专题强化练(十六) 力学实验及创新
(满分:100分 时间:45分钟)
(共8小题,1~4题每题12分,5~8题每题13分,共100分)
1.(考点1)(2019河北邯郸模拟)某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时,打点计时器所用电源的频率是50 Hz,在实验中得到一条点迹清晰的纸带,他把某一点记作O,再依次选6个点作为计数点,分别标以A、B、C、D、E和F,如图甲所示。
(1)由实际的纸带测得C、D两点相距2.70 cm,D、E两点相距2.90 cm,则在打D点时小车的速度是 m/s。
(2)该同学分别算出打各点时小车的速度,然后根据数据在v-t坐标系中描好点,请在图乙中作出小车的v-t图象,并求出小车的加速度a= m/s。 解析(1)vD==1.4m/s。
(2)v-t图象如图所示。
2
由图象的斜率知a= =5m/s。 答案(1)1.4 (2)v-t图象见解析图 5
2.(考点1)(2019天津检测)小王同学在探究加速度与力、质量的关系时,小车及砝码的质量用M表示,沙桶及沙的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出。
(1)往沙桶中加入一定量的沙子,当M与m的大小关系满足 时,可近似认为绳对小车的拉力大小等于沙桶和沙的重力;在释放小车 (选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点。
2
(2)在平衡摩擦力后,他用打点计时器打出的纸带的一段如图甲所示,该纸带上相邻两个计数点间还有4个点未标出,打点计时器使用交变电流的频率是50 Hz,则小车的加速度大小是 m/s,当打点计时器打B点时小车的速度是 m/s。(结果保留三位有效数字)
2
(3)小张同学用同一装置做实验,他们俩在同一坐标系中画出的a-F关系图线如图乙所示,小张和小王同学做实验,哪一个物理量是不同的 。
解析(1)小车实际的加速度为a=,绳子拉力为F=Ma=, 因此只有当m?M时,拉力F才近似等于mg;
实验中应先接通电源再释放小车。
- (2)a= =0.390m/s, 2
vB= ≈0.377m/s。 (3)图线的斜率为小车及砝码的总质量的倒数,因此小张和小王同学做实验所用的小车及砝码的总质量不同。
答案(1)m?M 之前 (2)0.390 0.377 (3)小车及砝码的总质量
3.(考点2)(2017全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示,F的大小为 N。
(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。
(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;
图(a)
图(b)
(ⅱ)F合的大小为 N,F合与拉力F的夹角的正切值为 。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。 解析(1)题图(b)中弹簧测力计的精度为0.2N,则示数为4.0N;
(2)用5mm长的线段表示1N的力,F2对应的长度为2.8cm,F1对应的长度为2.1cm,根据平行四边形定则作出的图形如答案图所示;测出F合的长度为1.9cm,则F合的大小为3.8N,如图F合、F及ΔF构成的三角形,ΔF的长度约0.1cm,此三角形可近似看作直角三角形,则F合与拉力F的夹角的正切值tanα=0
=0.05。
答案(1)4.0 (2)(ⅰ)F1、F2和F合如图所示 (ⅱ)3.8 0.05
4.(考点2)(2019广西钦州三模)如图甲,某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律。实验完成后,该小组又把水平木板改为竖直木板再次实验,如图乙所示。图中小球半径均相同、质量均已知,且
mA>mB,B、B'两点在同一水平线上。
(1)若采用图甲所示的装置,实验中还必须测量的物理量是 。
(2)若采用图乙所示的装置,下列说法正确的是 。 A.必须测量BO、BN、BP和BM的距离 B.必须测量B'N、B'P和B'M的距离 C.若
,则表明此碰撞动量守恒
D.若
,则表明此碰撞动量守恒
解析(1)如果采用图甲所示装置,由于小球平抛运动的时间相等,故可以用水平位移代替速度进行验证,实验需要测量:OM、OP、ON的距离;
(2)如果采用图乙所示装置时,利用水平距离相等,根据下落的高度可确定飞行时间,从而根据高度可以表示出对应的水平速度,从而确定动量是否守恒,故不需要测量BO、BN、BP和BM的距离,需要测量B'N、B'P和B'M的距离,故A错误,B正确;小球碰后做平抛运动,速度越快,下落高度越小,
单独一个球下落时,落点为P,两球相碰后,落点分别为M和N,根据动量守恒定律有:mAv=mAv1+mBv2,而速度v=,根据h=gt可得,t= ,则可解得:v=
2
,v1= ,v2= ;代入动量守恒表达式,得
,故C正确,D错误。故选BC。
答案(1)OM、OP、ON的距离 (2)BC
5.(考点3)(2019山东聊城二模)某实验小组用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”。在水平的圆形桌面上平铺一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮,其中滑轮P1固定在桌子边,滑轮
P2、P3可沿桌边移动。
步骤如下:
A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码,调整滑轮P2、P3位置并使结点O静止;
B.在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向,以O点为起点,用同一标度作出三个拉力的图示; C.以绕过滑轮P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形,作出以O点为起点的平行四边形的对角线,量出对角线的长度;
D.检验对角线的长度和绕过滑轮P绳拉力的图示的长度是否一样,方向是否在一条直线上。 (1)第一次实验中,若一根绳挂的钩码质量为m,另一根绳挂的钩码质量为2m,则第三根绳所挂的钩码质量M应满足关系 。
(2)第二次实验时,改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量,使结点平衡,绳的结点 (选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合。实验中,若桌面倾斜, (选填“会”或“不会”)影响实验的结论。
解析(1)若一根绳挂的质量为m,另一根绳挂的质量为2m,则两绳子的拉力分别为:mg、2mg,两绳不共线,两绳子拉力的合力F的范围是:2mg-mg
通用版2020版高考物理大二复习专题强化练十六力学实验及创新含解析
