2014届高考物理终极猜想题12力学实验(二)

1终极猜想十二力学实验(二)(本卷共6小题，满分60分．建议时间：30分钟)【题组1】纸带数据的处理1．如图1a是某同学做“研究匀变速直线运动”实验时获得的一条纸带．(1)打点计时器电源频率为50Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出．试根据纸带上的数据，推测F点的位置并在纸带上标出，算出对应的速度vF＝________m/s(计算结果保留两位有效数字)．(2)图b是该同学根据纸带上的数据，作出的vt图象．根据图象，t＝0时的速度v0＝________m/s，加速度a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)．图1解析(1)由匀变速直线运动的规律可得sEF－sDE＝sDE－sCD，可得sEF＝1.30cm.所以F点在与刻度尺5.00cm对应处；由匀变速直线运动的规律：vF＝vEG＝sEG2T，其中T＝0.02s代入可解得vF＝7.0×10－1m/s.(2)vt图象与纵轴的交点为t＝0时的速度v0＝2.0×10－1m/s，物体做匀加速直线运动vt图象的斜率大小为加速度a＝ΔvΔt＝0.70－0.2010×10－2m/s2＝5.0m/s2.答案(1)如图所示7.0×10－12(2)2.0×10－15.02．某同学为探究“合外力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图2摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50Hz)，打出一条纸带．图2(1)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图3所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用刻度尺测得各计数点到0点的距离分别为d1＝0.004m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m……他把钩码重力(当地重力加速度g＝9.8m/s2)作为小车所受合外力，算出打下0点到打下点5过程中合力做功W＝________J，把打下点5时小车的动能作为小车动能的改变量，算得Ek＝________.(结果保留三位有效数字)图3(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合外力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．A．钩码质量太大，使得合外力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B．没有平衡摩擦力，使得合外力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离解析(1)打下0点到打下点5过程中合力做功W＝mgx0.5＝0.05×9.8×0.360J≈0.176J，打计时点5时小车的速度大小v5＝x4610T＝d6－d410T＝0.480－0.25610×0.02m/s＝1.12m/s，故打下点5时小车动能的改变量Ek＝12Mv25＝12×0.20×1.122J≈0.125J.(2)出现较大实验误差，说明实验原理不完善，并非是一些偶然或次要因素引起，应是3没有满足实验所需要的条件，如没有满足钩码的质量远小于小车的质量、实验前没有平衡摩擦力．答案(1)0.1760.125J(2)AB3．用如图4所示的装置探究小车的加速度与力、质量的关系，在实验中，把桶和沙的重力当做小车受到的合力．图4(1)下表是某同学做该实验所记录的部分数据，1、2、3三组数据探究加速度与力的关系，3、4、5三组数据探究加速度与物体质量的关系，请在小车质量和受力的空格内填上合适的数值.级别小车质量M/kg受力F/N加速度a/(m·s－2)10.50.2520.5031.0041.051.5(2)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与力的关系时，两位同学根据各自的实验数据分别作出的aF图线如图5甲、乙所示，对这两图的分析正确的是：________.图5A．甲图图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入沙桶的重力B．甲图图线不通过原点，可能是因为沙的质量太大4C．乙图图线的弯曲部分，是因为小车的质量太大D．乙图图线的弯曲部分，是因为沙桶和沙的总质量太大答案(1)2、3组数据中物体的质量分别为0.5kg、0.5kg，4、5组数据中物体所受的力分别为1.00N、1.00N(2)AD4．某同学设计了一个如图6所示的装置来测定滑块与木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是质量可调的砝码，不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦．实验中该同学在砝码总质量(m＋m′＝m0)保持不变的条件下，改变m和m′的大小，测出不同m下系统的加速度，然后通过实验数据的分析就可求出滑块与木板间的动摩擦因数．图6(1)该同学手中有打点计时器、纸带、10个质量均为100克的砝码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还应有()．A．秒表B．毫米刻度尺C．天平D．低压交流电源(2)实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图7所示，从清晰的O点开始，每隔4个点取一计数点(中间4个点没画出)，分别记为A、B、C、D、E、F，各计数点到O点的距离为OA＝1.61cm，OB＝4.02cm，OC＝7.26cm，OD＝11.30cm，OE＝16.14cm，OF＝21.80cm，打点计时器打点频率为50Hz，则由此纸带可得到打E点时滑块的速度v＝______m/s，此次实验滑块的加速度a＝______m/s2.(结果均保留两位有效数字)图7(3)5图8在实验数据处理中，该同学以m为横轴，以系统的加速度a为纵轴，绘制了如图8所示的实验图线，结合本实验可知滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________.(g取10m/s2)解析(1)实验中使用打点计时器，需要使用低压交流电源，测量纸带上计数点之间的距离，需要用毫米刻度尺．(2)纸带上计数点间的时间间隔T＝0.1s，由vt2＝v可知打E点时滑块的速度v＝DF2T＝0.53m/s，由逐差法可得a＝CF－OC9T2＝0.81m/s2.(3)对A、B、C系统由牛顿第二定律知a＝mg－μM＋mgM＋m0＝＋μmgM＋m0－μg，所以am图线在纵轴上的截距为－μg，由图知μg＝3，即μ＝0.3.答案(1)BD(2)0.530.81(3)0.3【题组二】实验原理的考查5.在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图9所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图9(1)本实验中，采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差______________．A．两个分力F1、F2间的夹角尽量小些B．两个分力F1、F2的大小要尽量大些C．拉橡皮筋的细绳要稍短一些D．实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度(2)本实验采用的是等效替代法，但若将细绳也换成橡皮筋，则实验结果是否会发生变化？答：________(选填“变化”或“不变化”)．(3)为了完成实验，在用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有()．A．两细绳的方向B．橡皮筋的原长C．两弹簧秤的示数D．结点O的位置(4)若保持结点O的位置及OB绳方向不变，而将OC顺时针缓慢转动一小角度，其他操作均正确，则()．6A．弹簧秤甲的示数不变B．弹簧秤甲的示数一直减小C．弹簧秤乙的示数可能减小D．弹簧秤乙的示数一定先减小后增大解析(1)本实验中为使橡皮筋有明显伸长，两弹簧秤应有较大示数，同时合力不至于过小或过大，两弹簧秤所拉绳间的夹角在60°～120°之间较合适，A错，B对；为了减小误差，便于确定两拉力方向，拉橡皮筋的细绳要稍长一些，实验中必须使橡皮筋、细绳、弹簧秤都与木板平行，细绳要与弹簧秤轴线在一直线上，读数时视线要正对弹簧秤刻度，C错，D对．(2)实验中两次测量的目的是使橡皮筋AO发生相同的形变，故细绳是否改为橡皮筋对实验并没有影响．(3)用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有两细绳的方向、两弹簧秤的示数和结点O的位置．(4)如图所示，由力的合成图可知弹簧秤甲的示数一直在减小；而因不知开始时OC与竖直方向的夹角及转动的角度大小，所以弹簧秤乙的示数可能先减小后增大，也可能一直减小．答案(1)BD(2)不变化(3)ACD(4)BC6．一同学在学习了机械能守恒定律后，认为小球沿竖直曲面自由下滑的过程中机械能是守恒的，于是设计了如图10所示的实验装置加以验证，图中曲面固定，底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐，他的实验步骤如下：图10a．在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近桌面右边缘处，使小球从曲面上某点A由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；b．将木板向右平移适当的距离固定，再使小球从A点由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；c．测出OP的距离y，竖直木板向右移动的距离L，查出当地重力加速度g.(1)要验证小球由A到B过程中机械能守恒，还需测量的物理量及符号是________________．(2)用上述测量验证机械能守恒的表达式应该是________________．(3)从实验结果来看，小球沿曲面下滑的过程中机械能是减少的，原因是7__________________________________________________________．(4)某次实验中，该同学观察到小球撞击木板上的P点后反弹恰好落在B点正下方的D点，不计球与木板碰撞时的能量损失，则P点到水平面的距离为________．解析本题是将平抛运动和验证机械能守恒结合在一起进行考查的，是课本实验的延伸，求解的方法就是根据平抛运动规律先求出B点的速度，再根据机械能守恒定律求解相应问题．根据y及L，运用平抛运动知识可求出小球到达B点时的速度v，即平抛运动的初速度，由y＝12gt2、v＝Lt得v＝Lg2y，根据验证方程mgh＝12mv2知还需要测量AB间的高度h；将v用y、L表示，代入得到表达式L2＝4hy；小球由A到B过程中机械能减少是因为有摩擦力存在；因不计球与木板碰撞时的能量损失，碰撞前后过程小球在水平方向做匀速运动，水平速度大小不变，即小球从B到P和从P到D的时间相同，而小球在竖直方向做自由落体运动，所以P点到水平面的距离为3y.答案(1)AB间的高度h(2)L2＝4hy(3)下滑过程中小球克服摩擦力做功(4)3y[