高考物理专题限时训练15.docx

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高考物理专题限时训练15

专题限时训练（十五）　力学实验与创新

（限时45分钟）

实验题（第1题10分，其余每小题14分，共80分）

1．（2017·百校联盟押题卷）某中学物理兴趣实验小组在完成“探究弹力和弹簧长度的关系”的实验后测出了弹簧的劲度系数，操作过程如下：

该小组的同学按照图甲组装好实验装置，调节滑轮的高度使细线呈水平状态，测出不挂钩码时弹簧的长度，然后在细线的下端逐个增加钩码并测出对应的弹簧长度，将测量的数据描绘在图乙的坐标系中，已知纵坐标为每次弹簧所受的拉力，横坐标为每次所对应的弹簧长度．已知每个钩码的质量为m＝0.04kg，取重力加速度g＝10m/s2.

根据上述操作完成下列问题：

甲

乙

（1）根据图乙中描出的数据点画出F－L图线．

（2）根据作出的图线可知，弹簧的自然长度L0为______cm，该弹簧的劲度系数k为________N/m.

（3）该实验与弹簧呈竖直状态相比较，优点是：

_____________________________________________________________________________________________________________________；

缺点是：

___________________________________________.

答案：

（1）如图所示　

（2）5　20　（3）见解析

解析：

（1）用平滑的曲线将各点连接起来，如答案图所示．

（2）弹簧的原长L0，即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，l0＝5×10－2m＝5cm.弹簧的劲度系数等于FL图象直线部分的斜率，k＝20N/m.

（3）优点：

避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点：

弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦使实验的误差增大．

2．（2017·山东理综）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．

甲

实验步骤：

①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．

②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示．

F/N

0

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

l/cm

l0

10.97

12.02

13.00

13.98

15.05

③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.

乙

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.

完成下列作图和填空：

（1）利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm.

（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.

（3）根据给出的标度，在图丙中作出FOA和FOB的合力F′的图示．

丙

（4）通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．

答案：

（1）如解析图甲所示　10.0（9.8～10.1均正确）　

（2）1.80（1.70～1.90均正确）　（3）如解析图乙所示　（4）FOO′

解析：

（1）在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．如图甲所示，由图线可知与横轴的交点为弹簧原长，即l0＝10.0cm.

甲

（2）橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60cm，由图甲可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N.

（3）利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图乙．

（4）FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论．

乙

3．（2017·浙江理综）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验．

甲

（1）图甲中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有________；乙同学需在图中选用的器材有________．（用字母表示）

乙

（2）乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图乙所示的两条纸带①和②，纸带________（填“①”或“②”）的加速度大，其加速度大小为________．

答案：

（1）AB　BDE　

（2）②　2.5m/s2

解析：

（1）甲同学做“验证机械能守恒定律”实验时，只需验证gh＝

v2即可，不需要知道重物的质量，但需应用打点计时器打出的纸带计算速度v，故选A、B.乙同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，需考虑F、m、a三者的测量，取小车研究，利用钩码的重力作为小车所受的合力，应用打点计时器打出的纸带计算加速度，故选择B、D、E.

（2）纸带①中第1、2点间与第2、3点间的位移差为Δx1＝[（32.40－30.70）－（30.70－29.10）]cm＝0.1cm，纸带②中第1、2点间与第2、3点间的位移差为Δx＝[（30.65－29.00）－（29.00－27.40）]cm＝0.05cm，根据逐差法Δx＝aT2可得纸带①的加速度大，大小为a＝

m/s2＝2.5m/s2.

4.（2017·广东理综）某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度．

（1）请完成以下主要实验步骤：

按图（a）安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物______（填“靠近”或“远离”）计时器下端；____________，____________，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验．

（2）图（b）和（c）是实验获得的两条纸带，应选取________（填“b”或“c”）来计算重力加速度，在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和______________________．

（a）

（b）

（c）

答案：

（1）靠近　接通打点计时器电源　释放纸带　

（2）b　（3）纸带与打点计时器间的摩擦

解析：

（1）使用打点计时器进行相关实验时，拖动纸带的重物应靠近打点计时器，而且应先接通打点计时器的电源，待打点计时器打点稳定后，再释放纸带．

（2）纸带在重物的作用下，做匀加速直线运动，打点距离越来越大，而（c）纸带的打点距离先增大后减小，故应选取（b）进行研究．在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果小于当地重力加速度的主要原因是空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦．

5．（2017·湖南师大附中第6次月考）“探究加速度与力的关系”装置如图所示．带滑轮的长木板水平放置，细绳通过两滑轮分别与弹簧秤挂钩和砂桶连接，细线与桌面平行．将木块放在靠近打点计时器的一端，缓慢向砂桶中添加细砂，直到木块开始运动，记下木块运动后弹簧秤的示数F，通过纸带求出木块运动的加速度a.将木块放回原处，再向砂桶中添加适量细砂，释放木块…获取多组a、F数据．

（1）关于该实验的操作，以下说法正确的是（　　）

A．实验过程中，应先闭合打点计时器开关，再释放小车

B．通过缓慢添加细砂，可以方便地获取多组实验数据

C．每次添加细砂后，必须测出砂及砂桶的质量

D．实验过程要确保砂及砂桶的质量远小于木块的质量

（2）某同学根据实验数据做出了两个a－F图象如图所示，正确的是________；该同学发现图线没有过原点，应该是由于有摩擦力的原因，于是想要作出木块的加速度与合力的关系图象，需要对图象进行修正．修正后的横坐标F合应该等于________（用F、F0表示）．

答案：

（1）AB　

（2）B　2F－2F0

解析：

（1）纸带长度有限，若先释放小车，再闭合开关时，重物已落一段距离，纸带的打点长度可能就很短，不利于测量，而先闭合开关，再释放小车，保证纸带充分利用，A正确；缓慢添加细砂，改变小车受到的拉力，可以获取多组实验数据，B正确；小车受到的拉力可通过弹簧秤读出，因而不用测量砂及砂桶的质量，C错误；小车受到的拉力可通过弹簧秤读出，不用砂及砂桶的重力代替，故可以不用考虑“确保砂及砂桶的质量远小于木块的质量”这一条件，D错误．

（2）根据牛顿第二定律F合＝2F－f＝ma，得a＝

，可知随着拉力的增大，加速度恰好为零时，应满足摩擦力f＝2F0，修正后应让图线过坐标系的原点，图线向左平移2F0，F合＝2F－2F0.

6．（2017·山西一模）为探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置．

甲

实验步骤如下：

①用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示；

②将水平弹簧的一端固定于气垫导轨的左侧；

③用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；

④释放滑块，记录滑块脱离弹簧后通过光电门的时间Δt，算出滑块的速度v；

⑤重复步骤③④，作出v与x的关系图象如图丙．

乙　　　　　　　　　　　丙　　　　　　

回答下列问题：

（1）遮光片的宽度为________cm.

（2）若Δt＝3.0×10－2s，则滑块的速度为________m/s.

（3）由图丙可知，v与x成________关系．

（4）实验可得结论：

对同一根弹簧，弹性势能与弹簧压缩量的关系是___________________________________________________．

答案：

（1）0.930　

（2）0.31　（3）正比（正比例）　（4）弹性势能与弹簧压缩量（x）的平方成正比

解析：

（1）由题图乙知，遮光片的宽度为d＝9mm＋6×0.05mm＝0.930cm；

（2）滑块的速度近似为通过遮光片时的平均速度，其大小为v＝

＝0.31m/s；（3）由题图丙知，vx图象为过坐标原点的直线，则v与x成正比例关系；（4）由机械能守恒定律知弹簧的弹性势能Ep＝

mv2，而v＝kx（k为vx图象的斜率），联立得Ep＝

mk2x2，故弹性势能与弹簧压缩量的平方成正比．