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2020版新高考物理大三轮复习实验题热点:力学创新实验

2020 版新高考物理大三轮复习实验题热点:力学创新实验
(建议用时:20 分钟) 1.某同学用如图甲所示装置测小滑块与桌面间的动摩擦因数.实 验过程如下:一轻质弹簧放置在粗糙水平固定桌面 MN 上,弹簧左端 固定,弹簧处于原长时,弹簧右端恰好在桌面边缘处,现用一个小滑 块压缩弹簧并用锁扣锁住.已知当地的重力加速度为 g,弹簧的劲度 系数为 k. (1)实验中涉及下列操作步骤: ①用天平测量出小滑块的质量 m,查出劲度系数为 k 的弹簧的形变量为 x 时的弹性势能的 大小为 Ep=12kx2. ②测量桌面到地面的高度 h 和小滑块抛出点到落地点的水平距离 s. ③测量弹簧压缩量 x 后解开锁扣. ④计算小滑块与水平桌面间的动摩擦因数. Ⅰ.上述步骤正确的操作顺序是____________(填入代表步骤的序号). Ⅱ.上述实验测得小滑块与水平桌面间的动摩擦因数的大小为____________.
(2)再通过更换材料完全相同、但大小和质量不同的滑块重复操作,得出一系列滑块质量 m 与它抛出点到落地点的水平距离 s.根据这些数值,作出 s2-m1 图象,如图乙所示.由图象可 知,滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ =__________;每次弹簧被压缩时具有的弹性势能 大小是____________.(用 b,a,x,h,g 表示)
2.(2019·青岛二模)如图所示,某实验小组同学利用 DIS 实验装置研究支架上力的分解,A、B 为两个相同的双向力传 感器,该型号传感器在受到拉力时读数为正,受到压力时读 数为负.A 连接质量不计的细绳,可沿固定的板做圆弧形移动.B 固定不动,通过光滑铰链连 接长 0.3 m 的杆.将细绳连接在杆右端 O 点构成支架.保持杆在水平方向,按如下步骤操作:
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ

②对两个传感器进行调零

③用另一根绳在 O 点悬挂一个钩码,记录两个传感器的读数

④取下钩码,移动传感器 A 改变 θ 角

重复上述实验步骤,得到表格.

F1 1.001

0.580 … 1.002 …

F2 -0.868 -0.291 … 0.865 …

θ

30°

60° … 150° …

(1)根据表格,A 传感器对应的是表中力________(选填

“F1”或“F2”).钩码质量为________kg(g 取 10 m/s2,保留 1 位有效数字). (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是________.

A.因为事先忘记调零

B.何时调零对实验结果没有影响

C.为了消除横杆自身重力对结果的影响

D.可以完全消除实验的误差

3.(2019·全国押题卷二)甲、乙同学均设计了测动摩擦因数的实验,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个轻质弹簧测力计,连接弹簧的 细绳水平,实验时用力向左拉动 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,其表达式为 μ= ________.
(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 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,多次改变沙桶中沙的质量,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 及对应的物块在两光电门之间的运动时间 t;在坐标系中作出 F- t12的图线如图丙所示,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 μ=________.
4.某兴趣小组的同学用如图甲所示装置验证机械能 守恒定律,轻绳一端固定在光滑固定转轴 O 处,另一端 系一小球.
(1)小明同学在小球运动的最低点和最高点附近分别 放置了一组光电门,用螺旋测微器测出了小球的直径,如图乙所示,则小球的直径 d=________ mm.使小球在竖直面内做圆周运动,测出小球经过最高点的挡光时间为Δ t1,经过最低点的挡 光时间为Δ t2.
(2)小军同学在光滑水平转轴 O 处安装了一个拉力传感器,已知当地重力加速度为 g.现使 小球在竖直平面内做圆周运动,通过拉力传感器读出小球在最高点时绳上的拉力大小是 F1, 在最低点时绳上的拉力大小是 F2.
(3) 如 果 要 验 证 小 球 从 最 低 点 到 最 高 点 机 械 能 守 恒 , 小 明 同 学 还 需 要 测 量 的 物 理 量 有 ________(填字母代号).小军同学还需要测量的物理量有________(填字母代号).
A.小球的质量 m B.轻绳的长度 l C.小球运行一周所需要的时间 T (4)根据小明同学的思路,请你写出验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能守恒 的表达式:_________________________________________________. (5)根据小军同学的思路,请你写出验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能守恒 的表达式:_________________________________________________.
答案及解析
1.解析:(1)Ⅱ.由平抛运动规律,s=vt,h=12gt2,解得 v=s 2gh.设弹簧被压缩时的弹性 势能为 Ep,由功能关系可知 Ep-μmgx=12mv2,而 Ep=12kx2,解得 μ=2kmxg-4sh2x.
(2)Ep-μmgx=12mv2,而 v=s 2gh,有 Ep=μmgx+m4ghs2,对照题给 s2-m1 图象,变形得

s2=4hgEp·m1 -4μhx.由 s2-m1 图象可知,图线斜率ba=4hgEp,图线在纵轴上的截距 b=4μhx,解

得滑块与水平桌面之间的动摩擦因数 μ=4bhx;弹性势能大小为 Ep=4bhga. 答案:(1)Ⅰ.①③②④ Ⅱ.2kmxg-4sh2x

b bg (2)4hx 4ha

2.解析:(1)A 传感器中的力均为拉力,为正值,故 A 传感器对应的是表中力 F1,平衡时, mg=F1sin θ ,当 θ=30°时,F1=1.001 N,可求得 m=0.05 kg.
(2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,是为了消除横杆自身重力对结果的影响,故 C 正

确.

答案:(1)F1 0.05 (2)C 3.解析:(1)当 A 达到稳定状态时,B 处于静止状态,弹簧测力计的读数 F 与 B 所受的滑

动摩擦力 f 大小相等.B 对木块 A 的压力大小等于 B 的重力 mg,由 f=μFN 得:μ=mFg,由 C

上读取 F,即可求出 A 与 B 间的动摩擦因数 μ;

(2)小车由静止开始做匀加速运动,根据匀加速直线运动位移公式得:x=12at2,解得:a=

2t2x,根据牛顿第二定律得:对于小车 F-μmg=ma,则 F=μmg+ma=μmg+2mt2 x,图线的斜率

为 k=2mx,纵轴的截距为 b=μmg,k 与摩擦力是否存在无关,小车与木板间的动摩擦因数 μ

=mbg=

b k

=2kbgx,故该同学还应该测出的物理量是光电门 A、B 之间的距离 x.

2xg

答案:(1)A 与 B

F mg

(2)光电门 A、B 之间的距离 x

2xb kg

4.解析:(1)螺旋测微器固定刻度读数为 5.5 mm,可动刻度读数为 20.0×0.01 mm,故最

终读数为两者相加,即 5.700 mm.

(3)根据小明同学的实验方案,小球在最高点的速度大小为 v1=Δdt1,小球在最低点的速度
大小为 v2=Δdt2,设轻绳长度为 l,则从最低点到最高点依据机械能守恒定律有12m??Δdt1??2+mg·2l =12m??Δdt2??2,化简得??Δdt2??2-??Δdt1??2=4gl,所以小明同学还需要测量的物理量是轻绳的长度 l;
根据小军同学的实验方案,设小球做圆周运动的半径为 r,则小球在最低点有 F2-mg=mvr22, 在最高点有 F1+mg=mvr21,从最低点到最高点依据机械能守恒定律有12mv22=12mv21+2mgr,联

立方程化简得 F2-F1=6mg,所以小军同学还需要测量的物理量就是小球的质量 m.

(4)由(3)可知,根据小明同学的思路,验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能守

恒的表达式为??Δdt2??2-??Δdt1??2=4gl.

(5)由(3)可知,根据小军同学的思路,验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能守

恒的表达式为 F2-F1=6mg. 答案:(1)5.700 (3)B A

(4)??Δdt2??2-??Δdt1??2=4gl

(5)F2-F1=6mg




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