-高考物理二轮复习 专题限时训练13 力学实验与创新-人教版高三全册物理试题.doc

专题限时训练13力学实验与创新
时间：45分钟
1．(2018·武汉华师一附中模拟)为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示的实验装置，小车总质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用m表示．

(1)为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是(BC)
A．三组实验中只有甲需要平衡摩擦力
B．三组实验都需要平衡摩擦力
C．三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件
D．三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件
(2)若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为a，a＝eq\f(1,3)g，g为当地重力加速度，则乙、丙两人实验时所用小车总质量之比为12，乙、丙两人实验用的钩码总质量之比为12.
解析：(1)为了便于测量合外力的大小，甲图通过钩码的总质量对应的重力即为合外力，而乙图是力传感器的示数，丙图则是测力计的2倍，因此它们都必须平衡摩擦力，故A错误，B正确；由于甲图通过钩码的总质量对应的重力即为合外力，因此三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件，故C正确，D错误．
(2)根据牛顿第二定律，则有：F＝M乙a,2F＝M丙a；因此乙、丙两人实验时所用小车总质量之比为12；由牛顿第二定律，对砝码进行研究，则有m乙g－F＝m乙a，而m丙g－F＝m丙2a，因a＝eq\f(1,3)g，解得m乙m丙＝12；即乙、丙两人实验用的钩码总质量之比为12.
2．小白用如图所示的装置验证“力的平行四边形定则”，其部分实验操作如下．
(1)请完成下列相关内容：

a．在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O.
b．卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数．图中B弹簧测力计的读数为11.40N.
c．小白在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图所示，请你用作图工具在图中坐标纸上作出FA、FB的合力F′.
d．已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图所示．
e．最后观察比较F和F′，得出结论．
答案：图见解析
(2)本实验采用的科学方法是C.
A．理想实验法B．控制变量法
C．等效替代法D．建立物理模型法
解析：b.图中B弹簧测力计的读数为11.40N；c.图线如图：

3．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：

(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线(或匀速)运动．
(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg.
请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).
O—BO—CO—DO—EO—FW/J0.04320.05720.07340.09150.111_5ΔEk/J0.04300.05700.07340.09070.110_5分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致．
(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为0.015kg(g取9.8m/s2，结果保留至小数点后第三位)．
解析：(1)若已平衡摩擦力，则小车在木板上做匀速直线运动．
(2)从纸带上的O点到F点，W＝F·eq\x\to(OF)＝0.2×0.5575J＝0.1115J，打F点时速度vF＝eq\f(\x\to(BG),2T)＝eq\f(0.6677－0.4575,0.2)m/s＝1.051m/s，ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,F)＝eq\f(1,2)×0.2×1.0512J≈0.1105J.
(3)打B点时小车的速度为vB＝eq\f(\x\to(AC),2T)＝eq\f(0.2861－0.1550,0.2)m/s＝0.6555m/s，所以小车的加速度a＝eq\f(vF－vB,4T)＝eq\f(1.051－0.6555,4×0.1)m/s2≈0.99m/s2.
小车所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，所以盘中砝码的质量m＝eq\f(F,g－a)－m0＝eq\b\lc\(\rc\)(