专题16力学实验1第02期备战2020高考物理2019届二模和三模好题分项版汇编教师版

1专题16力学实验（1）2019年高三二模、三模物理试题分项解析（II）1.（2019广东省广州市下学期一模）用图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。（1）实验的主要步骤：①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，读得d=________mm；②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x；③滑块从A点静止释放（已知砝码落地前挡光片已通过光电门）；④读出挡光片通过光电门所用的时间t；⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点静止释放，测量相应的x值并读出t值。（2）根据实验测得的数据，以x为横坐标，21t为纵坐标，在坐标纸中作出xt21图线如图丙所示，求得该图线的斜率k＝____________m-1·s-2；由此进一步求得滑块的加速度a=____________m·s-2。（计算结果均保留3位有效数字）【参考答案】(1)①6.60；m/x)s10(12-42t0.30.40.50.60.71.01.21.41.61.82.0图丙图乙0123020cm光电门砝码挡光片d滑块气垫导轨计时器0.00B滑轮A图甲2(2)2.40×104（2.28×104～2.52×104均正确）；0.523（0.497～0.549均正确）【命题意图】本题考查利用气垫导轨和光电门测量匀变速直线运动的加速度实验、图像法处理实验数据及其相关知识点。【解题思路】（1）根据游标卡尺读数规则，挡光片的宽度d=6mm+12×0.05mm=6.60mm。（2）该图线的斜率k＝2.0-1.00.70-0.28×104m-1·s-2=2.40×104m-1·s-2；滑块通过光电门时的速度v=d/t，由v2=2ax可得21t=22adx，由k＝22ad可求得滑块的加速度a=0.523m·s-2。2.（6分）（2019全国高考猜题卷6）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端面依次逐个挂下钩码（每个钩友的质量均为m=0.1kg，取g=10m/s2），并记录绳下端的坐标X加i（下标i表示挂在绳下端钩码个数）。然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端面的坐标X减i，绳下端坐标的平均值Xi＝（X加i+X减i）/2的数据如下表：（1）同一橡皮绳的X加iX减i（大于或小于）；（2）同学的数据更符合实验要求（甲或乙）；（3）为了更好的测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？【参考答案】小于，（2分）乙，（2分）伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量（2分）【名师解析】（1）小于（因为橡皮绳在伸长后不能完全恢复到原来的长度）（2）乙（因为甲同学的数据中只有前几个数据可认为在弹性范围内）3（3）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。3．（6分）（2019湖北四地七校考试联盟期末）高三学生小明和小华设计了一个物理实验来验证动能定理，实验装置如图所示，A、B为长木板上固定的两个光电门，已知当地重力加速度为g。（1）他们利用游标卡尺测滑块上的遮光条的宽度，如图所示，则遮光条的宽度d＝0.330cm。（2）垫高长木板右端，当长木板和水平面夹角为θ时，在O处沿斜面轻推滑块，测得滑块经过两光电门的时间相等，则滑块和长木板间动摩擦因数为tanθ。（3）将长木板水平放置，在O处给滑块一个瞬时冲量，使滑块依次滑过光电门A、B．测得滑块经过光电门A的时间为t1、滑块经过光电门B的时间为t2，两个光电门间距离为s，在误差允许的范围内，验证动能定理成立的式子为2gstanθ＝﹣（用题中已给字母表示）。【名师点拨】（1）明确游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，注意读数时不需要估读；（2）由滑块经过两光电门的时间相等可认为滑块做匀速运动，有平衡条件可得出滑块和长木板间动摩擦因数；（3）实验中由于遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；小车从A到B的过程中，其合力做功﹣μmgs，系统动能的增加，增量为：△EK＝﹣，因此只要比较二者是否相等，即可探究合外力做功与动能改变量之间关系是否相等。【名师解析】（1）20分度的游标卡尺精度为0.05mm；固定刻度读数为0.3cm，游标读数为0.05×6mm＝0.30mm＝0.030cm，所以最终读数为：0.3cm+0.030mm＝0.330mm（2）滑块经过两光电门的时间相等，可认为滑块做匀速运动则：mgsinθ＝μmgcosθ所以：μ＝tanθ（3）由于遮光条比较小，通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度分别为：vA＝、vB＝。4小车从A到B的过程中，其合力做功﹣μmgs，系统动能的增加，增量为：：△EK＝﹣＝﹣，因此只要比较二者是否相等，即可探究合外力做功与动能改变量之间关系是否相等。即如果关系式：2gstanθ＝﹣在误差允许范围内成立，就验证了动能定理。故答案为：（1）0.330；（2）tanθ；（3）2gstanθ＝﹣【名师点评】解决本题的关键掌握实验的原理和操作方法，知道光电门测速的方法：在很短位移内的平均速度代替瞬时速度。4.（2019陕西西安市蓝田县模拟）由于空间站处于完全失重状态，不能利用天平等仪器测量质量，为此某同学为空间站设计了如图所示（a）的实验装置，用来测量小球质量。图中弹簧固定在挡板上，轨道B处装有光电门，可以测量出小球经过光电门的时间。该同学设计的主要实验步骤如下：（ⅰ）用游标卡尺测量小球的直径d（ⅱ）将弹簧固定在档板上（ⅲ）小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x（ⅳ）由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t，计算出小球离开弹簧的速度v（ⅴ）改变弹簧的压缩量，重复步骤（ⅲ）、（ⅳ）多次（ⅵ）分析数据，得出小球的质量该同学在地面上进行了上述实验，请回答下列问题（1）步骤（ⅰ）中游标卡尺示数情况如图（b）所示，小球的直径d=______cm；（2）某一次步骤（ⅲ）中测得弹簧的压缩量为1cm，对应步骤（ⅳ）中测得小球通过光电门的时间为7.50ms，则此次小球离开弹簧的速度v=______m/s；（3）根据实验得到的弹簧的形变x与对应的小球速度v在图（c）中描出了对应的点，请将（2）问中对应的点描出，并画出v-x图象。（4）已知实验所用弹簧的弹性势能EP与弹簧形变量x2之间的关系如图（d）所示，实验测得小球的质量为______kg。5【参考答案】（1）1.50；（2）2；（3）图象如图所示；（4）0.05。【名师解析】（1）由图（b）所示游标卡尺可知，其示数为：15mm+0×0.1mm=15.0mm=1.50cm。（2）小球离开弹簧后做匀速直线运动，小球经过光电门时的速度与离开弹簧时的速度相等，小球离开弹簧时的速度：v===2m/s；（3）根据坐标系内描出的点作出图象如图所示：（4）由图示图象可知：x=1cm时，即：x2=1×10-4m2时，EP=0.1J，由题意可知，x=1cm时，v=2m/s，由能量守恒定律可知：EP=，代入数据解得：m=0.05kg；【关键点拨】（1）游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺示数。（2）已知小球的直径与小球经过光电门时的时间，应用速度公式可以求出小球的速度。（3）根据坐标系内描出的点作出图象。（4）根据能量守恒定律求出小球的质量。本题考查了胡克定律和能量守恒的基本运用，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度，结合弹性势能的表达式进行求解。5．（2019新疆二模）6【参考答案】【命题意图】此题考查动摩擦因数的测量，游标卡尺读数，图像法处理实验数据，考查学生实验能力。【实验攻略】利用匀变速直线运动规律解得物块运动的加速度。对物块和重物整体，由牛顿第二定律，列方程得出动摩擦因数。分析图象，对照对应的函数关系，得出图丙所示图象的斜率。【解题思路】（1）根据游标卡尺读数规则，遮光片宽度d=5mm+12×0.05mm=5.60mm。（2）遮光片经过光电门A的速度vA=Adt,经过光电门B的速度vB=Bdt,由vB2-vA2=2aL，解得物块加速度a=222BAddttL。7（3）对物块和重物整体，由牛顿第二定律，mg-μMg=（M+m）a，即2m0g-μm0g=3m0a，解得：μ=2-3a/g。（4）如果轻滑轮略向下倾斜，是细线没有完全与水平桌面平行，物块对水平桌面之间的压力增大，由此测得的动摩擦因数偏大。（5）对物块和重物整体，由牛顿第二定律，mg-μMg=（M+m）a，由此可知以（M+m）a为纵轴，以m为横轴，图丙所示图象的斜率表示表示重力加速度g。6.（2019云南昆明质检）探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小。(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是___________。A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮土挂上钩码B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力(2)实验中___________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量。(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图像如图乙所示，图线不过原点的原因是___________。A．钩码质量没有远小于小车质量B．平衡摩擦力时木板倾角过大C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力【参考答案】（1）C（2）不需要（3）B【命题意图】本题考查探究“加速度与力、质量的关系”实验、图象法处理实验数据及其相关知识点。【解题思路】（1）平衡摩擦力只需要将木板适当倾斜，不需要在动滑轮上挂钩码，选项A错误；改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，改变拉力时，不需要重新平衡摩擦力，选项B错误C正确。（2）由于在轻绳一端加了拉力传感器，能够直接读出拉力数值，因此不需要满足所挂钩码的质量远小于小8车质量。（3）加速度a与力F图象在拉力F为零时就一定有加速度，所以不过坐标原点的原因是平衡摩擦力时木板倾角过大，选项B正确。7.（2019东北三省四市模拟）【参考答案】正比（1分）；00Fx（1分）；—20102Fxx（1分）；20102Fxx（1分）—220210-2Fxxx（2分）【命题意图】以“探究弹力和弹簧伸长量的关系”和“探究弹性势能和弹簧伸长量的关系”的两个实验为命题背景考查学生的实验能力。【解题思路】作出的xF图象为过原点的倾斜直线，所以弹簧弹力F和弹簧伸长量x成正比；由胡克定律F=kx可知，F——x图象斜率即为弹簧的劲度系数k=00Fx；根据弹力F随伸长量x的图线面积表示克服弹力做功，可得从原长到伸长x1，弹力做功为W=-12Fx1=-12kx1x1=—20102Fxx，根据功能关系，弹簧伸长量为1x时弹性势能等于使弹簧形变量从0到1x过程中克服弹力做的功，Ep=-W=20102Fxx；弹簧由拉伸量x1到拉伸量9x2的过程中弹力做的功为W=（—20202Fxx）—（—20102Fxx）=—220210-2Fxxx。