2023高考物理异构异模复习：专题十二实验与探究12-1-5含解析

、某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如下图。(1)假设要完成该实验,必需的实验器材还有哪些________。(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是以下的哪个________(填字母代号)。A、防止小车在运动过程中发生抖动B、可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C、可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D、可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到适宜的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法：________。(4)(多项选择)他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功,经屡次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是以下哪些原因造成的________(填字母代号)。A、在接通电源的同时释放了小车B、小车释放时离打点计时器太近C、阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D、钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)(4)CD解析：(1)计算小车的动能变化需用天平测质量；在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需用刻度尺测距离。(2)只有绳与板面平行时,才能保证小车运动中与板面间的压力不变,才能保证小车所受摩擦力不变,才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力,故D正确。(3)要增加纸带上所打下点的数目,只有减小小车运动的加速度。在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量,即在车上增加砝码或钩码。(4)当将钩码重力作为小车所受合力时,需满足几个条件：一是摩擦力被平衡,二是绳与板面平行,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,但车加速运动时钩码加速下降,钩码重力大于绳上拉力,那么只有当钩码质量远小于小车质量时二者才近似相等,故此情况可能是由C、D原因造成的。2、某学习小组利用气垫导轨装置来探究“做功与物体动能改变的关系〞,图1为实验装置示意图。利用气垫导轨上的光电门可测出滑块上的细窄挡光片经过时的挡光时间。重力加速度为g,气垫导轨水平放置,不计滑轮和导轨摩擦。实验步骤如下：A、测出挡光片的宽度为d,滑块与挡光片的质量为M；B、轻细线的一端固定在滑块上,另一端绕过定滑轮挂上一砝码盘,盘和砝码的总质量为m(m≪M),细绳与导轨平行；C、让滑块静止放在导轨左侧的某一位置,测出挡光片到光电门的距离为x；D、释放滑块,测出挡光片经过光电门的挡光时间为Δt；E、改变砝码的质量,保证滑块每次都在同一位置由静止释放,光电门可测得对应的挡光时间。(1)滑块经过光电门时速度的计算式v＝________。(用题目中所给的字母来表达)(2)细线的拉力做功的表达式为W＝________,滑块的动能改变的表达式为Ek＝________。(用题目中所给的字母来表示)(3)我们可以通过测得的多组数据来建立eq\f(1,Δt2)­m的关系图象来进行更准确的实验验证,那么图2中哪一项更符合真实的实验情况________。答案：(1)eq\f(d,Δt)(2)mgxeq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)丙解析：(1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小,可知滑块经过光电门时速度的大小是v＝eq\f(d,Δt)。(2)由题意可知,细线的拉力做的功等于盘和砝码对应重力做的功mgx；滑块的动能改变表达式为Ek＝eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2。(3)由动能定理得mgx＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2,所以eq\f(1,Δt2)＝eq\f(2gx,d2M)m,eq\f(1,Δt2)与m成正比。盘和砝码的总质量m增加,不能远小于小车的质量时,直线在末端发生弯曲,那么此结果对应于图丙。3、图中所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系。倾角为θ的斜面体固定在实验台上,将光电门固定在斜面体的底端O点,将小球从斜面上的不同位置由静止释放。释放点到光电门的距离d依次为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。(1)用游标卡尺测量钢球的直径,如图乙所示,钢球的直径D＝________cm。(2)该实验________(填“需要〞或者“不需要〞)测量小球质量；小球通过光电门经历的时间为Δt,小球通过光电门的速度为________(填字母),不考虑误差的影响,从理论上来说,该结果________(填“＜〞“＞〞或“＝〞)球心通过光电门的瞬时速度。(3)为了探究做功与速度变化的关系,依次记录的实验数据如下表所示。实验次数123456d/×(10－2m)5.0010.0015.0020.0025.0030.00v/(m·s－1)0.690.981.201.391.551.70v2/(m·s－1)20.480.971.431.922.412.86eq\r(v)/(m·s－1)1/20.830.991.101.181.241.30从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系〞的结论是：________________________________________________。答案：(1)0.5625(2)不需要eq\f(D,Δt)＜(3)合外力做功与小球通过光电门速度的平方成正比解析：(1)螺旋测微器固定刻度为5.5mm,可动刻度为12.5×0.01mm＝0.125mm,那么读数为5.5mm＋0.125mm＝5.625mm＝0.5625cm。(2)根据动能定理有mgdsinθ＝eq\f(1,2)mv2,本实验要验证v2＝2gdsinθ,故不需要测量小球的质量。由平均速度表示经过光电门时的速度,故小球通过光电门的速度为v＝eq\f(D,Δt)。根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中间时刻的速度,所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。(3)根据表格