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1、第二部分 突破高考实验题的4个命题区间命题区间二力学创新实验课时跟踪检测（十六）力学创新实验1 . （2019武汉高三期末调研）某兴趣小组利用如图所示弹射装置将小球竖直 向上抛出来验证机械能守恒定律.一部分同学用游标卡尺测量出小球的直径为 d,并在A点以速度以竖直向上抛出；另一部分同学团结协作，精确记录了小球 通过光电门B时的时间为A3用刻度尺测出光电门A、B间的距离为瓦已知小球 的质量为力，当地的重力加速度为g,完成下列问题：小球在B点时的速度大小为.小球从A点到B点的过程中，动能的减少量为（3）在误差允许范围内，若等式 成立，就可以验证机械能守恒（用题目中给出的物理量符号表示）.解析：（1
2、）小球在B点的瞬时速度大小 I 10（2）小球从A点到B点,动能的减小量AEk=2m-,机械能守恒.（3）重力势能的增加量为mgh,若 mgh=品哈，即g仁 答案：（1）得 （2）%感一多噂02 =2 .（2019云南保山高三模拟）如图所示，利用DIS实验系统探究加速度与力 的关系.一端带有定滑轮的长木板调至水平后固定在桌面上，另一端安装位移传 感器(接收器)，绕过定滑轮和动滑轮的细线将装有位移传感器(发射器)的小车和 力传感器连接起来，动滑轮下挂有质量可以改变的小重物.将位移传感器、力传 感器与数据采集器相连，打开计算机中操作软件，放开小车使之运动.不计滑轮、 托盘和细线的质量，忽略滑轮与转
3、轴间的摩擦.实验中力传感器的示数F与小重物的重力mg的关系为(a 口 mgA. F2C./等D.无法确定(2)保持小车(含发射器)的质量M不变，改变小重物的质量m,重复进行多 次实验.记下每次力传感器的示数F,利用DIS测出每次实验中小车的加速度 将得到的。、方数据绘制成。-产图象.以下图象可能的是()0 F 0 F 0 F 0ABCD(3)在本实验中不计滑轮的质量，忽略滑轮与转轴间的摩擦，除此之外请写 出一种减少实验误差的主要方法：.解析：(1)小重物做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得mg2F=ma,“mgma m2 , 人解得尸=3一故C正确.(2)根据实验装置可知，本实验没有平衡摩擦力
4、，所以当/W0时，=0,即 在方轴上有截距，绳子的拉力减去摩擦力等于小车受到的合外力，即FFf=m七,1 Ffa=F-f,是一条倾斜的直线，故A正确，B、C、D错误.m m(3)减小小车与长木板之间的摩擦可以减小实验误差.答案：(1)C (2)A (3)减小小车与长木板之间的摩擦3 .如图(a)由小车、斜面及粗糙程度可以改变的水平长直木板构成伽利略理 想斜面实验装置.实验时，在水平长直木板旁边放上刻度尺，小车可以从斜面平 稳地滑行到水平长直平面.利用该装置与器材，完成能体现如图（b） “伽利略理 想斜面实验思想与方法”的实验推论（设重力加速度为g）.（1）请指出，实验时必须控制的实验条件.（2
5、）请表述，由实验现象可以得出的实验推论：.（3）图是每隔加时间曝光一次得到小车在粗糙水平面上运动过程中的五张 照片，测得小车之间的距离分别是SI、52、S3、S4,由此可估算出小车与水平面 间的动摩擦因数 =C需要用51、52、S3、54、g、，字符表示）.解析：（1）根据伽利略“理想实验”的内容与原理可知，需要小车到达水平 面时的速度是相同的，所以在实验的过程中要求小车从同一位置由静止释放.（2）根据实验的情况，可以得出的结论为水平面越光滑，小车滑得越远，当 水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远.（3）小车在水平面内做匀变速直线运动，结合勺变速直线运动的推论，则 =也土号著土应，根据牛顿第二定
6、律可知=等=且，所以小车与水平面间 的动摩擦因数广+工父间答案：（1）小车从同一位置由静止释放（2）水平面越光滑，小车滑得越远， 当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远（3）包土筌茅垃4 . （201分河南安阳高三模拟）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，将质量为根、直径为d的金属小球在一定 高度。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.此方案验证机械能守恒定律方便快捷.金属小球红外线糊寸器2十上融器用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=mm.为直观判断小球下落过程
7、中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象A. 图象B.小：图象C.力/图象D. 图象（3）经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量!加庐总是稍小于重力势能 减少量机g，你认为增加释放高度/Z后，两者的差值会（填“增大”“减 小”或“不变”）.解析：（1）螺旋测微器的读数为 d= 17.5 mm+30.6X0.01 mm= 17.806 mm.（2）减小的重力势能若全部转化为动能，则有mgh=mv29小球通过计时器 时的平均速度可近似看做瞬时速度，故。=:,联立可得故作力一图 象，D正确.（3）由于实验中存在空气阻力，所以发现小球动能增加量%总是稍小于重 力势能减少量mg/z,若增加释放高度心 则阻
8、力做功增大，系统损失的机械能增 加，所以两者的差值会增大.答案：（1）17.806（17.80417.808 均可）（2）D增大5.某研究性学习小组利用气垫导轨验证牛顿第二定律，实验装置如图甲所 示.在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块尸上固 定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器将 采集到的数据传送给计算机.滑块在细线的牵引下向左做加速运动，遮光条经过 光电传感器A、3时，通过计算机可以得到电压U随时间看变化的图象.：；：；11111111 =! ：h1H H i m三 45：05 三oB3 7 -牛 40AilAt2 昌乙丙(1)实验前
9、，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图 乙中的力(填“，=”或“”)加2时，说明气垫导轨已经水平.(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d,测量结果如图丙所示，则d=mm.(3)滑块尸用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将 滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若 加1、加2 和d已知，要对滑块和钩码组成的系统验证牛顿第二定律，还应测出两光电门间 距离L和(写出物理量的名称及符号).(4)若上述物理量间满足关系式,则表明在上述过 程中，滑块和钩码组成的系统满足牛顿第二定律.解析：(1)检验气垫导轨水平的方法是轻推滑块，看滑块是否做匀速直线运
10、动，故应使(2)本题中固定刻度的读数为8 mm(半毫米刻度线未露出)，可动刻度上与固 定刻度水平线所对的读数为47.5(要估读一位)，所以遮光条的宽度d=8.475 mm.(3)对滑块和钩码组成的系统，由牛顿第二定律得mg=(m+M)a,结合题中 九、加2、d、L及潺=济+2乙可以测量加速度，故还需要测量滑块P和遮光条 的总质量M.(4)对钩码。，由牛顿第二定律得用g一尸=加处 对滑块，由牛顿第二定律得 F=Ma,两式联立得机g=O+M)a,即只需要证明其中加速度为a=mg 1Af+m 2L答案：（1）= 8.475（在之间均正确）滑块P和遮光条的 总质量M(4)mg6.用如图甲所示的实验装置
11、验证网、侬组成的系统机械能守恒，侬从高 处由静止开始下落，打点计时器频率为50 Hz, mi上拖着的纸带打出一系列的点, 对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获 取的一条纸带：0是打下的第一个点.每相邻两计数点之间还有4个点（图中未标 出），计数点间的距离如图所示.已知如=50 g,侬=150 g.（结果均保留两位有 效数字）（1）在纸带上打下计数点5时的速度。=m/s.（2）在打下第0个点到第5点的过程中系统动能的增量AEk=J,系 统势能减少AEp=J（当地重力加速度g约为9.8 m/s2）.（3）若某同学作出为2/图象如图丙所示，则当地的重力加速度g=m/
12、s2.解析：（1）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数 点间的时间间隔7=0.1 s,根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度, 求出点5的瞬时速度：m/s = 2.4 m/s.X46 0.216 0+0.264 0仍= 2T=2X0.1（2）在。5过程中系统动能的增量2 J0.58 J.系统重力势能的减小量为(7/72-/711)gX5 = 0.1X9.8X(0.384 0+0.216 0)J0.59 J.(3)本题中根据机械能守恒可知，(m2m1 )gh=(/n i + m2)v2,1rn即有乎所以展入图象中图象的斜率表示重力加速度的一半,5 82由图可知，斜率女
13、=7=4.85,故当地的实际重力加速度g=9J m/s2. JL 4 1/答案：(1)2.4 (2)0.58 0.59 (3)9.77.某同学利用如图所示的装置验证动能定理.将木板竖直放置在斜槽末端 的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸.将小球从不同的标记 点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度”，并根据落点位置测量出 小球离开斜槽后的竖直位移改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记 录数据如下：高度H为单位长度)h2h3/z4h5h6h7h8。9h竖直位移y! cm30.015.010.07.56.04.33.83.3(1)表格中空缺的数据应为(2)已知木板与斜槽末
14、端的水平距离为工，小球在离开斜槽后的竖直位移为y, 不计小球与槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立，则应 满足的关系式是.(3)若仅仅换一形状完全相同，但摩擦不能忽略的斜槽(其余装置、位置均不 变)，表格中竖直位移y的数值与上表相比会(填“变大”“变小”或 “不变”).解析：(1)根据表格中的数据规律可以发现，Hy=30h,是个定值，则当H= 6/z 时，y=5.0 cm.(2)设小球离开斜槽时的速度为o,根据平抛运动的规律得了=0联立得v=小球在斜槽上滑下过程中，不计小球与槽之间的摩擦，只有重力做功，则有1fmgH=mir,解得 H=石.(3)若摩擦不能忽略，则有H mgH-imgcos，而=，X1小球离开槽口，水平速度o变小，飞行时间/=;变长，下落距离相应的变大.答案：(1)5.0 (2)=韦(3)变大