【备战2012】高考物理最新模拟 专题16 力学实验

用心 爱心 专心1 备战备战 20122012 年高考物理最新模拟年高考物理最新模拟 专题专题 1616 力学实验力学实验 1 像打点计时器一样 光电计时器也是一种研究 物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图所示 a b分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体 从a b间通过时 光电计时器就可以显示物体的挡光 时间 现利用图 9 所示装置测量滑块和长 lm 左右的木 块间的动摩擦因数 图中MN是水平桌面 Q是木板与桌面的接触点 1 和 2 是固定在木板 上适当位置的两个光电门 与之连接的两个光电计时器没有画出 此外在木板顶端的P点 还悬挂着一个铅锤 让滑块从木板的顶端滑下 光电门 l 2 各自连接的计时器显示的挡光 时间分别为s 和s 用游标卡尺测量小滑块的宽度d 5 0cm 2 100 5 2 100 2 1 滑块通过光电门 1 的速度 v1 m s 滑块通过光电门 2 的速度 v2 m s 2 若仅提供一把米尺 已知当地的重力加速度为 g 为完成测量 除了研究v1 v2和 两个光电门之间的距离L外 还需测量的物理量是 说明各量的物理意 义 同时指明代表物理量的字母 3 用 2 中各量求解动摩擦因数的表达式 用字母表示 2 在学了自由落体运动这一部分内容后 有同学计算 若有雨滴从距地面 2 5km 高空自由落下 到达地面时速度将超过 200m s 事实上谁也未见过如此高速 的雨滴 这引发了一些同学的思考 雨滴在下落时肯定受到了空气阻力的作用 那 它究竟是如何运动的呢 有一组同学设计了一个实验 用胶木球在水中的自由下落 来模拟雨滴在空气中的下落过程 实验中 胶木球从某一高度竖直落下 用闪光照 相方法拍摄了小球在不同时刻的位置 如图所示 1 请你根据此闪光照片定性描述出小球的运动情形 2 对于小球下落时所受的阻力 我们可以作最简单的猜想 阻力 F 与小球速 度 v 即F k k为阻力常数 已知照相机的闪光 频率为f 图中刻度尺的最小分度为s0 小球的质量为m 若猜想成立 则由此闪 光照片及上述已知条件可求得胶木球在水中下落时的阻力常数 用心 爱心 专心2 k 3 与打点计时器一样 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结 构如图所示 a b 分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体从 a b 间通过时 光 电计时器就可以显示物体的挡光时间 现利用图所示装置验证机械能守恒定律 图中 AB 是固定的光滑斜面 斜面的倾角为 300 1 和 2 是固定在斜面上适当位置的两个光电门 与它们连接的光电计时器都没有画出 让滑块从斜面的顶端滑下 光电门 1 2 各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为 5 00 10 2s 2 00 10 2s 已知滑块质量为 2 00kg 滑块沿斜面方向的宽度为 5 00cm 光电门 1 和 2 之间的距离为 0 540m g 9 80m s2 取滑块经过光电门时的速度为其平均 速度 滑块通过光电门 1 时的速度 v1 m s 通过光电门 2 时的速度 v2 m s 滑块通过光电门 1 2 之间的动能增加量为 J 重力势能的减少量为 J 4 现要验证 当质量一定时 物体运动的加 速度与它所受的合外力成正比 这一物理规律 给 定的器材如下 一倾角可以调节的长斜面 如图 小车 计时器一个 米尺 1 填入适当的公式或文字 完善以下实验 步骤 不考虑摩擦力的影响 小车自斜面上方一固定点 1从静止开始下滑至斜面底端 2 记下所用的时间t 用米尺测量 1与 2之间的距离s 则小车的加速度 a 用米尺量出 1相对于 2的高h 设小车所受重力为mg 则小车所受的合外力 F 改变 重复上述测量 用心 爱心 专心3 以h为横坐标 为纵坐标 根据实验数据作图 如能得到一条过原点的直线 2 1 t 则可以验证 当质量一定时 物体运动的加速度与它所受的合外力成正比 这一规律 2 在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中 某同学设计的方案是 调节斜面倾角 使小车在斜面上匀速下滑 测量此时A1点相对于斜面底端A2的高 度ho 进行 1 中的各项测量 计算与作图时用 h ho 代替h 对此方案有以下几种评论意见 A 方案正确可行 B 方案的理论依据正确 但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动 C 方案的理论依据有问题 小车所受摩擦力与斜面倾角有关 其中合理的意见是 5 在做 研究平抛物体的运动 的实验中 为了确定 小球在不同时刻所通过的位置 实验时用如图所示的装置 将一块平木板钉上复写纸和白纸 竖直立于槽口前某处 使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滑下 小球撞在木板上 留下痕迹A 将木板向后移距离x 再使小 球从斜槽上紧靠挡板处由静止滑下 小球撞在木板上留下 痕迹B 又将木板再向后移距离x 小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止滑下 再得到痕迹 C 若测得木板每次后移距离x 10 00cm A B间距离y1 1 50cm A C间距离y2 15 80cm g取 9 80m s2 根据以上直接测量的物理量导出测小球初速度的公式为v0 用题中所给字母表示 小球初速度值为 m s 6 如图所示 质量不同的两个物体 A 和 B 用跨过定滑轮的细绳相 连 开始时 B 放在水平桌面上 A 离地面有一定的高度 从静止开始释放让它 们运动 在运动过程中 B 始终碰不到滑轮 A 着地后不反弹 不计滑轮与轴间 摩擦及绳子和滑轮的质量 用此装置可测出 B 物体与水平桌面间的 动摩擦因数 在本实验中需要用到的测量工具是 需要测量的物 B A 用心 爱心 专心4 理量是 写出物理量的名称并用字母表示 动摩擦因数 的表达式为 7 如图 a 质 量为 的滑块 放在气垫导轨 上 为位移传感器 它能将滑块 到传感器 的距离数据实时传送到计算机上 经计算机处理后在屏幕上显示滑块 的位 移 时间 s t 图象和速率 时间 v t 图象 整个装置置于高度可调节的斜面上 斜 面的长度为了 L 高度为 h 取重力加速度 g 9 8m s2 结果可保留一位有效数字 现给滑块 一沿气垫导轨向上的初速度 的 v t 图线如题 b 图所示 从图线 可得滑块 下滑时的加速度 a m s2 摩擦力对滑块 运动的影响 填 明显 不可忽略 或 不明显 可忽略 此装置还可用来验证牛顿第二定律 实验时通过改变 可验证质量一 定时 加速度与力成正比的关系 实验时通过改变 可验证力一定时 加速度与 质量成反比的关系 将气垫导轨换成滑板 滑块 换成滑块 给滑块 一沿滑板向上的初速度 的 s t 图线如题 c 图 图线不对称是由于 造成的 通过图线可求得滑板的 倾角 用反三角函数表示 滑块与滑板间的动摩擦因数 8 将打点计时器固定在斜面上某处 一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下 如 图所示是打出的纸带的一段 当电源频率为 50 Hz 时 每隔 0 1 s 取一个计数点 它们是 图中a b c d e f等点 这段时间内加速度的平均值是 取两位有效数 字 若电源频率高于 50Hz 但计算仍按 50Hz 计算 其加速度数值将 填 偏大 偏小 或 相同 为了求出小车在下滑过程中所受的阻力 除需要测出小车的质量m外 还需要测量 的物理量是 用测得的量及加速度a 用心 爱心 专心5 表示的阻力的计算式为f 9 如图所示是某小球做平抛运动时所拍闪光照片的一部分 图中背景方格的实际边长 均为 5cm 横线为水平方向 竖线为竖直方向 由此可以断定 照片拍摄时 闪光的频率 为 hz 小球抛出的初速度大小是 m s 抛出点距 B 的距离为 cm g 取 10m s2 结果可保留根式 10 1 如图所示是某次实验得到的一条纸带 在 AD 段上 相邻两点间的距离已标在 图上 若所用电源频率是 50Hz 则纸带从 A 点到 D 点所用的时间为 s 这段时间内纸带运动的平均速度为 m s 用逼 近的思想可粗略求出 B 点的瞬时速度为vB m s 2 如图所示 在研究平抛运动时 小球A沿轨道滑下 离 开轨道末端 末端水平 时撞开轻质接触式开关S 被电磁铁吸住的 小球B同时自由下落 改变整个装置的高度H做同样的实验 发现 位于同一高度的A B两球总是同时落地 该实验现象说明了A球在离开轨道后 A 水平方向的分运动是匀速直线运动 B 水平方向的分运动是匀加速直线运动 C 竖直方向的分运动是自由落体运动 D 竖直方向的分运动是匀速直线运动 用心 爱心 专心6 11 为了 探究功与物体速度变化的关系 现提供图示的器材 让小 车在橡皮筋的作用下弹出后 沿木板滑行 请思考探究思路并回答下列问题 1 为了 消除摩擦力的影响应采取什么措施 2 当我们分别用同样的橡皮筋 1 条 2 条 3 条 并起来进行第一次 第二次 第三 次 实验时 每次实验中橡皮筋拉伸的长度都应保持一致 我们把第一次实验时橡皮筋对 小车做的功记为 W 3 橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出 所得数据已填 在下表中 v为小车获得的最大速度 W0123456 v m s 0 000 801 101 281 531 761 89 v2 m s 2 0 00 0 641 211 642 343 103 57 试作出 W v2图象 并由此得出实验结论 12 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组 装了一套如图所示的装置 另外他们还找到了打点计时器所用的学生 电源 导线 复写纸 纸带 小木块 细沙 当滑块连接上纸带 用 细线通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小桶 滑块处于静止状态 若 你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 1 你认为还需要的实验器材有 2 实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙桶的 总质量应满足的实验条件是 实验时首先要做的步骤是 用心 爱心 专心7 1 实验过程 第一步 在保持斜面倾角不变时 探究加速度与质量的关系 实验中 通过向小车放入钩码来改变物体质量 只要测出小车由斜 面顶端滑至底端用时t 就可以由公式a 求出a 某同学 记录了数据如下表所示 根据以上信息 我们发现 在误差范围内质量改变之后平均下滑用时 填 改 变 或 不改变 经过分析你得出加速度和质量的关系为 第二步 在物体质量不变时 探究加速度与倾角的关系 实验中通过改 变方木块垫放位置来调整长木板倾角 由于没有量角器 我们可以测量出木 板顶端到水平面高度h 则倾角 的正弦值 sin h L 某同学记录下高度 h和加速度a如下表 L m 1 00 h m 0 100 200 300 400 50 sin h L0 100 200 300 400 50 a m s2 0 9701 9502 9253 9104 900 请先在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图 然后根据你所作的图线求出当地的重力加 速度g 进一步分析可知 光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为 3 再给你一架天平和砝码 你能利用本实验装置研究功与质量 速度间的关系吗 请说说你的设想 用心 爱心 专心8 15 某校学习兴趣小组在研究 探索小车速度随 时间变化的规律 的实验 图是某次实验得出的纸带 所用电源的频率为 50HZ 舍去前面比较密集的点 从 0 点开始 每 5 个连续点取 1 个计数点 标以 1 2 3 各计数点与 0 计数点之间的距离依次为 d1 3cm d2 7 5cm d3 13 5cm 则 1 物体做 的运动 理由是 2 物体通过 1 计数点的速 度 v1 m s 3 物体运动的加速度为 a m s2 16 当物体从高空下落时 所受阻力会随物体的速度增大而增大 因此经过下落一段 距离后将匀速下落 这个速度称为此物体下落的收尾速度 研究发现 在相同环境条件下 球形物体的收尾速度仅与球的半径r和质量m有关 下表是某次研究的实验数据 小球编号 ABCDE 小球的半径 10 3m 0 50 51 522 5 小球的质量 10 6kg 254540100 小球的收尾速度 m s 1640402032 1 根据表中的数据 求出 B 球和 C 球在达到收尾速度时所受阻力之比为 2 根据表中的数据 归纳出球型物体所受的阻力f与球的速度v及球的半径r的关系 写出其表达式为 其比例系数 k 17 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 导轨上的运动可视为没有摩擦 我们可以用带竖直挡板 C 和 D 的气垫导轨以及滑块 A 和 B 来验证动量守恒定律 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 d1 d2 d3 0123 用心 爱心 专心9 3 利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小 如能 请写出表达式 18 小玲同学平时使用带弹簧的圆珠笔写字 她想估测里面小弹簧在圆珠笔尾端压紧 情况下的弹性势能的增加量 请你帮助她完成这一想法 1 写出实验所用的器材 2 写出实验的步骤和所要测量的物理量 用字母量表示 要 求能符合实际并尽量减少误差 3 弹性势能的增加量的表达式 Ep 19 利用单摆验证小球平抛运动规律 设计方案如图 a 所示 在 悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P 当悬线摆至电热丝处时能 轻易被烧断 MN为水平木板 已知悬线长为L 悬点到木板的距离OO h h L 1 将小球向左拉起后自由释放 最后小球落到木板上的C点 O C s 则小球做平抛 运动的初速度为v0 用心 爱心 专心10 h n 阻挡条 2 在其他条件不变的情况下 若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角 小球落点 与O 点的水平距离s将随之改变 经多次实验 以s2为纵坐标 cos 为横坐标 得到如图 b 所示图像 则当 30 时 s为 m 若悬线长L 1 0 m 悬点到木板间的距 离OO 为 m 20 光滑斜面上有一个小球自高为h的A处由静止开始滚下 抵达光滑的 水平面上的B点时速率为v0 光滑 水平面上每隔相等的距离设置了一个 与小球运动方向垂直的阻挡条 如图所示 小球越过n条阻挡条后 停下 来 若让小球从 2h高处以初速度v0滚下 则小球能越过阻挡条的条数为 条 设小球每次越过阻挡条时损失的动能相等 21 一同学要研究轻弹簧的弹性势能与弹簧改变量的关系 他的实验 如下 在离地面高度为 h 的光滑水平桌面上 沿着与桌子边缘垂直的方向 放置一轻质弹簧 其左端固定 右端与质量为 m 的一小钢球接触 当弹簧 处于自然长度时 小钢球恰好在桌子边缘 如图所示 让钢球每次向左压缩弹簧一段相同 的距离后由静止释放 使钢球沿水平方向飞出桌面 小球在空中飞行后落到水平地面 水 平距离为 s 重力加速度为 g 1 请你推导出弹簧的弹性势能 Ep与小钢球质量 m 桌面离地高度 h 水平距离 s 等物理量的关系 2 弹簧长度的压缩量 x 与对应的钢球在空中飞行的水平距离 s 的实验数据 如右表所示 用心 爱心 专心11 根据上面的实验数据 探究得出弹簧的弹性势能 Ep 与弹簧长度的压缩量 x 之间的关系式 4 为了避免在卡纸连续转动的过程中出现打点重叠 在电火花计时器与盘面保持良好接 触的同时 可以缓慢地将电火花计时器沿圆形卡纸半径方向向卡纸中心移动 则卡纸上打 下的点的分布曲线不是一个圆 而是类似一种螺旋线 如图丙所示 这对测量结果有影响 吗 参考答案参考答案 1 1 解 解 1 1 1 01 0 2 52 5 2 2 P P点到桌面高度点到桌面高度h h 重锤在桌面上所指的点与 重锤在桌面上所指的点与Q Q点的距离点的距离a a 斜面的长度 斜面的长度b b 用心 爱心 专心12 3 3 C C 水落地点的中心水落地点的中心 水平射程水平射程x x 2 2 Q Q Lga bvv a h 2 2 1 2 2 y g xD 24 1 2 12 12 解 解 1 1 天平 刻度尺 天平 刻度尺 2 2 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 沙和沙桶的总质量远小于