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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（III）1.（2019湖南岳阳二模）如图所示的冲击摆装置，是高中物理专用实验仪器，主要用于研究物体的完全非弹性碰撞及测定钢球的速度等实验。其原理是利用弹簧枪发射钢球，将钢球水平打入静止摆块左侧的小洞并停在里面，时间极短，摆块（內含钢球）向右摆动，推动指针，指针摆过的最大角度即为摆块的最大摆角。已知摆块质量为M=80g，钢球质量为m=8.4g，直径d=12.7mm，弹簧枪水平发射钢球的速度有三档。（1）某实验小组利用平抛规律测量弹簧枪全部三档的发射钢球速度，先将摆块移开，发射后钢球做平抛运动，测得三次实验中钢球的水平位移如表所示，并通过相关数据计算出了1、3档钢球的发射速度，请你估算v2的大小。发射档位平抛水平位移发射速度10.27mv1=5.4m/s20.33mv2=______30.38mv3=7.6m/s（2）设钢球打进摆块的初速度为υ0，如果钢球和摆块系统的动量和能量守恒，则钢球打进摆块后系统的机械能与打进前瞬间的比值为（设摆块初始位置的重力势能为0）A．B．C．1D．【参考答案】（1）6.6m/s；（2）A【名师解析】（1）钢球1做平抛运动的时间为：t=s各钢球做平抛运动的时间是相等的，所以钢球2的初速度为：2=6.6m/s（2）钢球射入摆块后共同速度为v，选v0的方向为正方向，根据动量守恒定律得：mv0=（m+M）v则钢球打进摆块后系统的机械能与打进前瞬间的比值为：联立可得：=故A正确，BCD错误。【关键点拨】（1）钢球做平抛运动的时间是相等的，由钢球1或3的情况求出平抛运动的时间，然后由公式求出速度。（2）由动量守恒求出末速度，然后结合机械能的公式即可求出。解决本题的关键要抓住弹丸射入摆块的过程遵守动量守恒定律，摆动过程遵守机械能守恒定律，把握每个过程的物理规律。2．(6分)（2019湖南娄底二模）某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数。PQ为一块倾斜放置的木板，在斜面底端Q处固定有一个光电门，光电门与数字计时器相连(图中未画)。每次实验时将一物体(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放，但始终保持斜面底边长L＝0.500m不变。(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)(1)用20分度游标卡尺测得物体上的遮光条宽度d如乙图所示，则d＝__________cm；(2)该小组根据实验数据，计算得到物体经过光电门的速度v，并作出了如图丙所示的v2－h图象，其图象与横轴的交点为0.25。由此可知物块与斜面间的动摩擦因数μ＝______________；(3)若更换动摩擦因数更小的斜面，重复上述实验得到v2－h图象，其图象的斜率将______________(填“增大”“减小”或“不变”)。【参考答案】．(6分，每空2分)(1)0.225(2)0.5(3)不变【名师解析】(1)由图知第5条刻度线与主尺对齐，d＝0.2cm＋5×0.05mm＝0.225cm；(2)设斜面的长为s，倾角为θ。由动能定理得(mgsinθ－μmgcosθ)s＝12mv23即mgh－μmgL＝12mv2，v2＝2gh－2μgL由图象可知，当h＝0.25m时，v＝0，代入v2＝2gh－2μgL得μ＝0.5(3)由v2＝2gh－2μgL知斜率k＝2g为定值，若更换动摩擦因数更小的斜面，图象的斜率不变。3.(5分)（2019湖南长沙雅礼中学模拟）某研究性实验小组为探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力(风力)的影响因素，进行了模拟实验研究。如图为测定风力的实验装置图。其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝阻值较大;一质量和电阻均不计的细长裸金属丝一端固定于O点，另一端悬挂小球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在C点接触，OC=H;有风时细金属丝将偏离竖直方向，与电阻丝相交于某一点(如图中虚线所示，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触)。(1)已知电源电动势为E，内阻不计，理想电压表两接线柱分别与O点和C点相连，球P的质量为m，重力加速度为g，由此可推得风力大小F与电压表示数U的关系为F=_______。(2)研究小组的同学猜想:风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因数有关，于是他们进行了实验后获得了如下数据:(下表中风速v的单位为m/s，电压U的单位为V，球半径r的单位为m)根据表中数据可知，风力大小F与风速大小v和球半径r的关系是_______(比例系数用k表示)。【参考答案】（1）F=mgULEH（2）F=kvr【名师解析】（1）对小球受力分析，F=mgtanθ，tanθ=x/H，设电阻丝单位长度电阻为r，则有E=ILr，U=Ixr，联立解得：F=mgULEH（2）由F=mgULEH可知，F与U成正比。根据表格中数据分析可得U与风速v成正比。由图中数据可知，4U与r2成反比，由于球质量与体积成正比，体积与半径的立方成正比，由F=mgULEH可知，F与r成正比，所以风力大小F与风速大小v和球半径r的关系是F=kvr。4.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度，半径的关系。①首先，让一砝码在一个比较光滑的平面上做半径r为0.08m的圆周运动，数字实验系统得到若干组向心力F和对应的角速度ω，他们根据实验数据绘出了F-ω的关系图像如图中B图线所示，兴趣小组的同学猜测r一定时，F可能与ω2成正比。你认为，可以通过进一步转换，做出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确。②将同一砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m，0.12m，又得到了两条F－ω图像，如图中A，C图线所示。通过对三条图线的比较，分析，讨论，他们得出ω一定时，Fr的结论，你认为他们的依据是。③通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω，半径r的数学关系式是F＝kω2r，其中比例系数k的单位是。【参考答案】①F与；②取任意相同，A，B，C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同．③kg．【名师解析】①通过对图象的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比．可以通过进一步的转换，通过绘出F与关系图象来确定他们的猜测是否正确，如果猜测正确，做出的F与的关系式应当是一条过原点的倾斜直线．②在证实了之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m，0.12m，又得到了两条F-图象，取任意相同，A，B，C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同．如果比例成立则说明向心力与物体做圆周运动的半径成正比．③表达式F=kr中F，，r的单位分别是N，rad/s，m，又由v=r有：，由F=ma，有1N=1kg•m/s2，则得：1N=k×（1rad/s）2×1m=k•m/s2；则得k的单位是kg．5.某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度（圈数）的关系；实验装置如图（a）所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6分别固定在弹簧上距悬点0，10，20，30，40，50，60圈处；5通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度；设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100kg砝码时，各指针的位置记为x；测量结果及部分计算结果如下表所示（n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80m/s2）.已知实验所用弹簧的总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm.（1）将表中数据补充完整：①，②；（2）以n为横坐标，1/k为纵坐标，在图（b）给出的坐标纸上画出1/k-n图像；（3）图（b）中画出的直线可以近似认为通过原点；若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k=③N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的表达式为k=④N/m.【参考答案】（1）①81.7②0.0122（2）如图所示（3）③(N/m)(在之间均可)④(在之间均可)6【名师解析】（1）N/m=81.7N/m，故m/N=0.0122m/N（2）如图所示（3）由图线可得其斜率为：故直线满足即(N/m)(在之间均可)由于60匝弹簧总长度为11.88cm；则n匝弹簧的为l0满足，代入得：(在之间均可)6.随着环保节能意识的增强，自行车重新成为短途出行的重要交通工具，它不仅能保护环境，节约能源，而且相比走路感觉更“省力’’。某同学想通过简单的器材，包括“台秤，卷尺和秒表”，验证是否“省力”。他认7为是否“省力”需比较同等条件下人所消耗的能量多少。（1）步骤一：估测一个人沿直线步行距离s所消耗的能量E1他认为人步行消耗的主要能量用于克服重力做功，运用上述器材，他测量了“人的质量m，腿长L，步幅d”，重力加速度为g，运用上述物理量符号可得E1（写表达式）。（2）（单选题）一个体重为60kg普通高中男生，步行100米，消耗能量约（）A．8JB．80JC．800JD．8000J（3）步骤二：估测一个人骑自行车沿直线前进一段距离s所消耗的能量E2他假定人骑自行车前进时阻力不变。人骑自行车从静止开始，先做加速运动，再匀速运动，后停止蹬车自行滑行。测量了“人和车的总质量M，骑车匀速前进距离s．和对应的时间t”，量了停止蹬车后，人和自行车滑行的距离s2运用上述物理量符号可得E2（写表达式）。最后比较E1和E2，即可验证是否“省力”。【参考答案】（1）（2）D（3）【名师解析】（1）根据题意，设人直立时重心高l，迈步时的重心高，则人的重心变化高度为l−则人的重心变化次数为，根据能量守恒，克服重力做的功，即行走消耗的能量E1=（2）代入数据，解得E1=8000J故选D（3）骑车匀速前进的速度为：v=，停止蹬车后，人和自行车滑行过程，由动能定理得，-fs2=0-mv2全程动能定理得，-f（s+s2）=0-0根据能量守恒，E2．等于克服摩擦力做的功，即E2=f（s+s2）联立解得E2=代入数据，E1＞E2，故省力．7.某实验小组采用如图甲所示装置探究做功与动能变化的关系。小车经平衡摩擦力后，挂上橡皮筋，在橡皮筋的作用下小车弹出，脱离橡皮筋沿木板滑行。8①实验时打点计时器与学生电源按图乙连接，正确的连接是______(填“A”或“B”)②实验中，甲，乙俩同学用两种不同的方法来改变橡皮筋对小车所做的功。甲同学：改变相同橡皮筋的条数，小车每次拉到同一位置释放；乙同学：保持橡皮筋的条数不变，小车每次拉到不同位置释放。你认为________(填“甲”或“乙”)同学的方法更合理。③从释放小车到刚脱离橡皮筋的过程，小车的运动可能是________A．匀加速运动B．匀减速运动C．加速度增大的加速运动D.加速度减小的加速运动④实验中测得小车质量为1.0kg，某次实验得到的纸带及测量数据如图所示，测得小车获得的动能为________J(保留两位有效数字)。打点计时器工作频率为50Hz。【参考答案】①B②甲③D④2.0【名师解析】①打点计时器应该用交流，故B正确；②橡皮筋对小车做的功我们没法直接测量，所以我们是通过改变橡皮筋的条数的方法来改变功，故合理的是甲；③从释放小车到刚脱离橡皮筋的过程，在橡皮筋弹力的作用下小车做加速运动，由于弹力逐渐减小，故加速度逐渐减小，故选：D；④根据小车最后匀速运动，测量小车的最大速度，应选用纸带的点迹均匀的部分，v=2.0m/s，故小车的动能为：2.0J；8.小明研究小车在水平长木板上运动所受摩擦力的大小，选用的实验器材是：长木板，总质量为m的小车，光电门，数字毫秒计，弧形斜面，挡光片，游标卡尺，刻度尺。器材安装如图甲所示。9（1）主要的实验过程：①用游标卡尺测量挡光片宽度d，读数如图乙所示，则d＝mm。②让小车从斜面上某一位置释放，读出小车通过光电门时数字毫秒计示数t。③用刻度尺量出小车停止运动时遮光板与光电门间的距离L。④求出小车与木板间摩擦力f=（用物理量的符号表示）。（2）实验中，小车释放的高度应该适当（选填“高”或“低”）些。【参考答案】（1）①6.00；④；（2）高【名师解析】（1）①由图