2022届新高考二轮复习 力学实验创新考法 作业

这是一份2022届新高考二轮复习 力学实验创新考法 作业，共6页。
实验题满分专训（二）  力学实验创新考法1．(2020·北京等级考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是________(填选项前的字母)。A．小车质量相同，钩码质量不同B．小车质量不同，钩码质量相同C．小车质量不同，钩码质量不同(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据，如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出a­图像。次数1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00 (3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量，下列说法正确的是__________(填选项前的字母)。A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力解析：(1)由“对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比”，可知两小车的质量不同，所受合外力相同，再由实验装置可知，合外力由钩码的重力提供，故钩码质量相同。B正确。(2)由题表可知，a4＝0.40 m/s2， ＝2.5 kg－1，在题图2中描出该点，并用一条直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，并舍弃离直线较远的点，如图甲所示。(3)对小车受力分析如图乙所示，小车受重力G、支持力FN、拉力F和摩擦力Ff。当小车沿倾角合适的斜面运动时，小车的重力沿斜面的分力与滑动摩擦力平衡，小车受到的合外力可等效为绳的拉力，A正确；若斜面倾角过大，小车的重力沿斜面的分力的大小将大于滑动摩擦力的大小，小车所受合力将大于绳的拉力，B错误；砂和桶与小车的加速度相同，对砂和桶整体，根据牛顿第二定律可知，它们的重力要大于绳的拉力，C错误；当小车的运动趋近于匀速运动时，砂和桶可近似看成受力平衡，则砂和桶的重力近似等于绳的拉力，D正确。答案：(1)B　(2)见解析图甲　(3)见解析图乙　AD2.(2021·广东高考)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数L0，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值＝＝________cm。(2)上述是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量。(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字)解析：(1)根据ΔLi＝Li＋3－Li得ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04 cm。压缩量的平均值为＝＝ cm＝6.05 cm。(2)因ΔLi是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。(3)根据钢球的平衡条件有3mgsin θ＝k·，解得k＝＝ N/m≈48.6 N/m。答案：(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.63．(2021·聊城模拟)如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置；(1)请把下面的实验步骤补写完整①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动；②把一张画有等间距同心圆的厚纸，紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答________(选填“有”或“没有”，不必说明理由)；③记录三段绳子悬挂的钩码个数以及三段绳子的方向；④根据记录的数据，作出三段绳子上的拉力FA、FB、FC的图示；⑤以表示FA、FB的线段为邻边，画出平行四边形，如果平行四边形的对角线所表示的力与FC近似________，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则。(2)在图中A、B、C三段绳子上分别悬挂了4、5、6个钩码而静止不动，图中OA、OB两段绳子与竖直方向的夹角分别为α、β，如果本实验是成功的，那么应接近于________。解析：(1)②每个钩码的质量相同，可以通过钩码的个数表示力的大小，没有必要测量钩码所受的重力大小。⑤FA、FB、FC三力平衡，通过平行四边形可以做出FA和FB的合力，若近似与FC等大反向，即可在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则。(2)根据平衡条件可知在水平方向FAsin α＝FBsin β，则＝＝＝1.25。答案：(1)②没有　⑤等大反向　(2)1.254．(2021·广州三模)某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律，已知小球A、B的直径相同，质量分别为m1、m2。(1)用10分度的游标卡尺测量小球A的直径d。其示数如图乙所示，直径d＝________cm。(2)用两条细线分别将球A、B悬持于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好接触，球心位于同一水平线上。将球A向左拉起，使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，球A向左摆且测得摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆且测得摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2、通过以上实验结果可知质量m1____________(选填“大于”“小于”或“等于”)m2。(3)若两球碰撞前后的动量守恒，则m1＝________。(用测量的物理量表示)解析：(1)直径d＝32 mm＋6×0.1 mm＝32.6 mm＝3.26 cm。(2)因A小球碰撞后反弹，所以m1＜m2。(3)小球A下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得m1v＝m1gl(1－cos α)碰撞后，对A、B两球分别根据机械能守恒定律得m1v1′2＝m1gl(1－cos θ1)m2v2′2＝m2gl(1－cos θ2)若两球碰撞前后的动量守恒，则满足m1v1＝－m1v1′＋m2v2′联立以上四式得m1＝m2－m1。答案：(1)3.26　(2)小于　(3)m2－m15．为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图(a)装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图(b)，其中Fm是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g，请回答以下问题：(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________。(均用题中所给字母表示)(2)观察图(b)中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：________________________________________________________________________。(3)为减小实验误差，实验时应选用密度________(选填“较大”或“较小”)的小球。解析：(1)小球第一次摆动至最低点的过程，重心下降了h，则重力势能的减少量为ΔEp＝mgh。小球第一次摆动至最低点的过程，初速度为零，最低点速度为vm，由牛顿第二定律有Fm－mg＝m，而动能的增加量为ΔEk＝mv－0，联立解得ΔEk＝。(2)根据F­t图像可知小球做周期性的摆动每次经过最低点时拉力最大，而最大拉力逐渐变小，说明经过最低点的最大速度逐渐变小，则主要原因是空气阻力做负功，导致机械能有损失。(3)为了减小因空气阻力带来的误差，应选择密度大体积小的球进行实验。答案：(1)mgh　　(2)空气阻力做负功，机械能有损失　(3)较大6．如图所示，某同学借用“探究加速度与力的关系的实验装置”完成以下实验：他在气垫导轨上安了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处静止释放。(1)气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑块内表面之间形成很薄的气垫层。滑块就浮在气垫层上，与轨面脱离接触。实验前应该调节支脚上螺母使气垫导轨________。(选填“水平”“左高右低”或“左低右高”)(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间为t，还测得A、B间的距离为L，则滑块的加速度为________。(用d、L和t表示)(3)为了减小实验误差，下列措施正确的一项是________。(请填写选项前对应的字母)A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使光电门B与释放滑块的位置A的距离近一些C．遮光条要宽一些D．应使滑轮与滑块间的细线与气垫导轨平行(4)改变钩码的质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，若在进行处理数据时在直角坐标系中作出了t2­图像，则该图像是________。(请填写选项前对应的字母)A．抛物线B．过原点的倾斜直线C．不过原点的倾斜直线D．双曲线(5)若测得(4)中图线的斜率为k，还可以求得滑块的质量为________。(用d、L和k表示)解析：(1)应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力。(2)滑块经过光电门时的瞬时速度v＝，由速度位移关系式得a＝＝。(3)拉力是直接通过力传感器测量的，不需要使滑块质量远大于钩码与力传感器的总质量，故A错误；应使A位置与光电门间的距离适当大些，增大测量长度，从而减小误差，故B错误；为了使滑块经过光电门的速度更准确些，遮光条要窄一些，故C错误；应使滑轮与滑块间的细线与气垫导轨平行，拉力才等于合力，故D正确。(4)由牛顿第二定律可知F＝Ma＝M·。数学变形得t2＝·，则t2­图像为过原点的倾斜直线，故B正确。(5)由t2＝·得k＝，解得M＝。答案：(1)水平　(2)　(3)D　(4)B　(5)