2019版高考物理二轮复习专题检测：13 “追根溯源”智取创新实验——学会迁移(含解析)

专题检测（十三）  “追根溯源”智取创新实验——学会迁移1．将一长为L、质量为m的均匀杆绕一端无摩擦地转动，当转动角速度为ω时，杆具有一定的动能Ek，关于动能Ek的大小同学们有如下猜想。甲同学：把杆当成位于其重心处的质量为m的质点，可能是Ek＝m2＝mω2L2乙同学：根据动能的平均值计算，可能是Ek＝m·＝mω2L2丙同学：可能是Ek＝mω2L2为了验证猜想，设计了如图甲所示的实验。质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度vA，并记下该位置与转轴O的高度h。(1)用游标卡尺测得杆的直径d如图乙所示，则d＝________，A端通过光电门的时间为t，则A端通过光电门的瞬时速度vA的表达式为________。(2)调节h的大小并记录对应的速度vA，建立vA2­h坐标系，并将实验数据在坐标系中描出，如图丙所示，试在图丙中绘出vA2和h的关系曲线，可得vA和h的关系式为________________________。(3)当地重力加速度g取10 m/s2，结合图像分析，可得________(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的猜想是正确的。解析：(1)游标卡尺的主尺刻度读数为10 mm，游标尺读数为0.05×4 mm＝0.20 mm，所以最终读数为10 mm＋0.20 mm＝10.20 mm＝1.020 cm；根据速度定义式可得vA＝。    (2)连线如图，从图中可以看出，vA2与h是线性关系，vA2＝30h m2/s2。(3)根据机械能守恒定律可得Ek＝mgh，再根据图像可得vA2＝30h m2/s2，联立解得Ek＝mvA2＝mω2L2，即丙同学的猜想是正确的。答案：(1)1.020 cm　vA＝　(2)见解析图　vA2＝30h m2/s2　(3)丙2．某实验小组用如图1所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连。两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起。将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭。实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳定后，甲将两辆小车同时释放。在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验。请回答以下问题：(1)如图2为小车A后面的纸带，纸带上的0、1、2、3、4、5、6为每隔4个计时点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图中标注，单位为cm。打点计时器所接电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝________m/s2(结果保留两位有效数字)。同样测出小车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于________，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值。只测量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究，若x1∶x2近似等于________，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是________________________________________________________________________________________________。  (3)下列操作中，对减小实验误差有益的是________。A．换用质量大一些的钩码B．换用质量大一些的小车C．调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行D．平衡小车运动过程中受到的摩擦力时，将细线与小车连接起来解析：(1)由题图2可知，小车A的加速度a1＝，式中T＝0.1 s，代入数据可得：a1≈0.48 m/s2，由题图1可知，小车B受的拉力等于小车A所受拉力的2倍，测出小车B的加速度a2，如果a1∶a2＝1∶2，就可以说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(2)小车从静止开始运动，纸带上最初和最末两个点对应小车的运动时间相等，由x＝at2可知，x与a成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比较x1与x2的比值近似等于1∶2，就能验证质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比。(3)换用质量更大一些的钩码，可减小实验的相对阻力，使得测量更准确，故A正确；换用质量大一些的小车，会增大阻力，加大误差，故B错误；调整定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行，可减小实验的误差，故C正确；平衡小车运动时受到的摩擦力时，只让小车拖着纸带运动，而不应连接细线，故D错误。答案：(1)0.48　1∶2　(2)1∶2　由x＝at2可知，当时间t相等时，位移与加速度成正比　(3)AC3．现要用图甲完成“验证力的平行四边形定则”实验：把白纸固定在竖直放置的木板上，白纸上画有一些同心圆，相邻两圆之间的距离为r，圆心O距第一个圆的距离为r，A、B为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。CO为竖直方向的一基准线。(1)完成下列主要实验步骤所缺的内容：①用一细绳系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在C点，橡皮筋的另一端连接两条细绳，跨过A、B滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，如图乙所示，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，记下____________和两条细绳的方向，取下钩码； ②再用一弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至O处，如图丙所示，记下弹簧测力计的读数F′＝________N。(2)若相邻两圆环之间的距离表示1 N，该同学已经在图丁中作出两条细绳的拉力F1和F2。请按力的图示画法在图中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示。(3)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是________________________。(填一个原因)(4)在步骤①中“适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处”的目的是__________________________________。解析：(1)①本实验中用钩码所受的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳上钩码的个数，即相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。②弹簧测力计的读数F′＝5.0 N。(2)所作的图示如图所示。(3)测量存在误差、作图不准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与细绳之间的摩擦力等。(4)由于CO是在竖直方向，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，目的是为了使F1和F2的合力沿竖直方向。答案：(1)①两条细绳上钩码的个数　②5.0　(2)见解析图　(3)见解析　(4)使F1和F2的合力沿竖直方向4．(2019届高三·邯郸模拟)如图甲所示，上表面光滑的楔形木块A固定在水平放置的压力传感器上。某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小钢球)，记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出压力传感器示数与小钢球质量的关系图像，即F­m图像，如图乙所示。重力加速度大小取9.8 m/s2，完成下列填空：(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间________(填“相同”或“不相同”)。(2)由图像可得，木块A的质量M＝________kg(保留两位有效数字)。(3)若斜面倾角为θ，由图像可得，cos2θ＝________(保留两位有效数字)。解析：(1)根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：a＝＝gsin θ，则不同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同。(2)当m＝0时，传感器的示数即为木块A所受的重力，则有：Mg＝1.97 N，解得：M＝ kg≈0.20 kg。(3)对小钢球受力分析，根据平衡条件可知，A对小钢球的支持力FN＝mgcos θ，根据牛顿第三定律可知，小钢球对A的压力为mgcos θ，对A受力分析可知，传感器对A的支持力F＝Mg＋mgcos θcos θ，则传感器的示数为F＝Mg＋mgcos2θ，则F­m图像的斜率k＝gcos2θ，则有：gcos2θ＝＝3.3，解得：cos2θ≈0.34。答案：(1)相同　(2)0.20　(3)0.34(0.32～0.36均可)5.(2018·青岛模拟)如图所示为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2；②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离，图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN。依据上述实验步骤，请回答下列问题：(1)两小球的质量m1、m2应满足m1________(填“>”“＝”或“<”)m2。(2)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中________点，m2的落点是图中________点。(3)用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式________________，就能说明两球碰撞前后动量是守恒的。(4)若要判断两小球的碰撞是否为弹性碰撞，用实验中测得的数据来表示，只需比较________与____________是否相等即可。 解析：(1)必须满足m1>m2，否则m1有可能被反弹回去，此时M、N不可能分别位于P两侧。(2)由碰撞规律知，碰后v1′<v2′，故m1落于M，m2落于N。(3)(4)设斜面倾角为θ，由平抛运动规律，有s·sin θ＝gt2，s·cos θ＝vt得v＝∝。由动量守恒m1v1＝m1v1′＋m2v2′，只要满足m1＝m1＋m2 即可，由能量守恒m1v12＝m1v1′2＋m2v2′2，即只需判断是否满足m1sP＝m1sM＋m2sN。答案：(1)>　(2)M　N　(3)m1＝m1＋m2　 (4)m1sP　m1sM＋m2sN6．利用气垫导轨研究滑块运动规律，求滑块运动的加速度，实验装置如图甲所示。主要的实验步骤如下：(1)滑块放置在气垫导轨0刻度处，在拉力作用下由静止开始加速运动，测量滑块从光电门1到光电门2经历的时间t，测量两光电门之间的距离s。(2)只移动光电门1，改变s，多次实验，数据记录如表所示。实验次数123456s/m 1.2001.0000.8000.6000.400t/s1.030.720.540.410.290.18/(m·s－1) 1.671.851.952.072.22(3)根据实验数据计算、描点、作出­t图像，如图乙所示。根据数据分析，回答下列问题：导轨标尺的最小分度为________cm，读出第1次实验两光电门之间的距离s1(如图甲所示)，可得＝________m/s。假设­t图线斜率的绝对值为k，则滑块运动的加速度大小为________；根据作出的图像，求出本次测量的加速度大小为________m/s2。解析：根据表格中记录的数据，可知导轨标尺的最小分度为1 cm。由题图甲可知s1＝140.0 cm，t1＝1.03 s，≈1.36 m/s。设滑块通过光电门2时速度为v0，通过光电门1时速度为v，滑块做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律，s＝(v＋v0)t，v＋at＝v0，联立解得：＝v0－at，对比­t图像，斜率的绝对值为k＝a，则滑块运动的加速度大小为a＝2k；根据作出的图像可得k＝ m/s2≈1.08 m/s2，本次测量的加速度大小为2×1.08 m/s2＝2.16 m/s2。答案：1　1.36　2k　2.167．(2018·绵阳南山中学检测)在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验如图甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，进行多次重复实验。(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d＝________。(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作________图像。A．h­t　　　　　　　　　 B．h­C．h­t2  D．h­(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，增加释放高度h后，两者的差值会________(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为17.5 mm，可动刻度读数为30.5×0.01 mm＝0.305 mm，所以最终读数为17.5 mm＋0.305 mm＝17.805 mm。(2)已知小球挡住红外线的时间和小球的直径，则可以由平均速度表示小球挡住红外线时的速度v＝，减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：mgh＝mv2，即mgh＝m2，h＝·，为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作h­图像，故D正确。(3)小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量，是因为小球下落过程中受到空气阻力的影响，增加释放高度h后，空气阻力的影响增大，故两者的差值会增大。答案：(1)17.805 mm(17.804～17.806 mm均可)　(2)D　(3)增大