2019年高考物理二轮复习：力学实验与创新

1、课时作业 12 力学实验与创新1.为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动，某同学设计 了如图甲所示的实验，由静止释放小车，小车在处于伸长状态的 橡皮条弹力的作用下向左运动. 打点计时器打下的纸带如图乙所 示，计时点 0 为打下的第一个点，该同学在测出计时点 2、3、4 到计时点 0 的距离 Xi、X2、X3后，将纸带由图示位置剪断，将每 段纸带的下端对齐，依次并排粘贴在直角坐标系中， 连接各段纸 带上端的中点画出平滑曲线如图丙所示.对该实验结果的研究可知:02弓4151r-1團乙图丙(1)_在有橡皮条弹力作用时，小车做加速度 _的直线运动.A .不断减小B. 不断增大C. 先增大后减小D .先减

2、小后增大(2)设打点周期为 T,则由纸带测量数据可估算小车的最大速度 Vm=_ ，该估算值 _ (选填“等于”、“大于”或“小于”)小车最大速度的实际值.解析：(1)由于相邻两个计时点之间的时间间隔相同，纸带的宽度相同，粘贴在如图丙的坐标系中的纸带形成的平滑曲线相当 于速度一时间图象，根据速度一时间图象的斜率表示加速度，可知小车做加速度先减小后增大的直线运动.题图丙中最长的纸X?_x带对应的速度最大，小车的最大速度 Vm= T1由于采用平均速 度代替瞬时速度，在该段纸带中某位置小车的速度应该最大，最大速度应该大于按照平均速度计算得出的数值，所以该估算值小于小车最大速度的实际值.答案：（1）DX

3、2_1小于2. 2018 天津卷，9（2）某研究小组做“验证力的平行四边形 定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）.1具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_.A .橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B. 重复实验再次进行验证时，结点 O 的位置可以与前一次 不同C. 使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线 应正对测力计刻度D .用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力2该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置

4、 0、力的标度、分力和合力的大小及表示力 的作用线的点，如下图所示.其中对于提高实验精度最有利的是B 对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉像皮条 结点O 的位置相同，不同次实验结点 O 的位置可以不同.MN 10.5S:-10AB-IO3.0N!*FP2.IN Fj=2.7N=2JCIN民4邸解析:A 错：两绳套拉力的合力不一定沿角平分线.C 对：为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度.D 错：合力可以比分力大，也可以比分力小.为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些， 标注细 线方向的两点离结点应尽可能远一些， 标度应尽可能小一些.故 选 B.答案：BC

5、B3.某同学现要测定当地的重力加速度，实验装置如图甲所 示，质量为 M 的滑块放在气垫导轨上，细线绕过滑轮，一端与 滑块相连，另一端挂有 6 个钩码，每个钩码的质量为 m,且 M = 4m,已知挡光片的宽度为 d,挡光片距光电门的距离为 L.实验步 骤如下：1将气垫导轨调至水平，打开气源，将滑块由静止释放，测 出滑块上的挡光片通过光电门的时间；2取一个钩码置于滑块上，然后重复实验步骤；3重复实验步骤，直到 6 个钩码全部置于滑块上为止.在该同学的实验中，每次移动钩码后都从同一位置释放滑 块，设悬挂钩码的个数为 n 时挡光片通过光电门的时间为 t，根1据所测数据绘出 n 申的图象如图乙所示，若图

6、线斜率为 k,则当 地重力加速度 g=_ （用题中字母表示）.解析：当悬挂钩码的个数为 n 时，滑块通过光电门的速度 v =:,根据 v2= 2aL,得 = 2aL,此时系统的加速度 a=；器=综,卩nS*古、*总*世*4.某同学设计利用如图所示的实验装置来进行“探究功与 速度的变化关系”的实验， 斜槽倾斜部分可自由调节， 将一木板 竖直放置并固定，木板到斜槽末端 0 的距离为 s，使小物块从斜 槽上某点由静止释放，小物块从 0 点做平抛运动击中木板时下 落的高度为 y.(1) 小物块离开 O 点的速度为_.(2) 为了测出小物块与轨道之间的摩擦力所做的功， 可将斜槽慢慢调节至小物块能在斜槽上

7、做匀速直线运动， 记下此时斜槽倾 角为6,则小物块与斜槽间的摩擦因数 尸_.取斜槽上某点为标记点，标记点到 O 点的水平距离为 X,则小物块在轨道上 运动过程中克服摩擦力做的功 Wf=_ (小物块与各接触面间摩擦因数相同).(3)抬高斜槽，保持标记点与 O 点的水平距离 x 不变，将小 物块在标记点处由静止滑下， 多次重复实验可以得出，小物块从 标记点到 O 点的过程中重力做的功 W 与 y 的关系式应为(2)小物块能在斜槽上做匀速直线运动，根据平衡条件得mgsin6=卩 mgos6,解得 尸 tan6取斜槽上某点为标记点， 标记点 到O 点的水平距离为 x,设轨道水平部分长度为 刘，小物块在

8、斜槽轨道上做匀速直线运动，克服摩擦力做功为Wf1，由动能定理5d代入解得 n = gjj25d1 2答案： 5d kL2,图线的斜率 k= 5L，解得 g= 5L.可得，mg(x X1)tan6Wf1= 0，小物块在水平轨道上运动，克服 摩擦力做功*2=卩 mgx= mgMan6,则小物块在轨道上运动过程 中克服摩擦力做的功 Wf=Wfi+Wf2= mgxtan0.(3)由小物块在轨道上运动过程中克服摩擦力做的功Wf=Wfi+Wf2= mgxtan0可知，克服摩擦力做功只与水平位移x 有关，一 一 1 对小物块从标记点运动到 0 点的过程，由动能定理得 W- Wf=1舅，解得 W= mgxta

9、n0+ mgs2.舅(2)tan0mgxtan0(3)W=mgxtan0+1mgs2y5.甲、 乙两同学均设计了测量动摩擦因数的实验.已知重 力加速度为 g.(1)甲同学设计的实验装置如图甲所示，其中A 为置于水平面上的质量为 M 的长直木板，B 为木板上放置的质量为 m 的物块，C 为物块右端连接的一轻质弹簧测力计，连接弹簧的细绳水 平.实验时用力拉动 A,当 C 的示数稳定后(B 仍在 A 上)，读出 其示数 F，则该设计能测出 _ (填“ A 与 B”或“ A 与地面”)之间的动摩擦因数，且 尸_ .(2)乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有定滑轮的长木板 上固定 A、B 两个光电门，与

10、光电门相连的计时器可以显示带有 遮光片的物块在其间的运动时间， 与跨过定滑轮的轻质细绳相连 的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力，长木板固定在水平面 上，物块与滑轮间的细绳水平.实验时，多次改变砂桶中砂的质 量，每次都让物块从靠近光电门 A 处由静止开始运动，读出多组 测力计示数 F 及对应的物块在两mv2，而 Vo=答案：光电门之间的运动时间t;在坐标系中作出的 F-图线如图丙所示，图线的斜率为 k,与纵轴的截距为 b.因乙同学不能测出物块质量， 故该同学还应该测出的物理量为_ (填所测物理量及其符号).根据所测物理量及图线信息，可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为片12x解析：(2)Fym

11、g= ma, x=qat2，得 F卩 m 寥 m，结合图象可得 b= mg k= 2mx,解得答案：(1)A 与 BFmg(2)光电门 A、B 之间的距离 xkg6. 某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来验证动量守恒定律，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块 b 的右端有强 粘性的胶水.图中滑块 a 和挡光片的总质量为 mi= 0.620 kg,滑 块 b 的质量为 m2= 0.410 kg，实验步骤如下：1按图安装好实验器材后， 接通气源，先将滑块 a 置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的时间_;2将滑块 b 置于两光电门之间，将滑块 a 置于光

12、电门 1 的右 端，然后将滑块 a 水平压缩弹簧，滑块 a 在弹簧的作用下向左弹 射出去，通过光电门 1 后继续向左滑动并与滑块 b 发生碰撞；3两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；4实验后，分别记录下滑块 a 通过光电门 1 的时间 t1，两滑 块一起通过光电门 2 的时间 t2.乙(1) 完成实验步骤中所缺少的内容.(2) 实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度d 如图乙所示，则d =_cm.设挡光片通过光电门的时间为At，则滑块通过光电门的速度可表示为 v=_ (用 d,At 表示).(4)实验中测得滑块 a 经过光电门 1 的速度为 V1= 2.00 m/s,2xb 尸kg.2

13、xb甲23 cmIl I I I I I I I I I I JI II Ji.Ill 11 I 1 I | I I I I I II I 11 I I I I05LO 152Q两滑块经过光电门 2 的速度为V2= 1.20 m/s,将两滑块和挡光片 看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、 后的总动量分别为 pi=kgm/s，P2=_kg m/s(结果均保留三位小数).解析：(1)在步骤中气垫导轨安装时应保持水平状态，滑块在轨道上应做匀速直线运动， 故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等.(2)游标卡尺的主尺读数为 15 mm,游标尺读数为 0.05X10mm = 0.50 mm，所以挡光片的宽度为 d = 15 mm + 0.50 mm = 15.50mm= 1.550 cm.(3) 由于挡光片的宽度比较小，故滑块通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门 的瞬时速度，故滑块通过光电门的速度可表示为v