全国卷汇总力学实验.docx
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考点7力学实验
1.（2013·大纲版全国卷）测量小物块Q与平板P之间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'。
重力加速度大小为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'的长度h;
③将物块Q在A点从静止释放,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EkB= ;
（ii）物块Q到达C点时的动能EkC= ;
（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Wf= ;
（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,其他的可能是 。
（写出一个可能的原因即可）
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
（1）熟练应用动能定理分析动能变化和做功问题。
（2）根据平抛运动的特点分析水平速度和竖直速度。
2.（2013·新课标全国卷Ⅰ）图甲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;用米尺测量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ΔtA和ΔtB,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摩擦因数μ。
回答下列问题:
（1）测量d时,某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示数如图乙所示,其读数为 cm。
（2）物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB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 （选填“偶然误差”或“系统误差”）。
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
（1）正确读出20等份游标卡尺的读数;
（2）用遮光片经过光电门A和光电门B的平均速度表示A、B位置的瞬时速度,再由速度位移公式求加速度;
（3）对遮光片、物块和重物根据牛顿第二定律列方程求动摩擦因数μ。
3.（2013·新课标全国卷Ⅱ）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,小球恰好在桌面边缘,如图甲所示。
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Ek相等。
已知重力加速度大小为g。
为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的 （ ）
A.小球的质量m
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Δx
E.弹簧原长l0
（2）用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek= 。
（3）图乙中的直线是实验测量得到的s-Δx图线。
从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-Δx图线的斜率会 （选填“增大”“减小”或“不变”）;如果m不变,h增加,s-Δx图线的斜率会 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
由图乙中给出的直线关系和Ek的表达式可知,Ep与Δx的 次方成正比。
【解题指南】解答本题应理解以下两点:
（1）弹簧的弹性势能转化为小球的动能;
（2）小球做平抛运动过程,水平方向为匀速直线运动,竖直方向为自由落体运动。
4.（2014·新课标全国卷Ⅰ）某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图乙所示。
实验中小车（含发射器）的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。
回答下列问题:
（1）根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成 （选填“线性”或“非线性”）关系。
（2）由图乙可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是 。
（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是 ,钩码的质量应满足的条件是 。
【误区警示】根据牛顿第二定律,只有在钩码质量远小于小车质量前提下,钩码重力近似等于绳子的拉力。
5.（2014·新课标全国卷Ⅱ）某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度（圈数）的关系。
实验装置如图甲所示;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;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的砝码时,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）。
已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。
P1
P2
P3
P4
P5
P6
x0/cm
2.04
4.06
6.06
8.05
10.03
12.01
x/cm
2.64
5.26
7.81
10.30
12.93
15.41
n
10
20
30
40
50
60
k/N·m-1
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
1k/m·N-1
0.0061
②
0.0179
0.0229
0.0296
0.0347
（1）将表中数据补充完整:
① ,② 。
（2）以n为横坐标,为纵坐标,在图乙给出的坐标纸上画出-n图像。
（3）图乙中画出的直线可近似认为通过原点。
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=
N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0（单位为m）的关系的表达式为k= N/m。
【解题指南】解答本题时应注意以下三点:
（1）挂有质量为0.100kg的砝码时,作用于每圈弹簧上的弹力均相等;
（2）弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比;
（3）弹簧的长度不同其劲度系数也不同。
6.（2014·大纲版全国卷）现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。
在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。
拍摄时频闪频率是10Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。
已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。
数据如下表所示。
重力加速度大小g=9.80m/s2。
单位:
cm
x1
x2
x3
x4
h
s
10.76
15.05
19.34
23.65
48.00
80.00
根据表中数据,完成下列填空:
（1）物块的加速度a= m/s2（保留3位有效数字）。
（2）因为可知斜面是粗糙的。
7.（2015·全国卷Ⅱ）某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。
已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示,图中标出了五个连续点之间的距离。
（1）物块下滑时的加速度a= m/s2,打C点时物块的速度v= m/s。
（2）已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是
（填正确答案标号）。
A.物块的质量 B.斜面的高度 C.斜面的倾角
【解题指南】解答本题时注意以下三点：
（1）加速度计算公式a=。
（2）某一段的平均速度等于这一段中间时刻的瞬时速度。
（3）物块在斜面上运动的加速度a=gsinα-μgcosα。
8.（2016·全国卷I·T22）某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz,打出纸带的一部分如图乙所示。
该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他条件进行推算。
（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图乙中给出的物理量可以写出:
在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为 ,打出C点时重物下落的速度大小为 ,重物下落的加速度大小为 。
（2）已测得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;当地重力加速度大小为9.80m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。
由此推算出f为 Hz。
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:
（1）依据匀加速下落过程中的中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度测量速度。
（2）可用“逐差法”测加速度。
（3）依据牛顿第二定律求出加速度后,利用题给数据推算f。
9.（2016·全国卷II·T22）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示。
轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。
向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
（1）实验中涉及下列操作步骤:
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是 （填入代表步骤的序号）。
（2）图乙中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。
打点计时器所用交流电的频率为50Hz。
由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s。
比较两纸带可知,
（选填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。
10.（2016·全国卷III·T23）某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。
图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。
本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均0.010kg。
实验步骤如下:
（1）将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。
（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。
释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。
（3）对应于不同的n的a值见下表。
n=2时的s-t图象如图乙所示;由图乙求出此时小车的加速度（保留2位有效数字）,将结果填入下表。
n
1
2
3
4
5
a/（m·s-2）
0.20
0.58
0.78
1.00
（4）利用表中的数据在图丙中补齐数据点,并作出a-n图象。
从图象可以看出:
当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。
（5）利用a-n图象求得小车（空载）的
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