高三二轮复习物理专题通关 课时巩固过关练十三 物理实验613 Word版含答案.docx

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高三二轮复习物理专题通关课时巩固过关练十三物理实验613Word版含答案

课时巩固过关练（十三）

力学实验

（45分钟　100分）

1.（12分）（·德州一模）如图甲,一个圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。

圆盘加速转动时,纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。

用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示,用此装置打出的一条纸带如图丙所示（打点计时器所接交流电的频率为50Hz,A、B、C、D…为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出）。

（1）根据图乙读出圆盘的直径为　　　　cm。

（2）根据图丙计算,打D点时圆盘转动的角速度为　　　　rad/s。

（3）由图丙可知,纸带运动的加速度大小为　　　m/s2。

【解析】

（1）整数部分为60mm,小数部分为零,由于精确度为0.05mm,故需写到0.001cm处,故读数为6.000cm;故直径为6.000cm。

（2）打下计数点D时,速度为

vD=

=

=0.39m/s

故ω=

=

rad/s=13rad/s

（3）纸带运动的加速度为

a=

=

=

m/s2=0.60m/s2

答案：

（1）6.000　

（2）13　（3）0.60

2.（12分）（·全国卷Ⅰ）某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。

所用器材有：

玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。

完成下列填空：

（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图甲所示,托盘秤的示数为1.00kg。

（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图乙所示,该示数为　　　　kg。

（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧,此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如表所示：

序号

1

2

3

4

5

m/kg

1.80

1.75

1.85

1.75

1.90

（4）根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为　　　　N;小车通过最低点时的速度大小为　　　　m/s。

（重力加速度大小取9.80m/s2,计算结果保留2位有效数字）

【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析：

（1）掌握托盘秤的读数规则。

（2）注意读数和力的换算。

（3）在轨道的最低点根据牛顿第二定律分析。

【解析】

（2）托盘秤的最小标度为0.1kg,则读数为

1.00kg+4.0×0.1kg=1.40kg;

（4）小车经过最低点时对桥的压力为

F=

-1.00g=7.9N,

在桥的最低点,由牛顿第二定律得

F-mg=m

其中m=1.40kg-1.00kg=0.40kg,

再代入其他数据解得v=1.4m/s。

答案：

（2）1.40　（4）7.9　1.4

3.（14分）图中所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系。

倾角为θ的斜面体固定在实验台上,将光电门固定在斜面体的底端O点,让小球从斜面上的不同位置由静止释放,释放点到光电门的距离d依次为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。

（1）用游标卡尺测量小球的直径,如图乙所示,小球的直径D=　　　　cm。

（2）该实验　　　　　　（选填“需要”或“不需要”）测量小球的质量;小球通过光电门经历的时间为Δt,小球通过光电门的速度为　　　　（填字母）,不考虑误差的影响,从理论上来说,该结果　　　　（选填“<”“>”或“=”）球心通过光电门的瞬时速度。

（3）为了探究做功与速度变化的关系,依次记录的实验数据如下表所示。

实验次数

1

2

3

4

5

6

d/×10-2m

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

v/（m·s-1）

0.69

0.98

1.20

1.39

1.55

1.70

v2/（m·s-1）2

0.48

0.97

1.43

1.92

2.41

2.86

/（m·s-1

0.83

0.99

1.10

1.18

1.24

1.30

从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系”的结论是 

　。

【解析】

（1）螺旋测微器：

固定刻度为5.5mm,可动刻度为12.5×0.01mm=0.125mm,则读数为5.5mm+0.125mm=5.625mm=0.5625cm。

（2）根据动能定理mgd=

mv2得,本实验要验证v2=2gd,故不需要测量小球的质量。

由平均速度表示经过光电门时的速度,故小球通过光电门的速度为v=

根据匀变速直线运动的规律得：

小球通过光电门的平均速度等于这个过程中间时刻的速度,所以小球通过光电门的平均速度小于球心通过光电门的瞬时速度。

（3）根据表格中记录的数据可得,释放点到光电门的距离d与物体的速度以及速度的平方根都不存在正比例的关系,与速度的平方接近正比例关系,所以可选择v2为坐标系的纵坐标。

将表格中的数据在d-v2坐标系中描点连线如图。

从图像中得到的直接结论是d与v2成正比;从而间接得到做功与物体速度变化的规律是合外力做功与v2成正比。

答案：

（1）0.5625

（2）不需要　

　<

（3）合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比

4.（14分）（·深州二模）在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：

（1）两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置的两种不同的实验方案进行实验。

①在图甲中,下落物体应选择密度　　　　（选填“大”或“小”）的重物;在图乙中,两个重物的质量关系是m1　　　　（选填“>”“=”或“<”）m2。

②采用图乙的方案进行实验,还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和　　　　。

③比较两种实验方案,你认为图　　　　（选填“甲”或“乙”）所示实验方案更合理,理由是　。

（2）有一同学采用了图甲所示的方案,选出一条纸带如图丙所示,其中O点为起始点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以50Hz交流电,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重物的质量为0.5kg,g取9.8m/s2。

根据以上数据,打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了　　　　　　J,这时它的动能是　　　　J,根据上面这两个数据你能得到的结论是　。

（结果保留三位有效数字）

【解析】

（1）①在题图甲中,为了减小空气阻力的影响,应选择体积小、密度大的重物;在题图乙中,m2在m1的拉力作用下向上运动,所以m1>m2。

②两重物质量不等,分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时,两边质量不能约去,故需要天平测量两重物的质量。

③题图乙中所示实验还受到细线与滑轮之间的摩擦力的影响,机械能损失较大,故题图甲所示实验方案较为合理。

（2）重力势能减少量为ΔEp=mghOB=0.867J;打B点时重物的速度为vB=

其动能为ΔEkB=

m（

）2=0.852J,可见在误差允许的范围内,重物下落时机械能守恒。

答案：

（1）①大　>　②天平　③甲　图乙中还受到细线与滑轮之间的摩擦力的影响　

（2）0.867　0.852　在误差允许的范围内,重物下落时机械能守恒

5.（16分）（·济南二模）为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。

图1中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示。

在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”。

（1）完成下列实验步骤中的填空：

①平衡小车所受的阻力：

小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列　　　　　　　　的点。

②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码。

③打开打点计时器电源,释放小车,获得图2带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m。

④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③。

⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点。

测量相邻计数点的间距s1,s2,…。

求出与不同m相对应的加速度a。

⑥以砝码的质量m为横坐标,

为纵坐标,在坐标纸上作出

-m关系图线。

（2）完成下列填空：

①本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是　。

②设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3。

a可用s1、s3和Δt表示为a=　　　　。

由此求得加速度的大小a=　　　　m/s2。

③图3为所得实验图线的示意图。

设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为　　　　,小车的质量为　　　　。

【解析】

（1）①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀。

（2）①设小车的质量为M,小吊盘和盘中物块的质量为m,设绳子上拉力为F,

以整体为研究对象有mg=（m+M）a

解得a=

以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=

mg

显然要有F=mg必有m+M=M,故有M≫m,即只有M≫m时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力。

所以为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量。

②设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。

由匀变速直线运动的推论得：

Δx=aT2

a=

图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1=24.2mm,s3=47.2mm。

由此求得加速度的大小

a=

=

m/s2=1.15m/s2。

③设小车质量为M,小车受到外力为F,由牛顿第二定律有F=（m+M）a;

所以

=

+

所以,

-m图像的斜率为

故F=

纵轴截距为b=

=kM,所以,M=

。

答案：

（1）①间隔均匀　

（2）①M远大于m

②

　1.15　③

6.（16分）如图甲所示是研究小车做匀变速直线运动的实验装置,打点计时器的工作周期为T。

（1）实验中,必要的措施是　　　　。

A.细线必须与长木板平行

B.小车必须具有一定的初速度

C.小车质量远大于钩码质量

D.平衡小车与长木板间的摩擦力

（2）如图乙所示,A、B、C、D、E、F、G是打好的纸带上7个连续的点。

从图乙中可读得s6=　　　　cm,F点对应的瞬时速度大小的计算式为vF=　　　　　　。

（用题目中所给量的字母表示）

（3）如图丙所示是根据实验数据画出的v2-2s图线（s为各打点至同一起点的距离）,由图线可知：

该图线的斜率表示　　　　　　　,其大小为　　　　（保留2位有效数字）,单位是　　　　　　　　。

【解析】

（1）本实验是研究小车做匀变速直线运动,而不是探究加速度与力的关系,只要保证小车做匀加速直线运动即可,故B、C、D没有必要;若细线与长木板不平行,随着小车向左运动,细线与水平方向的夹角增大,小车受到的合外力就会发生变化（拉力减小、摩擦力增大）,加速度随之发生变化,小车做变加速运动,与实验要求不符,故必须保证细线与长木板平行。

故选A。

（2）刻度尺的最小刻度为毫米,读数时应精确到0.1mm,s6=6.50cm-0.50cm=6.00cm;在匀变速直线运动的某段过程中,中间时刻的瞬时速度与这段时间内的平均速度相等,故F点对应的瞬时速度vF=

。

（3）由速度位移关系v2-

=2as得：

v2=a·2s+

图像的斜率表示小车的加速度：

a=

=

=0.5m/s2。

答案：

（1）A　

（2）6.00　

（3）小车加速度的大小　0.5　m/s2

7.（16分）一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验,采用如图甲所示装置,质量不计的弹簧下端挂一个小盘,在小盘中增添砝码,改变弹簧的弹力。

实验中作出小盘中砝码重力随弹簧伸长量x变化的图像如图乙所示。

（重力加速度g取10m/s2）

（1）利用图像乙,可求得该弹簧的劲度系数为　　N/m。

（2）利用图像乙,可求得小盘的质量为　　　　kg,小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比　　　（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。

【解析】设弹簧原长为l0,小盘质量为m,根据胡克定律,弹簧弹力F弹=kx=F+mg得砝码重力F=kx-mg,可知图像斜率表示弹簧劲度系数k=

=

N/m=200N/m。

图像纵轴截距绝对值表示托盘的重力,由图像可知纵轴截距F=-1N,托盘重力G=mg=1N,则质量m=0.1kg。

由F=kx-mg可知,弹簧劲度系数与托盘质量无关,故弹簧劲度系数的测量结果与真实值相同。

答案：

（1）200　

（2）0.1　相同