2012高考物理备战系列 力学实验——专家预测1

用心 爱心 专心1 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 2 100 5 2 100 2 用心 爱心 专心2 度d 5 0cm 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 用心 爱心 专心3 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 在本实验中需要用到的测量工具是 需要测量的物理量是 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 C A Bh l 图 a 用心 爱心 专心4 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 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表示的阻力的计算式为f 用心 爱心 专心5 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 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 用心 爱心 专心6 v m s 0 000 801 101 281 531 761 89 v2 m s 2 0 000 641 211 642 343 103 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 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 用心 爱心 专心7 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 2 该探究小组所采用的探究方法是 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 d1 d2 d3 0123 用心 爱心 专心8 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 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 用心 爱心 专心9 h n 阻挡条 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 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 用心 爱心 专心10 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 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 用心 爱心 专心11 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 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 9 9 解 解 1010 1 5 1 5 d d2 2 1300 1300 cmcm2 2 1010 1 0 1 1 0 1 0 760 76 0 950 95 2 C 2 C 11 11 调节斜面到合适倾角 使小车可以匀速下滑调节斜面到合适倾角 使小车可以匀速下滑 W v2 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滑块的质量 平衡摩擦 平衡摩擦力力 3 3 2 1 2 2 2 1 2 1 MvMvmgL 13 13 解 解 1 1 2 2L L t t2 2 不改变 无关 不改变 无关 9 8m s9 8m s2 2 a a g gsinsin 2 2 控制变量法 控制变量法 14 14 解析解析 用天平测出小车的质量 并在小车内加不同数量的砝码以改变小车的总质量用天平测出小车的质量 并在小车内加不同数量的砝码以改变小车的总质量 m m 如教材中的探究实验那样进行操作 确定橡皮筋所做的功 如教材中的探究实验那样进行操作 确定橡皮筋所做的功W W 测出小车相应的速度 测出小车相应的速度v v 用心 爱心 专心12 画出画出W W mvmv2 2 W W m m2 2v v2 2 W W 等图象 看哪一种图象是过原点的倾斜直线 即可确定相应等图象 看