高考物理復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(十五)　力學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(十五)力學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

(限時(shí)45分鐘)

1.［創(chuàng)新點(diǎn)：利用光電門測量動(dòng)摩擦因數(shù)］

為了測量物塊和桌面之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，帶滑

輪的長木板水平放置，板上固定的兩個(gè)光電門相距為L=0.5m,滑塊上擋光片寬度d用卡

尺測得如圖，質(zhì)量為m=0.5kg的滑塊通過細(xì)線與重物相連，通過力傳感器獲得細(xì)線的拉力

F=3N,讓滑塊由靜止釋放，記錄滑塊的擋光片通過光電門1、光電門2所用的時(shí)間分別為

，i=0.02s、^2=0.01s,g取lOm/s)。

(1)擋光片寬度為d=cm

(2)則滑塊的加速度表達(dá)式為(用題中所給符號(hào)表示)：,滑塊與桌面的滑動(dòng)摩擦

因數(shù)數(shù)值(保留兩位有效數(shù)字)

(3)如果實(shí)驗(yàn)中力傳感器出現(xiàn)問題后被拆掉，該同學(xué)用重物P的重力Mg代替細(xì)線對滑

塊的拉力完成了實(shí)驗(yàn)，這種測量方法會(huì)導(dǎo)致的測量值偏,為使誤差盡可能減小應(yīng)滿

足的實(shí)驗(yàn)條件是。

2.［創(chuàng)新點(diǎn)：利用平衡法測量動(dòng)摩擦因數(shù)］

(1)在一次探究活動(dòng)中，甲同學(xué)用如圖2(a)所示的裝置測量鐵塊A與放在水平桌面上的

金屬板B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，已知鐵塊A的質(zhì)量,如=1.5kg,金屬板B的質(zhì)量〃出=3.0kg,

用水平恒力F向左拉金屬板8,使其向左運(yùn)動(dòng)，觀察到A保持靜止?fàn)顟B(tài)。彈簧秤示數(shù)的放

大情況如圖所示，則4、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)"=。(保留1位有效數(shù)字)(g=10m/s2)

乂雋)(單位:N)

FB-卡打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

~77777^7777777777777777^77777777^7^~

(a)

/\_?A?-B?_C?D?E??1\

，bog1,",8.33*8.95"單位：cm，

(b)

圖2

(2)乙同學(xué)設(shè)計(jì)性地將紙帶連接在金屬板B的后面，用于完成練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)

驗(yàn)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下一些計(jì)時(shí)點(diǎn)，取時(shí)間間隔為0.1s的幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，將測得的各

相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離在圖中標(biāo)出，如圖(b)所示。乙同學(xué)依數(shù)據(jù)分析得出金屬板的運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為

是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則在打C點(diǎn)時(shí)金屬板拉動(dòng)的瞬時(shí)速度。=m/so(保留兩位有效

數(shù)字)

(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡。直接記錄了()

A.物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

B.物體在不同時(shí)刻的位置

C.物體在不同時(shí)間內(nèi)的位移

D.物體在不同時(shí)刻的速度

3.[創(chuàng)新點(diǎn)：利用拉力傳感器和速度傳感器“探究加速度與合外力的關(guān)系"]

用拉力傳感器和速度傳感器“探究加速度?與物體所受外力F的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)裝置如

圖3所示，其中帶滑輪的長木板始終處于水平位置。實(shí)驗(yàn)中用拉力傳感器記錄小車受到細(xì)線

的拉力廠大小，在長木板上相距為乙的A、8兩個(gè)位置分別安裝速度傳感器，記錄小車到達(dá)

A、B兩位置時(shí)的速率為以、S。

速度傳感器速度傳感謂拉力傳感器

圖3

(1)用本題中測得的物理量寫出加速度的表達(dá)式：a=；

(2)本題中是否需要滿足鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的關(guān)系？(填“需要”

或“不需要”):

(3)實(shí)驗(yàn)得到的圖線可能是圖乙中的,因?yàn)椤?/p>

4.［創(chuàng)新點(diǎn)：探究滑塊的最大速度］

某實(shí)驗(yàn)小組利用彈簧秤和刻度尺，測量滑塊在木板上運(yùn)動(dòng)的最大速度。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力，記作G；

②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細(xì)繩和固定彈簧秤相連,如圖4所示。

③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量，重復(fù)步驟①②;

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

G/N1.502.002.503.003.504.00

F/N0.590.830.991.221.371.61

④如圖5所示，將木板固定在水平桌面上，滑塊置于木板上左端C處，細(xì)繩跨過定滑

輪分別與滑塊和重物P連接，保持滑塊靜止，測量重物P離地面的高度八；

⑤滑塊由靜止釋放后開始運(yùn)動(dòng)并最終停在木板上的。點(diǎn)(未與滑輪碰撞)，測量C、。間

的距離s。

完成下列作圖和填空：

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標(biāo)紙上作出F-G圖線。

圖6

(2)由圖線求得滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)"=(保留2位有效數(shù)字)。

(3)滑塊最大速度的大小v=(用八、s、〃和重力加速度g表示)。

5.［創(chuàng)新點(diǎn)：探究電動(dòng)自行車的最大速度及受到地面的平均阻力大?。?/p>

電動(dòng)自行車因?yàn)榫G色環(huán)保大行其道，在最近召開的人大會(huì)議上，代表們針對電動(dòng)自行車

的諸多問題再次提出了立法議案，其中一個(gè)問題就是車速問題。某學(xué)校物理探究小組設(shè)計(jì)了

一個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究電動(dòng)自行車的最大速度及受到地面的平均阻力大小。實(shí)驗(yàn)的主要步驟是：①

找一段平直的路面，并在路面上畫一道起點(diǎn)線；②騎上電動(dòng)車用最大的速度駛過起點(diǎn)線時(shí)，

從車把手處自由釋放一團(tuán)很容易辨別的橡皮泥；③車駛過起點(diǎn)線后就不再通電，讓車依靠慣

性沿直線繼續(xù)前進(jìn)；④待車停下，記錄電動(dòng)車停下時(shí)的終點(diǎn)位置；⑤用卷尺量出起點(diǎn)線到橡

皮泥落地點(diǎn)間的距離s、起點(diǎn)線到終點(diǎn)的距離L及車把手處離地高度爪(空氣阻力忽略不計(jì))

(1)電動(dòng)車經(jīng)過起點(diǎn)線時(shí)的速度。=;(用已知的物理量和所測量得到的物理量

表示)

(2)為了測出電動(dòng)車受到的平均阻力大小，還需測量的物理量是,電動(dòng)車

受到的平均阻力大小7=;(用已知的物理量和所測量得到的物理量表示)

(3)第二個(gè)問題是車道問題。電動(dòng)車國家新標(biāo)準(zhǔn)，從2010年1月1日起實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)將“40

公斤以上、時(shí)速20公里以上的電動(dòng)自行車，稱為輕便電動(dòng)摩托車或電動(dòng)摩托車，劃入機(jī)動(dòng)

車范疇”。一輛電動(dòng)自行車的銘牌上給出了如下的技術(shù)參數(shù)表：

規(guī)格后輪驅(qū)動(dòng)直流永磁轂電機(jī)

車型26"電動(dòng)自行車整車質(zhì)量40kg

最大載重120kg額定輸出功率120W

額定電壓40V額定電流3.5A

質(zhì)量為M=60kg的人騎此電動(dòng)車沿平直公路行駛，所受阻力Ff恒為車和人總重的k=

0.02倍，取g=10m/s2,僅在永磁轂電機(jī)以額定功率提供動(dòng)力的情況下，人駕駛電動(dòng)車的最

大速度為,若行駛在非機(jī)動(dòng)車道上是否合法？。

6.［創(chuàng)新點(diǎn)：利用"探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系"的實(shí)驗(yàn)裝置探究合外力做功與動(dòng)能變

化的關(guān)系］

某探究小組借用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，來探

究合外力做功與動(dòng)能的變化關(guān)系:

(1)［多選］下列做法正確的是。(填字母代號(hào))

A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板保持平行

B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡小車受到的摩擦力時(shí)，應(yīng)將裝有祛碼的小桶通過定滑輪掛在

小車上

C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再放開小車

D.通過增減小桶里的祛碼改變小車的牽引力時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度

(2)該探究小組通過實(shí)驗(yàn)得到了一條紙帶，在紙帶上選取0、4、B、C四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(如圖

8所示)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz,則打3點(diǎn)時(shí)小車瞬時(shí)速度的大小為

m/s(保留三位有效數(shù)字)。

單位：cm

圖8

7.［創(chuàng)新點(diǎn)：探究彈性勢能與壓縮量的關(guān)系］

某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系。

(1)如圖9(a),將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺(tái)，在上端的托盤中依次增加祛碼，測得相應(yīng)

的彈簧長度，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表，由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)上=N/m。(g9.8m/s2)

硅碼質(zhì)量(g)50100150

彈簧長度(cm)8.627.636.66

(2)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè)，如圖(b)所示；調(diào)整導(dǎo)軌，當(dāng)滑塊自由滑

動(dòng)時(shí)，通過兩個(gè)光電門的速度大小。

(3)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度。，

釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為o

(4)重復(fù)(3)中的操作，得到。與x的關(guān)系如圖(c)。由圖可知，。與x成關(guān)系,

由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論：對同--根彈簧，彈性勢能與彈簧的成正比。

6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.

0.1

O

答案

1.解析：(1)擋光片寬度d=20.0mm=2.00cm。

(2)滑塊到光電門1的速度0=W，到光電門2的速度02=W，由。a?—02=2〃可得〃=

<1i2

2

-。可解得4=3m/s2,再由尸一"〃?g="可得〃=0.3。

(3)因重物P的重力Mg大于F,故這種測量方法會(huì)導(dǎo)致測量值偏大，但如果滿足M《m,

則誤差較小。

答案：⑴2.00⑵2L0.3(3)大M《m

2.解析：(1)由尸伸=4.5N,尸彈=〃如電可得〃=0.3。

初C+XCQ

(2>c=-2T=0.80m/so

(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡，直接記錄了物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和不同時(shí)刻的位置,

而物體的位移和速度需測量計(jì)算，故選AB0

答案：(1)0.3(2)0.80(3)AB

3.解析：(1)由喈一

(2)因拉力傳感器能直接測出小車所受的拉力大小，因此無需滿足鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于

小車的質(zhì)量的關(guān)系。

(3)由尸一可得：。二5/7一，，因沒有平衡摩擦力，4-尸圖線應(yīng)為C。

2_2

答案：（1產(chǎn)f（2）不需要（3）C沒有平衡摩擦力

4.解析：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)作出圖像如圖所示。

（2）根據(jù)尸="G可知，圖像的斜率表示滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，由圖可知?jiǎng)幽Σ烈?/p>

數(shù)為0.40。

（3）根據(jù)滑塊在木板上滑動(dòng)的總距離為$,由于重物P離地面的高度為/?,所以加速過程

的距離也為〃，在此后的過程中在滑動(dòng)摩擦力的作用下做句減速運(yùn)動(dòng)，直到靜止。根據(jù)運(yùn)動(dòng)

學(xué)公式公一。（）2=2心可得，。2-0=2〃烈$—/?）,o=d2"g（s—九）。

答案：（1）如圖所示

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

02??I1I」I?I?I」IiI-------

1.01.52.02.53.03.54.04.5G/N

(2)0.40(0.38,0.39、0.41、0.42均正確)

(3入12Mg(s—h)

5.解析：⑴由s=",/?=%產(chǎn)可得電動(dòng)車經(jīng)過起點(diǎn)線時(shí)的速度o=s

（2）由動(dòng)能定理得：一71=0一;Mo?

解得：了=贊，現(xiàn)要測出電動(dòng)機(jī)受到的平均阻力7