高考物理 模拟新题特快专递第五期专题十六力学实验.docx

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高考物理模拟新题特快专递第五期专题十六力学实验

2013高考模拟新题特快专递第五期

专题十六、力学实验

1.（2013河南漯河市期末）某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律：

在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块m，滑块可沿米尺自由下落。

在米尺上还安装了一个连接了内阻很大的数字电压表的多匝线框A，线框平面在水平面内，滑块可穿过线框，如图所示。

把滑块从米尺的0刻度线处释放，记下线框所在的刻度h和滑块穿过线框时的电压U。

改变h，调整线框的位置，多做几次实验，记录各次的h、U。

（1）如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线（选填“U—h”或“U2—h”）更容易得出结论。

（2）影响本实验精确程度的因素主要是（至少列举一点）。

1.答案：

（1）U2—h（2分）

（2）空气阻力（或电磁感应损失机械能）（2分）

解析：

根据法拉第电磁感应定律，磁性滑块穿过线框的速度与产生的感应电动势成正比，即磁性滑块穿过线框的速度与电压表读数成正比。

由机械能守恒定律可知，mgh=

mv2，所以采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线“U2—h”更容易得出结论。

影响本实验精确程度的因素主要是空气阻力或电磁感应损失机械能。

2．（6分）（2013福建省南安一中质检）在①研究加速度与外力（质量m一定）的关系；②验证机械能守恒定律；③探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中；某同学正确做出了三个实验的图像，如下图中A、B、C所示。

根据坐标轴代表的物理量判断；A实验的图像斜率表示；B实验图像的斜率表示，C实验图像的斜率表示。

答案：

物体质量的倒数

；（当地）重力加速度g；弹簧的劲度系数k；

解析：

在研究加速度与外力（质量m一定）的关系实验，作出的a—F图象，由a=F/m可知，斜率表示物体质量的倒数

；在验证机械能守恒定律实验，作出的v2/2—h图象，由mv2/2—mgh可知，斜率表示（当地）重力加速度g；在探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中，作出的F—x图象，由胡克定律F=kx可知，图象斜率表示弹簧的劲度系数k。

3（１）（8分）（2013深圳市南山区期末）“探究

合力与分力的关系”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，P为橡皮条与细绳的结点，用两把互成角度的弹簧秤把结点P拉到位置Ｏ．

①从图甲可读得弹簧秤Ｂ的示数为Ｎ．

②为了更准确得到合力与分力的关系，要采用作力的（填“图示”或“示意图”）来表示分力与合力．

③图乙中与F1、F2效果相同的力是（填“F”或“F′”）．

④图乙中方向一定沿

AO方向的力是（填“F”或“F′”）．

3．答案：

（1）8分①3.8；②图示；③F′；④F′。

解析：

为了更准确得到合力与分力的关系，要采用作力的图示来表示分力与合力．图乙中与F1、F2效果相同的力是用一个弹簧秤把结点P拉到位置Ｏ时的力F′。

图乙中方向一定沿

AO方向的力是F′。

4．（5分）（2013贵州六校联考）一个同学在研究小球自由落体运动时，用频闪照相连续记录下小球的位置如图所示。

已知闪光周期为

s，测得x1=7.68cm，x3=12.00cm，用上述数据通过计算可得小球运动的加速度约为_______m/s2，图中x2约为________cm。

（结果保留3位有效数字）

【答案】9.72,9.84（填对1个空3分,2个空5分）

【解析】由x2-x1=2aT2，x3-x2=2aT2，解得a=9.72m/s2，x2=9.84cm。

5（2013陕西省五校联考）在DIS系统中，光电门测量的是运动物体挡光时间内的平均速度，因为挡光片较窄，所以可看作测量的是瞬时速度．为了测量做匀变速

直线运动的小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，如图甲所示，当小车做匀变速运动经过光电门时，测得A、B先后挡光的时间分别为△t1和△t2．A、B开始挡光时刻的间隔为t，则小车的加速度a=___．

答案：

（

-

）

解析：

A、B开始挡光时的速度分别为v1=

、v2=

，由v2=v1+at解得a=

（

-

）

6．（10分）（2013山东省邹城市联考）“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示采用重物自由下落的方法：

（1）实验中，下面哪些测量工具是必需的

A．天平B．直流电源C．刻度尺D．秒表

（2）已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9．80m/s2，所用重物的质量为200g。

实验中选取一条符合实验要求的纸带如图所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点。

计算B点瞬时速度时，甲同学用

，乙同学用

，其中所选方法正确的是（选填“甲”或“乙”）同学；根据以上数据，可知重物由O运动到B点时动能的增加量等于J，重力势能减少量等于J（计算结果均保留3位有效数字）：

（3）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是。

【答案】

（1）C

（2）乙0.369J0.376J

（3）克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功

【解析】

（1）根据实验原理，需要验证下列方程成立mgh=

mv2，即gh=

v2则不需要天平．v由打点计时器打下的纸带测出，不需要秒表．电磁打点计时器工作4∽6V交流电源，故需要低压交流电源．纸带处理需要刻度尺．

（2）物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，

，是自由落体运动的公式，故甲同学错误．

重物的重力势能的减少量△EP=mgh=0.200×9.80×0.1920J=0.376J

       打B点重物速度v=

=

m/s=1.92m/s

      物体动能的增加量△Ek=

mv2=0.5×0.200×1.922J=0.369J.

（3）纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力.

由

可得a=9.72m/s2。

，由

可得x2=9.84cm。

7．（2013北京市东城区联考）如图12所示，（甲）图是某学生测量“匀变速直线运动的加速度”的实验装置，由于实验中连接重物和木块的细线过长，所以当重物着地后，木块还会在木板上继续滑行，图（乙）所示纸带是重物着地后的一段打点纸带（注意图中任两个计数点间都有四个点没有标出）。

若打点计时器所用的交流电频率为50Hz，则木块的加速度为a=_____m/s2，木块与木板间的动摩擦因数μ=_____。

（g=10m/s2，忽略空气阻力以及纸带与打点计时器间的摩擦，所有结果保留两位有效数字）

图12

【答案】－0．500．050（或5．0×10－2）

【解析】以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有

a=

解得：

a=-0.50m/s2       

重物落地后木块只受摩擦力的作用，用m表示木块的质量，根据牛顿第二定律有：

-μmg=ma            

解得μ=0.050

8．（6分）（2013山东省临沂市质检）我国用长征运载火箭已成功地发射了“神舟”系列试验飞船，某次实验过程中，一监测系统采用在同一张底片上多次曝光的照相方法，从火箭点火时刻开始，每隔2．0s曝光一次，得到了一张记录火箭在开始运动的最初8s内5个不同位置的照片（如图所示），已知火箭的长度为57．5m，当地重力加速度为9．8m／s2．用刻度尺测量照片上的有关长度，结果如图所示，根据上述条件和图示，请回答：

（1）火箭运动8s时的高度m．

（2）火箭运动6s时的速度大小m／s．

（3）火箭上升的加速度大小m／s2．

【答案】

（1）300.00（297.5-302.5）

（2）50.0（49.4-50.6）（3）6.25（5.62-6.87）

【解析】

（1）由火箭的实际长度结合照片比例计算出刻度尺1mm代表的实际长度，从而可得8s时火箭的高度。

（2）由中间时刻的瞬时速度等于该段位移的平均速度可求得火箭运动6s时的速度大小。

（3）结合以上两问的结果，由

可求得火箭上升的加速度大小。

9．（6分）（2013山东省临沂市质检）利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h．某小组同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．

A．用刻度尺测出物体下落高度h，用打点间隔数测出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度v．

B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过

计算出瞬时速度v．

C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过

计算得出高度h

D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v．

（1）以上方案中只有一种正确，正确的是。

（填入相应的字母）

（2）在该实验中，有几个注意点，以下描述正确的是。

A．为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上

B．可以选用质量很大的重锤，先用手托住，等计时器通电后再释放重锤

C．只有选第1、第2两打点间隔约2mm的纸带才代表打第1点时的速度为零

D．实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略大于重力势能的减小量

【答案】

（1）D

（2）AC

【解析】

（1）物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，v=gt，v=

，都是自由落体运动的公式．故A、B错误．物体下落的高度是用米尺测量的，不是计算的，故C错误．D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，故D正确．

（2）选项B中重锤质量并不是越大越好，选项D中由于摩擦不可能完全消除，实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略小于重力势能的减小量，AC符合实验要求。

10（2013年1月山西晋中市质检）在用DIS研究小车加速度与外力关系时，某实验小组先用如图甲所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，位移传感器（发射器）随小车一起沿倾斜轨道运动，位移传感器（接收器）固定在轨道一端。

实验中把重物的重力作为拉力F。

改变重物重力重复实验四次，列表记录四组数据。

（1）在坐标纸上作出了小车加速度a和拉力F的关系图线；

（2）从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是：

。

（3）

如果实验时，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，如图乙所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将（填写“变大”、“变小”或“不变”）

答案：

（2）斜面倾角过大（3）变大

解析：

从所得图线可以看出，当拉力F为零时，小车加速度a=1m/s2，说明斜面倾角过大。

实验中把重物的重力作为拉力F，实际上，由于重物向下加速运动，拉力小于重力。

若在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，则小车加速度a和拉力F的关系图线斜率变大。

11．（2013北京市东城区联考）在验证牛顿第二定律的实验中：

图14

（1）某组同学用如图14（甲）所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中不需要和不正确的是______

①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力

②平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动

③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力

④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力

⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源

A．①③⑤B．②③⑤C．③④⑤D．②④⑤

（2）某组同学实验得出数据，画出a-F图14如图（乙）所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是______

A．实验中摩擦力没有平衡

B．实验中摩擦力平衡过度

C．实验中绳子拉力方向没有跟平板平行

D．实验中小车质量发生变化

【答案】

（1）B

（2）B

【解析】

（1）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力；由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，实验时，应先接通打点计时器电源，再放开小车。

（2）图象说明当绳子上拉力为0时，小车的加速度不为0，说明实验中摩擦力平衡过度。

12（18分）（2013广东省增城市调研）

（1）利用如图所示的装置可以做力学中的一些实验，已知交流电的频率为f，小车质量为M，钩码质量为m.

①如果利用它来探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是_____，要使细线的拉力等于钩码的总重量，应该满足的条件是M_____m（填“大于”、“远大于”、“小于”或“远小于”）

②在满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重量，如果利用它来探究外力做功与动能的关系时得到的纸带如图所示.。

.O为小车开始运动打下的第一点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图所示，要探究小车运动的动能定理，要满足一个怎样的关系式__________（用题中的字母符号表示）

③如果利用此装置来验证小车与钩码组成的系统机械能守恒时为尽可能消除摩擦力对小车的影响：

则小车质量和钩码的质量关系应该满足M_____m（填“大于”、“远大于”、“小于”或“远小于”）

答案：

①平衡摩擦力M>>m（或小车质量M远大于钩码质量m）

②mghB=

M

=

③M<

解析：

探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是平衡摩擦力，要使细线的拉力等于钩码的总重量，应该满足的条件是M>>m.

满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重量，如果利用它来探究外力做功与动能的关系时，，要探究小车运动的动能定理，要满足拉力对小车做功等于小车动能的变化。

要满足的关系式是：

mghB=

M

=

。

利用此装置来验证小车与钩码组成的系统机械能守恒时为尽可能消除摩擦力对小车的影响：

则小车质量和钩码的质量关系应该满足M<

13．（9分）（2013山东省泰安市质检）为了测定滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ，某同学设计了如图的实验装置，其中圆弧形滑槽末端与桌面相切。

第一次实验时，滑槽固定于桌面右端，末端与桌子右端M对齐，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的P点；第二次实验时，滑槽固定于桌面左侧，测出末

端N与桌子右端M的距离为L，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的Q点，已知重力加速度为g，不计空气阻力

（1）实验还需要测出的物理量是（用代号表示）：

。

A．滑槽的高度h；

B．桌子的高度H；

C．O点到P点的距离d1；

D．O点到Q点的距离d2；

E．滑块的质量m．

（2）写出动摩擦因数μ的表达式是μ=。

（3）如果第二次实验时，滑块没有滑出桌面，测得滑行距离为x。

则动摩擦因数可表示为μ=。

【答案】见解析

【解析】

（1）还需要测出的物理量是MO的高度H，OP距离d1，OQ距离d2；故应填写BCD。

（2）根据题意，由动能定理可得，

，

，解得

。

（3）根据题意，由动能定理可得

，

，解得

。

14．（2013北京市东城区联考）橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实际都表明

，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。

（1）在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是______．

A．NB．m

C．N/mD．Pa

（2）在一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图15（甲）所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值，首先利用毫米刻度尺测得橡皮筋的长度L=20．00cm，利用测量工具a测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4．000mm，那么测量工具a应该是____。

（3）用如图（甲）所示的装置就可以测出这种橡皮筋的Y值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。

处理数据时，可在图（乙）中作出F-x的图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=______N/m。

（保留两位有效数字）

拉力F（N）

5

10

15

20

25

伸长量x（cm）

1．6

3．2

4．8

6．4

8

（4）这种橡皮筋的杨氏模量Y=______。

（保留一位有效数字）

【答案】

（1）D

（2）螺旋测微器（或千分尺）

（3）3．1×102（4）5×106Pa

【解析】

（1）根据表达式

得：

Y=

已知K的单位是N/m，L的单位m，S的单位是m2，

所以Y的单位是N/m2，也就是Pa，故选D．

（2）测量橡皮筋未受到拉力时的直径用螺旋测微器．

（3）

根据F=k（l-l0）可知，图象的斜率大小等于劲度系数大小，由图象求出劲度系数为

k=3．1×102N/m．（4）根据Y=kL/S求得，Y≈5×106 Pa．

15、（2013云南玉溪一中质检）甲乙两位同学利用穿过打点计时器的纸带来记录小车的运动，打点计时器所用电源的频率为50Hz。

（1）实验后，甲同学选择了一条较为理想的纸带，测量数据后，通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表格所示。

位置编号

0

1

2

3

4

5

时间：

t/s

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

速度：

v/m·s-1

0.42

0.67

0.92

1.16

1.42

1.76

分析表中数据，在误差允许的范围内，小车做______________运动；由于此次实验的原始纸带没有保存，该同学想估算小车从位置0到位置5的位移，其估计算方法如下：

x＝（0.42×0.1＋0.67×0.1＋0.92×0.1＋1.16×0.1＋1.42×0.1）m，那么，该同学得到的位移_________（选填“大于”、“等于”或“小于”）实际位移。

（2）乙同学的纸带如下图，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，每相邻的两计数点间都有四个点未画出。

用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离如图所示（单位：

cm）。

由纸带数据计算可得计数点3所代表时刻的瞬时速度大小v3＝____________m/s，小车的加速度大小a＝____________m/s2。

【答案】

（1）匀变速直线（匀加速直线）；小于

（2）0.33；0.76

【解析】

（1）本题考查了有关数据处理的基础知识．建立坐标、描点，做出v-t图象即可。

（2）利用逐差法可以求出小车的加速度大小，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出点3的瞬时速度大小．

16、（2013云南玉溪一中质检）

（1）一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。

则：

_____弹簧的原长更长，_____弹簧的劲度系数更大。

（填“a”或“b”）

【答案】

（1）b；a

【解析】

（1）根据胡克定律有：

F=k（l-l0），由此可知在F与l图象中，斜率大小等于劲度系数，横轴截距等于弹簧原长，因此有：

b的原长比a的长，劲度系数比a的小．

（2）（2013云南玉溪一中质检）在“验证力的平行四边形定则”的实验中，PO为橡皮筋，OA、OB为带有绳套的两细绳。

①对下列操作和实验现象的叙述正确的是________

A．两细绳的夹角要尽可能地大

B．必须测出两细绳的长度，以便画出力的图示

C．有可能两弹簧测力计的拉力都比橡皮筋的拉力大

D．换用一根弹簧测力计后只需把橡皮筋拉伸到相同长度即可

②在某次实验中，用两弹簧秤拉绳使橡皮筋的一端拉伸到O点，在保持O点位置不变的情况下，下列操作可能实现的有_______

A．保持OA、OB两细线的方向不变，改变两弹簧秤拉力的大小

B．保持OA的方向及A弹簧秤的示数不变，改变B弹簧秤的拉力大小及方向

C．保持弹簧秤A的示数不变，使弹簧秤B的示数减小

D．保持OB细线的方向不变，使弹簧秤A的示数减小

【答案】

（2）①C②CD

【解析】

（2）A项夹角太大误差较大；B项不必要，只需记录细绳的方向、O点位置和弹簧测力计的示数即可；两弹簧测力计的拉力的合力与橡皮筋的拉力大小相等，两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大．故C正确；两次拉橡皮筋时，为了使两次达到效果相同，橡皮筋结点必须拉到同一位置O，故D错误。

利用共点力动态平衡，控制两个力的合力不变，从而可得答案CD正确。

17．（2013云南省玉溪质检）小胡同学在学习了圆周运动的知识后，设计了一个课题，名称为：

快速测量自行车的骑行速度。

他的设想是：

通过计算踏脚板转动的角速度，推算自行车的骑

行速度。

如上图所示是自行车的传动示意图，其中Ⅰ是大齿轮，Ⅱ是小齿轮，Ⅲ是后轮。

当大齿轮Ⅰ（脚踏板）的转速通过测量为n（r/s）时，则大齿轮的角速度是rad/s。

若要知道在这种情况下自行车前进的速度，除需要测量大齿轮Ⅰ的半径r1，小齿轮Ⅱ的半径r2外，还需要测量的物理量是。

用上述物理量推导出自行车前进速度的表达式为：

。

【答案】2πn,车轮半径r3,2πn

【解析】根据角速度ω=2πn得：

大齿轮的角速度ω=2πn。

踏脚板与大齿轮共轴，所以角速度相等，小齿轮与大齿轮通过链条链接，所以线速度相等，设小齿轮的角速度为

ω′，测量出自行车后轮的半径r3，根据v=r3ω′

得：

v=2πn

18．I（2013安徽省名校联考）在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某小组利用如图所示的装置完成实验。

橡皮条的一端C固定在木板上，用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点。

（1）下列叙述正确的是

A．该实验中CO的拉力是合力，AO和BO的拉力是分力

B．两次操作中必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置

C．实验中AO和BO的夹角应尽可能大

D．在实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤的刻度线

（2）对数据处理后得到如图所示的图线，则F与F‘两力中，方向一定沿CO方向的是。

.答案：

（1）BD

（2）F’（各3分）

解析：

（1）AO和BO的拉力与CO的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，A错误；实验中两次拉伸橡皮条，注意将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，以保证两次操作中CO的力是相同的，则选项B正确；如果AO和BO的夹角适当，则两个分力可以将节点拉到O点，相反若夹角过大，则两拉力不一定能将节点拉到O点，所以选项C错误；弹簧秤与木板平行以便保证合力与分力在同一平面内，正对弹簧秤读数可以减小偶然误差，因此D正确。

（2）作出力的图示，完成平行四边形，F是二力用平行四边形定则合成所得，F’是用一个力拉橡皮条时的外力，故一定与OC共线的是F’

19.（8分）（2013山东省即墨市期末）为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图所示的装置，备有下列器材:

打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙.他们称量滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带，让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态.要完成该实验，请回答下列问题:

（1）