【物理】2020届二轮复习力学实验作业(2)

【物理】2020届二轮复习力学实验作业(2)

‎2020届二轮复习 力学实验 作业　‎ ‎(建议用时：40分钟)‎ ‎ [专题通关练]‎ ‎1．(易错题)如图所示的装置可以做许多力学实验．以下说法正确的是(　　)‎ A．利用此装置测量物块与长木板之间的动摩擦因数时，需要调整长木板的倾斜度来平衡摩擦力 B．利用此装置做研究匀变速直线运动的实验时，不需要消除小车和木板间的摩擦阻力的影响 C．利用此装置探究“加速度与力、质量的关系”实验中，通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜度 D．利用此装置验证“系统机械能守恒”时，不必适当垫高木板左端以消除小车和木板间的摩擦阻力的影响 E．利用此装置探究“恒力做功与动能改变的关系”时、应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力平衡小车运动中所受阻力的影响 BCE　[利用此装置测量物块与长木板之间的动摩擦因数时，不需要平衡摩擦力，否则无法探究物块与木板间的摩擦力和动摩擦因数，故A错误；利用此装置做研究匀变速的直线运动的实验时，只要小车做匀变速直线运动即可，不需要消除小车和木板间的摩擦阻力的影响，故B正确；利用此装置探究“加速度与力、质量的关系”实验前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后在实验过程中，通过增减小车上砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜度，故C正确；只有重力或只有弹力做功时系统的机械能守恒，利用此装置验证“系统机械能守恒”时，必须适当垫高木板左端以消除小车和木板间的摩擦阻力的影响，故D错误；利用此装置探究“恒力做功与动能改变的关系”‎ 时，应平衡摩擦力，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力平衡小车运动中所受阻力的影响，故E正确；故选B、C、E。]‎ ‎2．(易错题)如图所示为接在50 Hz低压交流电源上的打点计时器在一物体拖动纸带做匀加速直线运动时打出的一条纸带，每打5个点取1个计数点，但第3个计数点没有画出。由图中数据可求得：‎ ‎(1)该物体的加速度大小为________m/s2。‎ ‎(2)打第2个计数点时该物体的速度大小为________m/s。‎ ‎(3)如果当时交变电流的频率是f＝49 Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。‎ ‎[解析]　(1)设1、2两点间的位移为x1,2、3两点间的位移为x2,3、4两点间的位移为x3,4、5两点间的位移为x4。因为交流电源频率为50 Hz，且每打5个点取一个计数点，所以两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s；由xm－xn＝(m－n)aT2得x4－x1＝3aT2，代入数据解得a＝0.74 m/s2。‎ ‎(2)打第2个计数点时物体的瞬时速度等于打1、3两点之间物体的平均速度，因此有v2＝＝×10－2 m/s＝0.399 m/s。‎ ‎(3)如果当时交变电流的频率是f＝49 Hz，则周期变大，计数点之间的时间间隔变大，即任意相邻计数点间实际的时间间隔大于0.1 s，但是该同学仍以0.1 s计算，根据x4－x1＝3aT2，知加速度的测量值比实际值偏大。‎ ‎[答案]　(1)0.74　(2)0.399　(3)偏大 ‎3．(2019·福建厦门质检)某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。其实验步骤如下：‎ a．小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；‎ b．在钉子上分别套上2条、3条、4条、……同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤a，小物块落点分别记为M2、M3、‎ M4、…；‎ c．测量相关数据，进行数据处理。‎ ‎(1)为求出小物块从桌面抛出时的动能，需测量下列物理量中的________(填答案标号，g已知)。‎ A．小物块的质量m B．橡皮筋的原长x C．橡皮筋的伸长量Δx D．桌面到地面的高度h E．小物块抛出点到落地点的水平距离L ‎(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、…。若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标，________为横坐标作图，才能得到一条直线。‎ ‎(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于________。(填“偶然误差”或“系统误差”)‎ ‎[解析]　(1)根据小物块从桌面抛出后竖直方向上做自由落体运动，可得h＝gt2，解得t＝，根据小物块从桌面抛出后水平方向上做匀速直线运动，可得小物块做平抛运动的初速度v0＝＝L，小物块从桌面抛出时的动能Ek＝mv＝，所以需测量的物理量有小物块的质量m，桌面到地面的高度h，小物块抛出点到落地点的水平距离L，选项A、D、E符合题意。‎ ‎(2)由Ek＝可知，以W为纵坐标、L2为横坐标作图，可得到一条直线。‎ ‎(3)因为小物块与桌面间的摩擦力在每一次过程中都存在，且摩擦力不变，每一次摩擦力对物体都做负功，所以由此引起的误差属于系统误差。‎ ‎[答案]　(1)ADE　(2)L2　(3)系统误差 ‎4．(2019·黑龙江高三联考)某研究性学习小组做“验证动能定理”和“测定当地重力加速度”实验，采用了如图甲所示的装置，其中物块甲的质量m1＝50 g、物块乙的质量m2＝150‎ ‎ g，开始时保持装置静止，然后释放物块乙，乙可以带动甲拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证动能定理。某次实验打出的纸带如图乙所示，0是打下的第一个点，相邻两计数点间还有4个点没有标出，所用交流电频率为50 Hz。‎ ‎(1)系统的加速度大小为________m/s2，在打下0～5的过程中，系统动能的增量ΔEk＝________J。‎ ‎(2)忽略一切阻力的情况下，用v表示打下某点时的速度，用h表示该点到第一个点的距离，某同学作出的h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。‎ 甲　　　　　 乙 丙 ‎[解析]　(1)相邻两个计数点之间的时间间隔t＝5×＝0.1 s，由Δx＝at2，可得系统的加速度大小为a＝4.8 m/s2。打下5时系统的速度大小v5＝×10－2 m/s＝2.4 m/s，在打下0～5的过程中，系统动能的增量ΔEk＝(m1＋m2)v＝0.576 J。(2)忽略一切阻力，则有(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，代入数据，化简得＝gh，作出的h图象的斜率k＝g＝ m/s2，解得重力加速度g＝9.7 m/s2。‎ ‎[答案]　(1)4.8　0.576　(2)9.7‎ ‎[能力提升练]‎ ‎5．(2019·河北五校联考)某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“‎ 在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时弹性势能为Ep＝kx2。”为了验证这个结论，该小组就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计了以下实验步骤：‎ A．将长木板放置在水平桌面上，并将其右端适当垫高，在它的左端固定一轻质弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接穿过打点计时器的纸带；‎ B．将弹簧拉伸x后用插销锁定，测出其伸长量x；‎ C．合上打点计时器的电源开关后，拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；‎ D．在纸带上某处选取合适的A点，测出小车获得的速度v；‎ E．取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论。‎ 实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则：‎ ‎(1)将长木板右端适当垫高，其作用是____________________。‎ ‎(2)在步骤D中，所选取的A点位置应在图乙中的________段(选填“s1”“s2”或“s3”)。‎ ‎(3)若Ep＝kx2成立，则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x＝________。‎ ‎[解析]　(1)根据实验原理可知，为了让弹簧的弹力更加接近于小车受到的合外力，长木板右端需要适当垫高，其作用是平衡摩擦力；(2)根据实验原理，s2段点间距均匀，为匀速直线运动阶段，说明小车速度达到最大，故纸带上A点位置应在s2段；(3)根据实验过程可知，弹簧的弹性势能转化为小车的动能，由机械能守恒定律有：‎ Ep＝kx2＝mv2‎ 解得：x＝v。‎ ‎[答案]　(1)平衡摩擦力　(2)s2　(3)v ‎6．(2019·湖南五市第二次联考)在没有天平的情况下，实验小组利用以下方法对质量进行间接测量。装置如图甲所示：一根轻绳跨过轻质定滑轮与两个相同的重物P、Q相连，重物P、Q的质量均为m(已知)，在重物Q的下面通过轻质挂钩悬挂待测物块Z，重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度为g。‎ ‎(1)某次实验中，先接通频率为50 Hz的交流电源，再由静止释放系统，得到如图乙所示的纸带，则系统运动的加速度a＝________m/s(保留三位有效数字)。‎ ‎(2)在忽略阻力的情况下，物块Z质量M的表达式为M＝________(用字母m，a，g表示)。‎ ‎(3)由(2)中理论关系测得的质量为M，而实际情况下，空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦，定滑轮中的滚动摩擦不可以忽略，使物块Z的实际质量与理论值M有一定差异，这是一种________(选填“偶然误差”或“系统误差”)。‎ ‎[解析]　(1)根据逐差法得 a＝ ‎＝8.00 m/s2。‎ ‎(2)由Mg＝(M＋2m)a，得到M＝。‎ ‎(3)由M实g－f＝(M实＋2m)a，得到M实＝，实际质量总是大于理论值 M，这是实验的系统误差。‎ ‎[答案]　(1)8.00　(2)　(3)系统误差 题号 内容 押题依据 核心考点 核心素养 验证机械能守恒定律 同一个实验装置即可用来验证机械能守恒定律，又可验证动能定理、研究匀变速直线运动等 科学探究：立足教材基础，体现实验方法创新 物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置验证机械能守恒定律，电源的频率为50 Hz，重锤的质量为m＝1.0 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2，他们通过正确的实验操作得到了如图乙所示的纸带。为了验证机械能是否守恒，该小组同学采用了以下两种方法。‎ ‎(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为________m/s，在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp＝________J，若重锤动能的变化量为ΔEk＝________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。‎ ‎(2)方法二：打点计时器打下计时点2时重锤的瞬时速度为________m/s，在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔE′p＝________J，重锤动能的变化量为ΔE′k＝________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。‎ ‎(3)以上两种方法，你认为________(选填“方法一”或“方法二”)误差小。‎ ‎[解析]　(1)根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度可得打点计时器打下计时点5时重锤下落的速度v5＝＝1.155 m/s，则在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量ΔEp＝mgh5＝0.659 J，动能的变化量ΔEk＝mv＝0.667 J。(2)v2＝＝0.575 m/s，ΔE′p＝mg(h5－h2)＝0.508 J，ΔE′k＝m(v－v)＝0.502 J。‎ ‎(3)重锤刚下落的时候运动状态不稳定，方法二避开了刚开始的一段纸带，故方法二误差比较小。‎ ‎[答案]　(1)1.155　0.659　0.667　(2)0.575　0.508　0.502　(3)方法二