹力 F 和弹簧伸长量 x 的关系,李强同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图像,从图像上看,该同学没能完全按实验要求做,使图像上端成为曲线,图像上端成为曲线是因为 .这两根弹簧的劲度系数分别为:甲弹簧为 N/m,乙弹簧为 N/m.若要制作一个精确度较高的弹簧测

2、力计,应选弹簧 (填“甲”或“乙”). 解析:(1)为了准确测量弹簧的原长,并消除重力带来的影响,应先将弹簧悬挂,再测原长,故B,D 正确,A,C 错误;(2)向上弯曲的原因是超出了弹性限度,注意该图像中纵坐标为伸长量,横坐标为弹簧弹力,斜率的倒数为劲度系数,由此可求出 k 甲 = N/m66.7 N/m;k 乙 = N/m=200 N/m,由于甲的劲度系数小,因此其精度高.答案:(1)BD(2)弹簧伸长超过弹性限度 66.7 200 甲2.(2018黑龙江哈尔滨二模)(15 分)气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可

3、视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板 C 和 D 的气垫导轨和滑块 A 和 B 验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下:a.用天平分别测出滑块 A,B 的质量 mA,mB;b.调整气垫导轨,使导轨处于水平;c.在 A 和 B 间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;d.用刻度尺测出 A 的左端至挡板 C 的距离 L1;e.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块 A,B 运动时间的计时器开始工作,当 A,B 滑块分别碰撞挡板 C,D 时计时结束,记下 A,B 分别到达 C,D 的运动时间 t1和 t2.(1)实验中还应测量的物理量及其符号是

4、 . (2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是 2,上式中算得的 A,B 两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因有 (至少答出两点). 解析:(1)因系统水平方向动量守恒即 mAvA-mBvB=0,由于系统不受摩擦,故滑块在水平方向做匀速直线运动故有 vA= ,vB=1122所以还要测量的物理量是 B 的右端至 D 板的距离 L2.(2)若要验证动量守恒定律,则 mAvA-mBvB=0,代入得 mA -mB =0;1122由实验原理与实验步骤可知,产生误差的原因:L 1,L2,t1,t2,mA,mB的数据测量误差;没有考虑弹簧推动滑块的加速过程;滑块并不是做标准的匀速直线

5、运动,滑块与导轨间有少许摩擦力;气垫导轨不完全水平.答案:(1)B 的右端至 D 板的距离 L2 (2)m A -mB =0 L 1,L2,t1,t2, mA,mB的数据测量误1122差 没有考虑弹簧推动滑块的加速过程3.(2018山东聊城三模)(15 分)图(甲)为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图,滑块上装有宽度为 d(很小)的遮光条,滑块在钩码作用下先后通过两个光电门,用光电计时器记录遮光条通过光电门 1 的时间 t 以及遮光条从光电门 1 运动到光电门 2 的时间 t,用刻度尺测出两个光电门之间的距离 x.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度 d,示数如图(乙),则 d= cm; (2

6、)实验时,滑块从光电门 1 的右侧某处由静止释放,测得 t=50 ms,则遮光条经过光电门1 时的速度 v= m/s; (3)保持其他实验条件不变,只调节光电门 2 的位置,滑块每次都从同一位置由静止释放,记录几组 x 及其对应的 t,作出 -t 图像如图(丙),其斜率为 k,则滑块加速度的大小 a 与 k 关系可表达为 a= . 解析:(1)主尺的读数为 7 mm,游标尺的读数为 50.1 mm=0.5 mm,故遮光条宽度为 d=7 mm+0.5 mm=0.75 cm.3(2)滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度.则滑块经过光电门时的速度为v= = m/s=0.15

7、 m/s.0.7510250103(3)滑块由光电门 1 运动到光电门 2 的过程中,由位移公式 x=vt+ at2,整理得, =v+ at,因12 12此可知图像的斜率 k= a,则加速度 a=2k.12答案:(1)0.75 (2)0.15 (3)2k4.(2018宁夏石嘴山一模)(15 分)如图(甲)所示是某同学探究加速度与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)下列不必

8、要的一项实验要求是 .(请填写选项前对应的字母) A.应使 A 位置与光电门间的距离适当大些B.应将气垫导轨调节水平C.应使细线与气垫导轨平行D.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(3)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 ; (4)改变钩码质量,测出对应的力传感器的示数 F 和遮光条通过光电门 B 的时间 t,通过描点作出线性图像,研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出 图像. 解析:(1)游标卡尺的主尺读数为 2 mm,游标读数为 0.055 mm= 0.25 mm,所以最终读数d=2

9、 mm+0.25 mm=2.25 mm;(2)应使 A 位置与光电门间的距离适当大些,有利于减小误差,故 A 必要;应将气垫导轨调节水平,拉力等于合力,故 B 必要;要保持细线与气垫导轨平行,拉力才等于合力,故 C 必要;拉力是直接通过传感器测量的,故与滑块质量和钩码质量大小关系无关,故 D 不需要;(3)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,滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为等于滑块经过光电门的平均速度.根据运动学公式知若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是 A 位置到光电门 B 的距离x.(4)由题意可知,该实验中保持滑块质量 M 不

10、变,因此有 v2=2ax,v= ,a= , 4则有 =2 x22 所以研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出-F 图像.答案:(1)2.25 (2)D (3)A 位置到光电门的距离 x(4) -F5.(2018安徽二模)(20 分)某实验小组利用弹簧测力计和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度.实验步骤:用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力,记作 G;将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧测力计相连,如图(甲)所示.在 A 端向右拉动木板,待弹簧测力计示数稳定后,将读数记作 F;改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤;实验数据如表所示:G/N 1.50 2.00 2.50

11、3.00 3.50 4.00F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.60如图(乙)所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端 C 处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物 P 连接,保持滑块静止,测量重物 P 离地面的高度 h;滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的 D 点(未与滑轮碰撞),测量 C,D 间的距离x.完成下列作图和填空:(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出 F-G 图线图(丙).(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数 = (保留 2 位有效数字). (3)滑块最大速度的大小 v= (用 h,x, 和重力加速度 g 表示). 解析:(1)根据描点法在

12、F-G 图像上描出各点,再连接起来,如图所示;5(2)由图(甲)可知 F=G,则 F-G 图像上的直线的斜率代表 值的 大小.由 F-G 图像可知 = =0.40;1.60.441(3)当重物 P 刚好下落到地面时,滑块的速度 v 最大,此时滑块的位移为 h,此后滑块做加速度为-g 的匀减速运动,由公式 v2- =2ax 知02滑块的最大速度 vmax满足 =2g(x-h),2则 vmax= .答案:(1)图见解析 (2)0.40 (3)6.(2018河南开封三模)(20 分)某同学利用图(甲)所示的实验装置探究小车在均匀长木板上的运动规律.(1)如图(乙)所示是在小车做匀加速直线运动时打出的

13、一条纸带,已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz,每 5 个点取一个计数点,x 1=3.62 cm,x4=5.12 cm,由图中数据可求得小车的加速度为 m/s 2,第 3 个计数点与第 2 个计数点的距离(即 x2)约为 cm. (2)若用该实验装置“探究 a 与 F,M 之间的关系”,要用钩码(质量用 m 表示)的重力表示小车所受的细线拉力,需满足 ,满足此条件做实验时,得到一系列加速度 a 与合外力 F的对应数据,画出 a-F 关系图像,如图(丙)所示,若不计滑轮摩擦及纸带阻力的影响,由图像可知,实验操作中不当之处为 ;小车的质量 M= kg;如果实验时,小车和钩码之间接一个不计质量

14、的微型力传感器用来测量拉力 F,如图(丁)所示,从理论上分析,该实验图线的斜率将 (填“变大” “变小”或“不变”). 6(3)为了验证动能定理,在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下,在如图(甲)所示的装置中,用图(乙)中 1,3 两点间对应的运动过程验证动能定理的表达式为 .(用x1,x2,x3,x4,m,M,g,t 表示,其中 m 为钩码的质量,M 为小车的质量,t 为两个计数点间的时间间隔) 解析:(1)因为打点周期为 T=0.02 s,且每 5 个点取一个计数点,所以每两个计数点间的时间间隔 t=0.1 s;由匀变速直线运动的推论 xm- xn=(m-n)at2得 x4-x1=3a

15、t2,代入数据解得a=0.50 m/s2;由匀速直线运动的推论 x2-x1=at2得 x2=x1+at2,代入数据得 x2=0.041 2 m,即4.12 cm.(2)要使细线的拉力等于钩码的重力,应该满足的条件是 Mm.由 a-F 关系图像可知实验操作不当之处为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,小车的质量 M= =1 kg.实验中把钩码的重力作为拉力 F,实际上,由于钩码向下加速运动,拉力小于钩码重力.若在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力 F,则小车加速度 a 和拉力 F 的关系图线的斜率将变大.(3)在钩码的重力等于小车所受的合外力的条件下,从计数点 1 到计数点 3,合外力对小车做的功为 mg(x2+x3).计数点 1 对应的速度 v1= ,计数点 3 对应的速度 v3= ,用1+22 3+421,3 两计数点间对应的小车的运动过程验证动能定理的表达式为 mg(x2+x3)= (x3+x4)2-(x1+x2)2.答案:(1)0.50 4.12 (2)Mm 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 1 变大 (3)mg(x2+x3)= (x3+x4)2-(x1+x2)2