2020届高考物理二轮复习600分冲刺专题五实验技能与创新第13讲力学实验与创新优练(含解析)

力学实验与创新

1．(2019·浙江杭州模拟)某同学利用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动的性质。A为斜面上的一点，在斜面上方距离A为x处的B点有光电门。

(1)实验前，先用游标卡尺测量挡光片的宽度(如图乙所示)，则挡光片的宽度为__4.930__cm。 (2)将一物块从斜面顶端由静止释放，测量光电门离A点的距离x和挡光片经过光电门时挡片光的时间，改变光电门的位置，重复实验，记录光电门在不同位置时光电门离A点的距离x，及挡光片的挡光时间，计算各次物块经过光电门的速度v。算出速度的平方，结果填在下列表格中，请在坐标纸上作出x与

v2的图线。

x(m) v2(m2/s2)

0.2 10.4 0.4 8.7 0.6 7.0 0.8 5.5 1.0 4.1 1.2 2.4

__图见解析__

(3)根据所画图线，可知物体经过A点的速度为__3.5__ m/s(保留两位有效数字)。

(4)若增大斜面的粗糙程度，则图线斜率绝对值将__变大__。(选填“变大”“变小”或“不变”) [解析] (1)图中游标卡尺读数为49＋6×0.05＝49.30 mm＝4.930 cm；

(2)根据表中的数据在坐标纸上描点，然后用直线连接，使得所描的点均匀分布在直线附近如图所示：

v2v21222

(3)根据运动学公式有：2ax＝v－v，整理得：x＝－，当x＝0时，v1＝v，从图中看出此时v2a2a21

2

＝12 m/s，故经过A点的速度为12 m/s≈3.5 m/s。

1

(4)若斜面变得更粗糙，物体加速度变小，斜率绝对值|k|＝，变大。

2a2．(2019·云南模拟)某同学用图甲所示的装置测量木块与水平传送带之间的动摩擦因数μ，跨过定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码，让传送带顺时针运行，木块静止后，读出弹簧秤的示数F，可测得木块受到的滑动摩擦力大小。

22

回答下列问题：

(1)放一个砝码时，弹簧秤的示数如图甲所示，其读数为 __3.82～3.87__ N。

(2)增加砝码个数，重复上述实验，作出示数F与砝码个数n的关系图象如图乙所示，已知每个砝码的质量均为50 g，重力加速度大小为9.80 m/s，可求得μ＝__0.61～0.65__(结果保留2位有效数字)；由上述信息__能__(选填“能”或“不能”)求出木块的质量。

[解析] 由图可知，弹簧秤的最小分度为0.1 N，所以其读数为3.85 N；(2)由实验原理可得：F＝f6.00－3.50

＝μ(nm＋M)g，即F＝μmgn＋μMg，由图象可得斜率k＝，即μmg＝k，联立解得：μ＝0.64。

8图线与纵轴的交点即为木块的重力与动摩擦因数的乘积，所以能求出木块的质量。

3．(2019·山东烟台模拟)如图甲所示是“探究加速度与合外力、质量之间的关系”的实验装配图。

2

(1)某同学按图乙装配后，指出两处装配有误的地方 __见解析__。

(2)有关本实验的安装要求及操作细节，正确的是 A 。 A．此实验必须把没有滑轮的一端垫高以“平衡摩擦力” B．为了让实验效果更好一些，钩码重量越大越好 C．实验时应先释放小车，再接通打点计时器的电源 D．实验中牵引小车的细线不用与木板表面平行

(3)某次实验后得到纸带如下，每隔4个点取一个计数点，交流电的频率为50 Hz，则小车运动过程中的加速度a＝

__2.67_m/s__(保留两位小数)。

2

[解析] (1)图中的复写纸安装错误；打点计时器应该接右侧的交流电源；小车应该尽量靠近打点计时器。

(2)此实验必须把没有滑轮的一端垫高以“平衡摩擦力”，且钩码重量要远小于小车重量，这样才能用钩码重力近似当做小车所受合外力，A正确，B错误；为了提高纸带的利用率，尽量多打点，同时为了使打点更稳定，在具体操作过程中应该是先接通打点计时器的电源，然后再释放小车，C错误；实验中牵引小车的细线和纸带应与木板表面保持平行，可以保证小车的加速度恒定，D错误。

(3)根据纸带上数据，则v1＝＝

Δx10.021Δx40.053

＝ m/s≈0.53 m/s，v4＝＝ m/s≈1.33 m/s。所以aΔt0.04Δt0.04

Δv1.33－0.5322

＝ m/s≈2.67 m/s。 Δt0.3

4．(2019·天津模拟)某同学“验证动能定理”的实验装置如图甲所示。水平桌面上固定一倾斜的气

垫导轨；导轨上A点处有一带遮光片的长方形滑块。

(1)用天平测量滑块和遮光片的总质量为M、砝码盘和砝码的总质量为m；用游标卡尺测量遮光片

的宽度为d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为__0.355__ cm；

(2)按图甲所示安装好实验装置，适当调节气垫导轨的倾角，直到滑块静止在导轨上，用米尺测量遮光片到光电门的距离L；

(3)剪断细绳，滑块由静止下滑，记录遮光片通过光电门的时间t； (4)多次改变遮光片与光电门之间的位置，测量并记录相应L与t的值；

(5)剪断细绳后，滑块和遮光片从初始位置运动到光电门的过程中，合力对其做的功W＝__mgL__，动能的增加量ΔEk＝

1d2

M() 。(用题中字母表示，重力加速度为g) 2t1

(6)以L为横轴，2为纵轴，该同学根据记录的数据作出如图丙所示的图象。根据此图象，本实验__

t能__(选填“能”或“不能”)验证动能定理。

[解析] (1)游标卡尺的读数由两部分组成：遮光片宽度d＝3 mm＋11×0.05 mm＝3.55 mm＝0.355 cm； (5)刚开始滑块静止在斜板上，此时滑块所受合力为零，但剪断细绳撤去拉力后，滑块受到的合力为T＝mg，由功的公式可求得W合＝mgL；从开始到光电门位置，由遮光时间可求出到光电门的速度v＝，所以1d2

动能的增加量为ΔEk＝M()；

2t1d21

(6)反过来，若动能定理成立，则有：mgL＝M()，显然由表达可以看出2与L成正比，则若图象是

2tt直线，则验证了动能定理。

5. (2019·乌鲁木齐三模)如图甲所示是某兴趣小组设计的验证动量守恒和机械能守恒的实验装置。半径相同的小球A、B分别用细线悬挂于O1、O2处(在悬点O1，O2处分别。有力传感器)，小球静止时，O1、

dtO2分别距小球A、B球的距离均为L。已知A、B的质量分别为m1和m2，且m1＞m2。

(1)验证动量守恒，将小球A拉开一定角度由静止释放，测出小球A、B第一次碰撞前悬挂小球A的细线的最大拉力为F0，碰撞后悬挂小球A、B的细线的最大拉力分别为F1、F2，则验证动量守恒的表达式为

m1?F0－m1g?＝m2?F1－m1g?＋m2?F2－m2g? ；空气阻力对该实验得出实验结论__没有__(填“有”或“没

有”)影响。

(2)验证机械能守恒。先将悬挂小球B的系统拆除，只保留悬挂小球A的系统，然后将小球A从最低点拉升高度h(保持细线绷紧)后由静止释放，小球摆动过程中，测出细线的最大拉力F；改变小球A从最低点拉升的高度h，重复上述步骤，得到多组h和F的数据。以h/L为横坐标，以F为纵坐标，做出的图