2022届高考物理热点问题专题练 专题10力学创新实验

热点10  力学创新实验

1.（2022山东部分重点高中联考）如图甲所示，点光源位于S，右侧为竖直放置屏幕的横截面，P点位于S与屏幕之间的中点，且SP连线垂直于屏幕。让一个小球从P点静止释放，光照射小球形成影子，影子在屏幕上移动情况被数码相机连拍功能拍摄下来。图乙为拍摄到影子下落过程中的部分图像，已知该数码相机每秒拍摄10次，空气阻力忽略不计。

（1）影子运动至位置C时的速度为        m/s；此时小球的速度为        m/s（保留两位有效数字）

（2）若影子的v-t图像如图所示，可求得当地的重力加速度g=        。（用字面表示）

【参考答案】 (1)3.6  （2分）   (2). 1.8 （2分）   (3).   （2分）

【解析】（1）根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得

影子运动至位置C时的速度为vC=×10-2m/s=3.6m/s；根据相似三角形知识可知，此时小球的速度为v=0.5 vC=1.8m/s。

（2）由v=2gt，可知k=2g=b/a，解得g=。

2.（2022山西考前适应性测试）22. (5分)回力车,施压拖动后轮卷紧弹簧,放手后弹簧恢复,通过传动系统驱动小车前进。为探究弹簧卷紧后具有的弹性势能,某同学用图(a)所示的方式进行了实验。在长木板的左端垫:上小木块,微调木板的倾斜程度以补偿阻力。拖动后轮卷紧弹簧，接通电源后释放小车,让小车沿木板开始运

动。得到的纸带如图(b)所示。0~9是从某点开始选取的计数点,相邻两点间还有四个点未标出，其问距如图所示。已知打点计时器使用交流电的频率为50 Hz ,测得小车的质量为40.0g，

完成下列填空:

 (1)从图示时刻开始，在弹簧逐渐释放的过程中，小车做加速度_______(填 “不变”“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后减小”或“先减小后增大”)的加速直线运动;

(2)在打下_ ___两个相邻计数点 的过程中,弹篑恢复到初始状态;

(3)不考虑传动系统的阻力,可估算出弹簀卷紧时具有的弹性势能为_______J。(保留 2位有效数字)

【参考答案】（1）逐渐减小 （2）5 、 6（3）1.7×10-2

【解析】（1）由于纸带上相邻点迹之间的位移差越来越小，由△x=aT2可知，从图示时刻开始，在弹簧逐渐释放的过程中，小车做加速度逐渐减小。

(2)由纸带上数据可知，在打下5、，6两个相邻计数点 的过程中,弹篑恢复到初始状态;

(3)v7=9.2m/s。根据能量守恒定律，不考虑传动系统的阻力,可估算出弹簀卷紧时具有的弹性势能为Ep=mv72=1.7×10-2J。

3（采用摆球与静止球碰撞探究动量守恒定律和单摆运动）利用如图所示的装置探究两小球碰撞过程中的动量守恒.已知小球P、Q大小完全相同，质量分别为m1、m2，直径分别为d，放在悬点分别为O1、O2正下方支架T上，T到悬点O的距离为L+d，到水平地面的距离为h.若将小球P拉离平衡位置，使细线与竖直方向的夹角为α，由静止释放，则

（1）小球运动到即将与小球Q碰撞时的速度为       ；

（2）若两小球碰撞后，小球P反弹回细线与竖直方向的夹角为θ（θ小于10°），小球Q水平抛出后落至水平面上D点，已知T到D的水平距离为s，可知P、Q两小球的质量关系为m1    m2；碰撞后小球Q的速度大小为      ，小球P的速度大小为       ；若满足关系式               ，则说明P、Q两小球碰撞过程中满足动量守恒定律.

（3）碰撞后小球P反弹运动到最大摆角的时间为         .

【解析】 （1） 由m1g（L+d）（1-cosα）= m1v02 ，解得 v0=（2）根据题述两小球碰撞后小球P反弹，可知m1＜m2；由m1g（L+d）（1-cosθ）= m1v12 ，解得 v1=.由平抛运动规律，s=v2t，h=gt2，解得v2=s.

若满足m1v0= m2v2- m1v1，即满足m1= m2 s- m1，则说明P、Q两小球碰撞过程中满足动量守恒定律.

（3）碰撞后小球P反弹运动可以视为单摆的简谐运动，时间为四分之一周期，根据单摆周期公式，碰撞后小球P反弹运动到最大摆角的时间为t==

【参考答案】（1）

（2）＜        s  

m1= m2 s- m1 

（3） 

【温馨提示】注意两小球碰撞后，小球P反弹，取向右为动量的正方向，则碰撞后小球P的动量为负值. 单摆的摆长等于细线长度与摆球半径之和.

【创新解读】此题以探究两小球碰撞过程中的动量守恒切入，综合考查机械能守恒定律、平抛运动规律、单摆简谐运动周期及其相关知识点.此题涉及到必修二、选修3-5和3-4内容，既属于模块融合，又是创新实验，有利于培养学生综合运用知识的能力.

4．（2022广州调研）（6分）依据伽利略在《两种新科学的对话》中描述的实验方案，某实验小组设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑的运动特点，操作步骤如下：

①让滑块从距离挡板s处由静止下滑，同时打开水箱阀门，让水流到量筒中（假设水

流均匀稳定）；

②当滑块碰到挡板时关闭阀门；

③记录量筒收集的水量V；

④改变s，重复以上操作；

⑤将测得的数据记录在表格中．

（1）该实验用量筒中收集的水量来表示滑块下滑的_____．

A．位移       B．时间       C．速度       D．加速度

（2）若保持下滑的距离s不变，仅增大滑块的质量，水量V将________（选填“增大”、“不变”或“减小”）；

（3）根据表中数据得到s与________（选填“”、“V”或“V2”）成正比，由此可得滑块沿斜面下滑做匀变速直线运动．

【参考答案】．（6分）（1）B （2）不变 （3）V2

【解析】（1）由于水流均匀稳定，用量筒中收集的水量随时间均匀增加，所以可以用量筒中收集的水量来

表示滑块下滑的时间。

（2）若保持下滑的距离s不变，仅增大滑块的质量，滑块下滑的加速度不变，由s=at2可知，滑块下滑时间不变，所以水量V将不变。

（3）由于V与t成正比，s与t2成正比，所以s与V2成正比，由此可得滑块沿斜面下滑做匀变速直线运动．

5(2022·上海黄浦区期末)研究发现在无风状态下汽车在行驶时受到的空气阻力f主要与汽车正面投影面积A和行驶速度v有关。一研究团队以某品牌汽车为对象开展研究，通过在风洞实验室模拟实验得到右表数据：

（1）说明如何利用表格中的数据，验证汽车行驶时受到的空气阻力f与汽车行驶速度v的平方成正比？

（2）实验可获得结论：汽车在行驶时受到的空气阻力f与汽车正面投影面积A、行驶速度v的关系表达式为f = kAv2.请任意选用表格中三组数据估算k（结果保留2位小数）；

（3）一辆该品牌小汽车质量m = 1200 kg，正面投影面积A = 3.0 m2，在平直地面上行驶时受到的地面阻力f0恒为1000 N。若该车以加速度a = 2 m/s2做匀加速直线运动。求：

①速度大小为v1 = 20 m/s时汽车受到的牵引力F1的大小；

②速度从v1 = 20 m/s增大至v2 = 30 m/s的过程中，汽车所受牵引力做的功W。（结果用科学计数法表示，保留2位小数）

【解析】（1）

（2）选取三组数据f1 = 2.0×102N、A1=2.0m2、v1=20m/s，f2 = 11.9×102 N、A2 = 3.0 m2、v2 = 40 m/s，f3 = 35.9×102 N、A3 = 4.0 m2、v3 = 60 m/s，分别代入，可求得k1 = 0.250 kg/m3，k2 = 0.248 kg/m3，k3 = 0.249 kg/m3，则。

（3）①v1 = 20 m/s时，汽车受空气阻力f1 = 300 N，根据牛顿第二定律，

可得。

②v2 = 30 m/s时，汽车受空气阻力f2 = 680 N，根据牛顿第二定律

可得，汽车的位移，根据，可知牵引力F与v2为线性关系，又因为匀加速直线运动中位移s与v2为线性关系，因此牵引力F与位移s也为线性关系 。v1 = 20 m/s时牵引力=1200×2N+1000N+0.25×3.0×202N=3700N

v2 = 30 m/s时牵引力=1200×2N+1000N+0.25×3.0×302N=4075N

牵引力平均值=3890N，这一过程中牵引力做功。

【方法指导】常见的计算功的方法有3种：1.W=Fxcosθ，2.根据动能定理间接计算功，3.若力与位移成线性关系，可以取力的平均值来计算功。

6 (2022·广东汕头一模) 某实验小组自制了如图甲所示的装置，探究物体间相对速度对摩擦因数的影响，弹簧秤连接着木块，用同步电动机匀速拖动木块前进。

（1）在保持粗糙程度等其他因素不变的前提下，调节变频器的输出频率，以不同速度拉动木块，待弹簧秤示数稳定时，观察并记录示数。实验小组做了5次实验，得到了表中5组数据，其中在第3次实验时，弹簧秤的示数如图乙所示，请你读出弹簧秤的示数并填入相应的位置。

（2）对表格中调节器输频率和测力计读数进行分析可知，物体间摩因数与其相对速度大小_________（选填“无关”或“有关”）。

（3）考虑到绳圈半径的变化、绳子收缩速度会随着绕线轮转动而逐渐___________（选填“变大”或“变小”），这可能导致弹资秤读数稍微___________（选填“大于”或“小于”）木块所受滑动摩擦力。

【参考答案】（1）1.90   （2）无关   （3）变大    大于

【解析】(1)根据弹簧秤读数规则，图乙弹簧秤读数为１.９０Ｎ。

（2）分析表格中数据可知，在误差范围内，弹簧秤读数与调节器输出频率无关。弹簧秤读数等于滑动摩擦力，滑动摩擦力与动摩擦因数成正比，调节器输出频率与物体移动速度有关，所以物体之间的动摩擦因数与其相对速度无关。

（3）随着绕线轮匀速转动，其半径逐渐增大，线速度逐渐增大，绳子收缩速度逐渐增大，木块加速运动，绳子拉力大于滑动摩擦力，导致弹簧秤读数大于木块所受的摩擦力。

7.(2022广东江门模拟)某同学利用一根压缩的弹簧来弹开带有遮光片的滑块测量滑块与木板间的动摩擦因数。实验装置如图（a）所示，将木板水平固定在桌面上，弹簧的左端固定在挡板上，右端与滑块刚好接触（但不连接），然后将光电门固定在木板上靠近滑块处。实验步骤如下：

（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图（b）所示，______cm；

（2）将光电门连接计时器，让滑块压缩弹簧至P点（图（a）中未画出），释放后滑块被弹开并沿木板向右滑动，计时器记录遮光片通过光电门的时间，再测量滑块停止时的位置与光电门的距离x，则可用

______表示滑块经过光电门时速度的大小；

（3）改变P点的位置，多次重复步骤（2）；

（4）若用图像处理数据，所得图像如图（c）所示，设重力加速度为g，则由图线可得滑块与木板间的动摩擦因素______（用物理量的符号表示）。

【参考答案】    ①. 1.02    ②.     ③.

【解析】

（1）[1]游标卡尺的示数

.

（2）[2] 滑块经过光电门时速度的大小为

    ①

（4）[3]物块从光电门到停止运动，由牛顿第二定律得

   ②

由匀变速直线运动速度和位移的关系得

    ③

由①②③可得

结合图(c)可得图像的斜率

解得

8. （2022福建泉州高三下适应性测试）如图甲所示的实验装置，一木块放在水平长木板上，左侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的定滑轮与一重物相连，木块右侧通过纸带与打点计时器相连。释放重物后，木块在木板上向左加速运动。图乙是重物落地前，打点计时器在纸带上打出的一些点（单位：）。

1
 

（1）已知打点计时器使用的交变电流频率为，由图乙给出的数据，可得木块运动加速度的大小为___________，纸带打点时重物的瞬时速度大小为___________（计算结果均保留3位有效数字）。

（2）设重物的质量为，木块的质量为，且线与纸带的质量均不计，除了木块与木板间有摩擦外，其它部分的摩擦不计，重力加速度用表示，若测得的加速度为，则木块和木板之间的动摩擦因数的表达式为___________。

【参考答案】    ①. 4.14（4.12—4.16）    ②. 2.59（2.59—2.61）    ③.

【解析】

（1）[1]由，可得木块运动加速度的大小为

[2]打点时重物的瞬时速度大小为

（2）[3]设重物的质量为，木块的质量为，重力加速度用表示，若测得的加速度为，由牛顿第二定律有

则得木块和木板之间的动摩擦因数的表达式为

9． (2022福建厦门六校第一次联考）用图（a）所示的装置测量木板与滑块间的动摩擦因数时，两支柱间距L=80.00cm，打点计时器所用交流电的周期T=0.02s。当垫块高度为h=40.00cm时，获得的纸带如图（b）所示，相邻两点间还有四个点没有画出（取g=10m/s2，结果保留两位小数）。

（1）打下B点时滑块的速度值为______m/s；

（2）滑块的加速度值为______m/s2；

（3）测得加速度后，可利用方程式求得动摩擦因数的大小，如考虑纸带与打点计时器的摩擦及空气阻力等因素影响，则所求的动摩擦因数值与实际值相比______（填“相等”、“偏大”、“偏小”）。

【参考答案】、（每空2分，共6分）（1）  0.96  （2）  3.20   （3） 偏大

【解析】（1）打下B点时滑块的速度值为

（2）滑块的加速度值为

（3）由于纸带与打点计时器的摩擦及空气阻力等因素影响，则所求的动摩擦因数值与实际值相比偏大。