1. (7分)(2013全国新课标理综1第22题)
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光片的总质量M. 重物的质量m ;用游标卡尺测量遮光片的宽度d; 用米尺测最两光电门之间的距离s ;
②调整轻滑轮,使细线水平;
③让物块从光电门A 的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间△t A 和△t B , 求出加速度a ;
④多次重复步骤③,求a 的平均值a ;
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。回答下列为题:
(1) 测量d 时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm) 的示如图(b )所示。其读数为 cm (2)物块的加速度a 可用d 、s 、△t A , 和△t B, 表示为a= (3) 动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ=
(4)如果细线没有调整到水平. 由此引起的误差属于 (填“偶然误差”或”系统误差” ) 【命题意图】本题考查游标卡尺、摩擦力、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律等基础知识点,意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题,解决问题的能力。
答案:(1)0.960(2)
12s
[(
d ∆t B
) -(
2
d ∆t A
) ]
2
(3)
mg -(M +m )a
Mg
(4) 系统误差
解析:遮光片经过光电门A 和光电门B 的速度分别为:v A =
d ∆t A
,v B =
d ∆t B
.. 。由v B - vA =2as,可得
22
a=
12s
[(
d ∆t B
) -(
2
d ∆t A
) ].由牛顿第二定律,mg-μMg=(M+m)
a ,解得μ=
2
mg -(M +m a
Mg
。
2.(12分)(2013全国高考大纲版理综第23题)测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的
P 板的上表面BC 在B 点相切,C 点在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速
度为g 。实验步骤如下:
①用天平称出物块Q 的质量m ;
/
②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC 的高度h ; ③将物块Q 在A 点由静止释放,在物块Q 落地处标记其落地点D ; ④重复步骤③,共做10次;
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C ′的距离s 。 (1)用实验中的测量量表示:
(ⅰ)物块Q 到达B 点时的动能E kB =__________; (ⅱ)物块Q 到达C 点时的动能E kC =__________;
(ⅲ)在物块Q 从B 运动到C 的过程中,物块Q 克服摩擦力做的功W f =__________; (ⅳ)物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ=__________。 (2)回答下列问题:
(ⅰ)实验步骤④⑤的目的是 。
(ii )已知实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除了实验中测量量的误差之外,其它的可能是 (写出一个可能的原因即可) 2.(12分)答案:
(1)(每空2分)(ⅰ)mgR (ⅱ)
mgs 24h
(ⅲ)mgR -
mgs 24h
(ⅳ)
R L
-
s 24hL
(2)减小实验结果的误差(2分) 圆弧轨道存在摩擦(或接缝B 处不平滑等)(2分) 解析:(1)由机械能守恒定律,物块Q 到达B 点时的动能E kB =mgR ;由平抛运动规律,可得s=vt,h=
12
gt 2,
解得物块从C 点抛出时的速度
Q 到达C 点时的动能E kC =
12
mv =
2
mgs 24h
。由动能定理,在
物块Q 从B 运动到C 的过程中,物块Q 克服摩擦力做的功W f =mgR -
mgs 24h
;由W f =μmgL 解得物块Q 与平
板P 之间的动摩擦因数μ=
R L
-
s 24hL
(2)实验步骤④⑤的目的是通过多次实验减小实验结果的误差。实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除
了实验中测量量的误差之外,其它的可能是圆弧轨道存在摩擦、接缝B 处不平滑等。
3. (2013全国新课标理综II 第22题)(8分)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好桌面边缘,如图(a )所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算。可求得弹簧被压缩后的弹性势能。 回答下列问题:
(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与小球抛出时的动能E k 相等。已知重力加速度大小为g 。为求得E k ,至少需要测量下列物理量中的 (填正确答案标号)。 A .小球的质量
B .小球抛出点到落地点的水平距离s C .桌面到地面的高度h D .弹簧的压缩量△x E .弹簧原长l 0
(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ,得E k = 。 (3)图(b )中的直线是实验测量得到的s--△x 图线。从理论上可推出,如果h 不变,m 增加,s--△x 图线的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。如果m 不变,h 增加,s--△x 图线的斜率会
(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图(b )中给出的直线关系和E k 的表达式可知,Ep 与△x 的 次方成正比。
【答案】 (1)ABC(3分) (2)
mgs 24h
(2分)
(3)减小(1分) 增大(1分)2(1分)
【命题意图】 本题主要考查弹性势能的探究和平抛运动的相关知识,意在考查考生灵活应用知识解决问题的能力。
【解题思路】(1)利用平抛运动规律,测量出平抛运动的初速度v 。由s=vt,h=
12
gt 2,联立解得
要测量小球速度,需要测量小球抛出点到落地点的水平距离s ,桌面到地面的高度h
。根据动能公式,为求
得E k ,还需要测量小球的质量m ,所以正确选项是ABC 。(2)小球抛出时的动能E k =
12
mv =
2
mgs 24h
。(3)弹
簧的压缩量△x 越大,弹性势能越大,小球抛出时的动能越大,所以s 与△x 成正比。如果h 不变,m 增加,s--△x 图象斜率会减小。如果m 不变,h 增加,s--△x 图象斜率会增大。由实验绘出的图象可知,s 与△x
成正比,而E k =
12
mv =
2
mgs 24h
,所以弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与△x 的二次方成正比。
【方法技巧】解答此类题要利用相关物理规律列出方程,再结合题给图象解答。
1. (7分)(2013全国新课标理综1第22题)
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光片的总质量M. 重物的质量m ;用游标卡尺测量遮光片的宽度d; 用米尺测最两光电门之间的距离s ;
②调整轻滑轮,使细线水平;
③让物块从光电门A 的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间△t A 和△t B , 求出加速度a ;
④多次重复步骤③,求a 的平均值a ;
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。回答下列为题:
(1) 测量d 时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm) 的示如图(b )所示。其读数为 cm (2)物块的加速度a 可用d 、s 、△t A , 和△t B, 表示为a= (3) 动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ=
(4)如果细线没有调整到水平. 由此引起的误差属于 (填“偶然误差”或”系统误差” ) 【命题意图】本题考查游标卡尺、摩擦力、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律等基础知识点,意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题,解决问题的能力。
答案:(1)0.960(2)
12s
[(
d ∆t B
) -(
2
d ∆t A
) ]
2
(3)
mg -(M +m )a
Mg
(4) 系统误差
解析:遮光片经过光电门A 和光电门B 的速度分别为:v A =
d ∆t A
,v B =
d ∆t B
.. 。由v B - vA =2as,可得
22
a=
12s
[(
d ∆t B
) -(
2
d ∆t A
) ].由牛顿第二定律,mg-μMg=(M+m)
a ,解得μ=
2
mg -(M +m a
Mg
。
2.(12分)(2013全国高考大纲版理综第23题)测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的
P 板的上表面BC 在B 点相切,C 点在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速
度为g 。实验步骤如下:
①用天平称出物块Q 的质量m ;
/
②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC 的高度h ; ③将物块Q 在A 点由静止释放,在物块Q 落地处标记其落地点D ; ④重复步骤③,共做10次;
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C ′的距离s 。 (1)用实验中的测量量表示:
(ⅰ)物块Q 到达B 点时的动能E kB =__________; (ⅱ)物块Q 到达C 点时的动能E kC =__________;
(ⅲ)在物块Q 从B 运动到C 的过程中,物块Q 克服摩擦力做的功W f =__________; (ⅳ)物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ=__________。 (2)回答下列问题:
(ⅰ)实验步骤④⑤的目的是 。
(ii )已知实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除了实验中测量量的误差之外,其它的可能是 (写出一个可能的原因即可) 2.(12分)答案:
(1)(每空2分)(ⅰ)mgR (ⅱ)
mgs 24h
(ⅲ)mgR -
mgs 24h
(ⅳ)
R L
-
s 24hL
(2)减小实验结果的误差(2分) 圆弧轨道存在摩擦(或接缝B 处不平滑等)(2分) 解析:(1)由机械能守恒定律,物块Q 到达B 点时的动能E kB =mgR ;由平抛运动规律,可得s=vt,h=
12
gt 2,
解得物块从C 点抛出时的速度
Q 到达C 点时的动能E kC =
12
mv =
2
mgs 24h
。由动能定理,在
物块Q 从B 运动到C 的过程中,物块Q 克服摩擦力做的功W f =mgR -
mgs 24h
;由W f =μmgL 解得物块Q 与平
板P 之间的动摩擦因数μ=
R L
-
s 24hL
(2)实验步骤④⑤的目的是通过多次实验减小实验结果的误差。实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除
了实验中测量量的误差之外,其它的可能是圆弧轨道存在摩擦、接缝B 处不平滑等。
3. (2013全国新课标理综II 第22题)(8分)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好桌面边缘,如图(a )所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算。可求得弹簧被压缩后的弹性势能。 回答下列问题:
(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与小球抛出时的动能E k 相等。已知重力加速度大小为g 。为求得E k ,至少需要测量下列物理量中的 (填正确答案标号)。 A .小球的质量
B .小球抛出点到落地点的水平距离s C .桌面到地面的高度h D .弹簧的压缩量△x E .弹簧原长l 0
(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ,得E k = 。 (3)图(b )中的直线是实验测量得到的s--△x 图线。从理论上可推出,如果h 不变,m 增加,s--△x 图线的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。如果m 不变,h 增加,s--△x 图线的斜率会
(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图(b )中给出的直线关系和E k 的表达式可知,Ep 与△x 的 次方成正比。
【答案】 (1)ABC(3分) (2)
mgs 24h
(2分)
(3)减小(1分) 增大(1分)2(1分)
【命题意图】 本题主要考查弹性势能的探究和平抛运动的相关知识,意在考查考生灵活应用知识解决问题的能力。
【解题思路】(1)利用平抛运动规律,测量出平抛运动的初速度v 。由s=vt,h=
12
gt 2,联立解得
要测量小球速度,需要测量小球抛出点到落地点的水平距离s ,桌面到地面的高度h
。根据动能公式,为求
得E k ,还需要测量小球的质量m ,所以正确选项是ABC 。(2)小球抛出时的动能E k =
12
mv =
2
mgs 24h
。(3)弹
簧的压缩量△x 越大,弹性势能越大,小球抛出时的动能越大,所以s 与△x 成正比。如果h 不变,m 增加,s--△x 图象斜率会减小。如果m 不变,h 增加,s--△x 图象斜率会增大。由实验绘出的图象可知,s 与△x
成正比,而E k =
12
mv =
2
mgs 24h
,所以弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与△x 的二次方成正比。
【方法技巧】解答此类题要利用相关物理规律列出方程,再结合题给图象解答。