(新高考)高考物理一轮复习讲义 第6章 高考热点强化训练11 力学创新实验（含解析）

高考热点强化训练11　力学创新实验

1．(2019·贵州毕节市适应性监测(三))某同学研究小滑块与水平长木板之间的动摩擦因数，查阅资料得知当地的重力加速度为g.选用的实验器材是：长木板、小滑块(可安装挡光片)、光电门、数字毫秒计、弧形斜面、挡光片、螺旋测微器、刻度尺．器材安装如图1甲所示．

图1

(1)主要的实验过程如下：

①用螺旋测微器测量挡光片宽度d，读数如图乙所示，则d＝________ mm；

②让小滑块从斜面上某一位置释放，读出小滑块通过光电门时数字毫秒计示数t；

③用刻度尺量出小滑块停止运动时挡光片与光电门间的距离L；

④求出小滑块与长木板间动摩擦因数μ＝________(用物理量g、d、L、t表示)．

(2)为了减小测量动摩擦因数的误差，可采用的方法是：

________________________________________________________________________.

答案　(1)①2.950　④　(2)多次测量取平均值；采用图象法；增大释放高度

解析　(1)①由螺旋测微器的读数规则可知d＝2.5 mm＋45.0×0.01 mm＝2.950 mm

④因小滑块通过光电门的时间很短，因此可以将小滑块通过光电门的平均速度当成小滑块通过光电门的瞬时速度，则小滑块的速度v＝，由匀变速直线运动的速度和位移关系可知

v2＝2aL，

由牛顿第二定律可知Ff＝μmg＝ma，a＝μg

联立解得μ＝；

(2)可以用多次做实验取平均值减小该实验的偶然误差，也可以采用图象法拟合数据进行求解，减小偶然误差，增大小滑块的释放高度可以使小滑块通过光电门的速度增加，时间减小，使平均速度更接近小滑块的瞬时速度，减小误差．

2．(2019·福建南平市第二次综合质检)(1)某研究学习小组使用速度传感器探究小车的加速度与力、质量的关系，实验装置如图2甲所示．为使细线下端悬挂砝码和砝码盘的总重力可视为小车受到的合力，正确的操作是________．

A．小车的质量M应远小于砝码和砝码盘的总质量m

B．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

C．不挂砝码和砝码盘，将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车恰好能匀速下滑

D．每次改变小车质量后都要重新平衡摩擦力

图2

(2)该组同学在平衡小车与木板间的摩擦力后，在小车上固定一与运动方向垂直的薄板以增大空气阻力．用图乙所示的装置探究物体受到的空气阻力与运动速度大小的关系，得到小车(含薄板)的v－t图象如图丙所示，该组同学通过分析得出：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力________(选填“变大”“不变”或“变小”)的结论．理由是

________________________________________________________________________．

答案　(1)BC　(2)变大　v－t图象斜率减小，加速度(或合外力)减小

解析　(1)为使细线下端悬挂砝码和砝码盘的总重力可视为小车受到的合力，则要求小车的质量M应远大于砝码和砝码盘的总质量m，选项A错误；实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，选项B正确；不挂砝码和砝码盘，将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车恰好能匀速下滑，以平衡摩擦力，选项C正确；每次改变小车质量后不需要重新平衡摩擦力，选项D错误．

(2)由v－t图象可知斜率减小，则加速度减小，由F－Ff＝ma可知阻力增大，即随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力变大．理由是加速度(或合外力)减小．

3．(2019·河北唐山市第一次模拟)利用图3甲所示实验装置“探究做功与物体动能变化关系”，图甲中1、2是光电计时器的光电门，光电计时器可记录滑块上的遮光片P通过光电门的时间，实验时光电门1固定，光电门2位置可以改变．(重力加速度大小为g)

图3

(1)为了计算滑块通过光电门的速度，先用游标卡尺测量遮光片的宽度如图乙，遮光片的宽度d＝________ mm；

(2)用天平测量出带着遮光片时滑块的质量为M，钩码的质量为m，将滑块用轻绳与钩码连接，调节木板左端垫片的位置，当轻推滑块通过光电门1、2所用的时间相等时，说明滑块匀速运动；

(3)不挂钩码，滑块从光电门1上方位置释放，记录遮光片通过光电门1、2时间t1、t2，用刻度尺测量两个光电门间的距离L，滑块从光电门1运动到光电门2的过程，外力做功为________，动能变化量为________(用t1、t2、d、M、m、L和g表示)，并进行比较；

(4)改变光电门2及滑块的释放位置，多次重复实验步骤(3)；

(5)利用图象处理相应的实验数据，探究做功与物体动能变化关系．

答案　(1)4.30　(3)mgL　M(－)

解析　(1)游标卡尺的读数为：d＝4 mm＋6×0.05 mm＝4.30 mm；

(3)挂钩码时，整体匀速下滑，不挂钩码时，滑块受到的外力大小等于钩码重力，即大小为mg，则外力做的功为：W＝mgL；

滑块通过光电门1的瞬时速度为：v1＝，通过光电门2的瞬时速度为：v2＝

则动能变化量为：ΔEk＝Mv－Mv＝M(－)．

4．(2019·山西运城市5月适应性测试)某同学用如图4甲所示装置“验证机械能守恒定律”，将小球a、b分别固定于一轻杆的两端，杆水平且处于静止状态．释放后轻杆逆时针转动，已知重力加速度大小为g.

图4

(1)选择实验中使用的遮光条时，用螺旋测微器测量遮光条A的宽度如图乙所示，其读数为________ mm，另一个遮光条B的宽度为0.80 cm，为了减小实验误差，实验中应选用遮光条________(填“A”或“B”)进行实验．

(2)若遮光条的宽度用d表示，测出小球a、b质量分别为ma、mb(b的质量含遮光条)，光电门记录遮光条挡光的时间为t，转轴O到a、b球的距离分别为la、lb，光电门在O点的正下方，如果系统(小球a、b以及杆)的机械能守恒，应满足的关系式为________________(用题中测量的字母表示)．

答案　(1)4.800　A　(2)mbglb－magla＝ma()2＋mb()2

解析　(1)螺旋测微器的读数由主尺和螺旋分尺组成，主尺读数：4.5 mm，分尺读数：

×30.0 mm＝0.300 mm，所以螺旋测微器读数：4.5 mm＋0.300 mm＝4.800 mm；光电门测速度原理是用遮光条通过光电门的平均速度代替瞬时速度，时间越短，越接近瞬时速度，所以遮光条选宽度小的，选A.

(2)b通过光电门的速度：vb＝，此时a的速度：va＝ωla＝la＝，根据机械能守恒有：重力势能减小量等于动能增加量：mbglb－magla＝mav＋mbv，整理得：mbglb－magla＝ma()2＋mb()2.