高考物理二轮复习专题能力训练14 力学实验.docx
《高考物理二轮复习专题能力训练14 力学实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理二轮复习专题能力训练14 力学实验.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高考物理二轮复习专题能力训练14力学实验
专题能力训练14 力学实验
1．【2017·新课标Ⅱ卷】某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。
使用的器材有：
斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。
实验步骤如下：
①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；
②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；
③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，
表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出
；
④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；
⑤多次重复步骤④；
⑥利用实验中得到的数据作出
–∆t图，如图（c）所示。
完成下列填空：
（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则
与vA、a和∆t的关系式为
=。
（2）由图（c）可求得，vA=cm/s，a=cm/s2。
（结果保留3位有效数字）
2．【2017·新课标Ⅲ卷】某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。
将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。
（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。
测力计的示数如图（b）所示，F的大小为_______N。
（2）撤去
（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。
此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N。
（i）用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合；
（ii）F合的大小为_______N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。
3．【2017·天津卷】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。
①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。
A．重物选用质量和密度较大的金属锤
B．两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．精确测量出重物的质量
D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。
纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。
重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有____________。
A．OA、AD和EG的长度B．OC、BC和CD的长度
C．BD、CF和EG的长度D．AC、BD和EG的长度
4．【2017·江苏卷】利用如题10–1图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．
（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到
_____________________．
（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题10–2图所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离
，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s．
（3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80m/s，利用W=mg
算出拉力对小车做的功W．利用
算出小车动能，并求出动能的变化量
．计算结果见下表．
2.45
2.92
3.35
3.81
4.26
2.31
2.73
3.12
3.61
4.00
请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出
图象．
（4）实验结果表明，
总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________N．
5．【2016·全国新课标Ⅱ卷】（6分）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）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，由静止释放物快，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
（1）试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（b）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试验中物块脱离弹簧时的速度为_______m/s。
比较两纸带可知，_________（填“M”或“L”）纸带对应的试验中弹簧被压缩后的弹性势能大。
6.如图甲所示,在研究弹力和弹簧伸长量的关系时,把弹簧上端固定在横梁上,下端悬吊不同重力的砝码,用刻度尺测量弹簧的长度,把弹簧的伸长量Δx和弹簧弹力F的关系在F-Δx坐标系中描点如图乙所示。
甲
乙
（1）从坐标系中的实验数据可知,该弹簧的劲度系数是 （精确到两位有效数字）。
（2）关于实验注意事项,以下哪项是没有必要的?
（填入字母序号） 。
A.悬吊砝码后,在砝码静止后再读数
B.尽量减小弹簧和横梁之间的摩擦
C.弹簧的受力不超过它的弹性限度
7.某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。
物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。
从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。
打点计时器电源的频率为50Hz。
甲
乙
（1）通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。
（2）计数点5对应的速度大小为 m/s,计数点6对应的速度大小为 m/s。
（保留三位有效数字）
（3）物块减速运动过程中加速度的大小为a= m/s2,若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度）,则计算结果比动摩擦因数的真实值 （选填“偏大”或“偏小”）。
8.为了测量木块与木板间动摩擦因数,某小组使用位移传感器设计了如图甲所示的实验装置,让木块从倾斜木板上一点A由静止释放,位移传感器可以测出木块到传感器的距离。
位移传感器连接计算机,描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t变化规律,如图乙所示。
（1）根据上述x-t图,计算0.3s时木块的速度v=
m/s,木块加速度a= m/s2;（以上结果均保留两位有效数字）
（2）若知道木板的倾角为θ,则木块与木板的动摩擦因数μ= （所有量用字母表示,已知当地的重力加速度为g）。
（3）为了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度,下列措施可行的是 。
A.A点与传感器距离适当大些
B.木板的倾角越大越好
C.选择体积较小的实心木块
D.传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻
9.
（1）下图螺旋测微器的读数为 mm。
图中游标卡尺的读数是 cm。
（2）用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。
m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。
下图给出的是实验中获取的一条纸带:
0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出）,计数点间的距离如图所示。
已知m1=50g、m2=150g,则（结果均保留两位有效数字）
①在纸带上打下计数点5时的速度v= m/s。
②在打下点“0”到点“5”过程中,系统动能的增量ΔEk= J,系统势能的减少量ΔEp= J（计算时g取10m/s2）。
由此得出的结论:
。
③若某同学作出
-h图象如图,则当地的重力加速度g= m/s2。
10.某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则,设计了如图所示的实验装置,固定在竖直木板上的量角器的直边水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处,另一端系绳套1和绳套2。
（1）主要实验步骤如下:
①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,记下弹簧测力计的示数F;
②弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O点,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,记下弹簧测力计的示数F1;
③根据力的平行四边形定则计算此时绳套1的拉力F1'= ;
④比较 ,即可初步验证;
⑤只改变绳套2的方向,重复上述实验步骤。
（2）保持绳套2方向不变,绳套1从图示位置向下缓慢转动90°,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是 。
A.逐渐增大
B.先增大后减小
C.逐渐减小
D.先减小后增大
11.下图为一弹簧弹射装置,在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧,弹簧压缩并锁定,在金属管两端各放置一个金属小球1和2（两球直径略小于管径且与弹簧不固连）。
现解除弹簧锁定,两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。
然后按下述步骤进行实验:
①用天平测出两球质量m1、m2;
②用刻度尺测出两管口离地面的高度h;
③记录两球在水平地面上的落点P、Q。
回答下列问题:
（1）要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需测量的物理量有 。
（已知重力加速度g）
A.弹簧的压缩量Δx
B.两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2
C.小球直径
D.两球从管口弹出到落地的时间t1、t2
（2）根据测量结果,可得弹性势能的表达式为Ep= 。
（3）由上述测得的物理量来表示,如果满足关系式 ,就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。
12.在探究动能定理的实验中,某实验小组组装了一套如图甲所示的装置,拉力传感器固定在小车上,一端与细绳相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。
穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接,打点计时器打点周期为T,实验的部分步骤如下:
甲
（1）平衡小车所受的阻力:
不挂钩码,调整木板右端的高度,用手轻推小车,直到打点计时器在纸带上打出一系列 的点。
（2）测量小车和拉力传感器的总质量m,按图组装好仪器,并连接好所需电路,将小车停在打点计时器附近,先接通拉力传感器和打点计时器的电源,然后 ,打出一条纸带,关闭电源。
（3）在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙所示,在纸带上按打点先后顺序依次取O、A、B、C、D、E等多个计数点,各个计数点到O点间的距离分别用hA、hB、hC、hD、hE、…表示,则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为 ,若拉力传感器的读数为F,计时器打下A点到打下D点过程中,细绳拉力对小车所做功的表达式为 。
乙
（4）某同学以A点为起始点,以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标,以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标,得到一条过原点的倾角为45°的直线,由此可以得到的结论是 。
13．（2017·北京卷）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．
（1）打点计时器使用的电源是_________（选填选项前的字母）．
A．直流电源B．交流电源
（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_______（选填选项前的字母）．
A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量
在不挂重物且________（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车．若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．
A．计时器不打点B．计时器打点
（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图2所示．
实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝_______，打B点时小车的速度v＝________.
（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2–W图像．由此图像可得v2随W变化的表达式为________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________．
（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2–W关系的是________．
14．（2017·泰州调研）有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题：
（1）改变钩码个数，实验能完成的是________．
A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4
B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4
C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4
D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是________．
A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C．用量角器量出三段绳子之间的夹角
D．用天平测出钩码的质量
（3）在作图时，你认为图示中________是正确的．（填“甲”或“乙”）
15．（2017·三明模拟）某同学设计了如下实验方案用来“验证牛顿运动定律”：
（1）如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，把滑块通过细绳与带夹的重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下夹一纸带，穿过打点计时器．调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动．
（2）如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之由静止开始加速运动．打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，打出的纸带如图丙所示，A,B,C，D，E是纸带上五个计数点．
①图乙中滑块下滑的加速度为________．（结果保留两位有效数字）
②若重锤质量为m，滑块质量为M，重力加速度为g，则滑块加速下滑受到的合力为________．
③某同学在保持滑块质量不变的情况下，通过多次改变滑块所受合力，由实验数据作出的a－F图象如图丁所示，则滑块的质量为________kg.（结果保留两位有效数字）
参考答案
1.【答案】
（1）
（2）52.116.3（15.8~16.8）
【考点定位】匀变速直线运动的规律
【名师点睛】此题主要考查学生对匀变速直线运动的基本规律的运用能力；解题时要搞清实验的原理，能通过运动公式找到图象的函数关系，结合图象的截距和斜率求解未知量。
2.【答案】
（1）4.0
（2）（i）如图（ii）4.00.05
【考点定位】验证力的平行四边形定则
【名师点睛】验证力的平行四边形定则中的作图法要注意标明：
力的标度、刻度、方向箭头、大小和物理量名称。
3.【答案】①AB②BC
由EG的长度长度可求出打F点的速度vF，打O点的速度v1=0，但求不出OF之间的距离h，故A错误；由BC和CD的长度长度可求出打C点的速度vC，打O点的速度v1=0，有OC之间的距离h，可以用来验证机械能守恒定律，故B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打BCF三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故D错误。
【考点定位】实验——验证机械能守恒定律
【名师点睛】本题的难点是对实验原理的理解。
4.【答案】
（1）小车做匀速运动
（2）0.228（3）如图所示（4）0.093
【解析】
（1）小车能够做匀速运动，纸带上打出间距均匀的点，则表明已平衡摩擦；
（2）相临计数点间时间间隔为T=0.1s，
；（3）描点画图，如图所示。
；
【考点定位】探究恒力做功与物体动能变化的关系
【名师点睛】本题中的计算，要当心数据的单位、有效数字的要求．用整体法、隔离法，根据牛顿第二定律求绳上的拉力，题目比较常规，难度不大．
5.【答案】
（1）④①③②
（2）1.29M
【考点定位】探究弹簧的弹性势能
【名师点睛】此题是创新实验，考查探究弹簧的弹性势能实验；关键是弄懂装置的原理，并能正确地处理实验数据；题目比较简单，考查考生处理基本实验的能力。
6.答案
（1）1.2×102N/m或1.3×102N/m
（2）B
解析
（1）由胡克定律F=k·Δx知F-Δx图象中的斜率即劲度系数。
（2）胡克定律只在弹性限度内才成立;实验时应在砝码静止、形变量稳定时读数;弹簧和横梁之间的摩擦力对本实验没有影响。
7.答案
（1）6 7（或7 6）
（2）1.00 1.20
（3）2.00 偏大
解析
（1）由纸带上各点间距可以看出,6、7两点间距离最大,在计数点6之前,连续相等的时间内位移差Δx=2.00cm,而6、7两计数点间位移与前一段位移之差Δx'=x67-x56<2.00cm。
故物块在两相邻计数点6和7之间开始减速。
（2）根据v5=
可得
v5=m/s
=1.00m/s,
从点2到点6段的加速度a=
=2.01m/s2,
v6=v5+aT=1.20m/s。
（3）物块在6、7点间加速度变化,减速过程加速度大小有a'=
=2.00m/s2,
重物落地后,滑块向前运动时除受物块与桌面之间摩擦力作用外,纸带和限位孔之间也存在摩擦力作用,即μmg+F阻=ma,μ=
故利用μ=计算出的动摩擦因数比真实值偏大。
8.答案
（1）0.80 4.0
（2）
（3）AC
解析
（1）由图象知,在第1个0.1s内,木块的位移为0,在第2个0.1s,木块的位移x2=（42-40）cm=2cm,经第3个0.1s,木块的位移x3=（40-34）cm=6cm,经第4个0.1s,木块的位移x4=（34-24）cm=10cm,0.3s时木块的速度v=
=0.80m/s;由Δx=aT2解得a=
=4.0m/s2。
（2）根据牛顿第二定律,有mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得μ=
。
（3）A点与传感器距离适当大些,可提高长度的测量精度,提高加速度的测量精度,从而提高动摩擦因数的测量精度,选项A正确;而木板的倾角过大,则运动时间过短,选项B错误;体积较小的实心木块受到的空气阻力较小,测量结果较准确,选项C正确;传感器开始计时的时刻可从任意位置,选项D错误。
9.答案
（1）5.670 1.050
（2）①2.4 ②0.58 0.60 在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒 ③9.7
解析
（1）5.5mm+17.0×0.01mm=5.670mm,注意读可动刻度时要估读一位;游标卡尺读数1cm+10×0.05mm=1.050cm。
（2）由瞬时速度与平均速度的关系式v5=
=2.4m/s,ΔEk=（m1+m2）
=0.58J,重物m1上升h5=60.00cm=0.60m,重物m2下降0.60m,系统重力势能的减小量ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.60J。
在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。
由上述分析可得系统机械能守恒表达式（m1+m2）v2=（m2-m1）gh,得
gh,可知图线的斜率k=
g==4.85,解得g=9.7m/s2。
10.答案
（1）
F1和F1'
（2）D
解析
（1）根据平行四边形定则计算绳套1的拉力F1'=Ftan30°=
通过比较F1和F1',在误差范围内相同,则可初步验证。
（2）绳套1在转动过程中,合力保持不变,根据平行四边形定则画出图象,如图所示:
根据图象可知,绳套1的拉力大小先减小后增大,故D正确。
11.答案
（1）B
（2）
（3）m1x1=m2x2
解析
（1）根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能等于两球得到的初动能之和,而要求解初动能必须还要知道两球弹射的初速度v0,由平抛运动规律可知v0=
故还需要测出两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2;
（2）小球被弹开时获得的动能Ek=
故弹性势能的表达式为Ep=m1
m2
;
（3）如果满足关系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。
12.答案
（1）间距相等
（2）释放小车
（3）
F（hD-hA） （4）外力所做的功等于物体动能的变化量
解析
（1）当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时,小车做匀速直线运动,受力平衡。
（2）在组装好实验装置的基础上,进行实验时应先接通电源,再释放小车。
（3）D点的瞬时速度等于CE段的平均速度,即vD=
故打下D点时的动能为EkD=
;拉力对小车做的功为W=F（hD-hA）。
（4）因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45°,可得出方程式ΔEk=W,故可得结论:
外力所做的功等于物体动能的变化量。
13．解：
（1）打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源．
（2）平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求．
（3）由做功公式知：
W＝mgx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知，B点速度等于AC段的平均速度，vB＝
.
（4）根据图线，关系式写为v2＝kW＋b，在直线上取两点，如（1.4×10－2，0.07）（8×10－2，0.38），代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2＝4.7W.把功的单位用基本单位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg－1，故与图线斜率有关的物理量应是质量．
（5）若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，
由mg＝（M＋m）a和F＝Ma
知F＝
mg，
由动能定理得：
mv2＝Fx，v2＝
x＝
x，
升级会员 