版高考物理二轮重点讲练专题六 力学实验 专题强化训练.docx
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版高考物理二轮重点讲练专题六力学实验专题强化训练
1．（2015·济南二模）游标为20分度（测量值可准确到0.05mm）的卡尺示数如图所示，两测脚间狭缝的宽度为________mm.
答案 0.15
解析 游标卡尺的主尺读数为0mm，游标读数为0.05×3＝0.15mm，所以最终读数为：
0mm＋0.15mm＝0.15mm.
命题立意 本题旨在考查游标卡尺的使用
2．下面几个实验都用到了打点计时器或电火花计时器：
①运用装置甲完成“探究功与速度变化的关系”实验
②运用装置乙完成“验证机械能守恒定律”实验
③运用装置丙可以完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验
④运用装置丙可以完成“探究加速度与力、质量的关系”实验
（1）运用装置丙完成“探究小车速度随时间变化的规律“实验是否需要平衡摩擦阻力？
________（填“是”或“否”）
（2）如图丁为某同学在一次实验中打出的一条纸带的部分，若所用电源的频率为50Hz，图中刻度尺的最小分度为1mm，请问该条纸带是以上四个实验哪一个实验时得到的？
_____________（填实验的名称）
（3）由如图丁的测量，打C点时纸带对应的速度为__________m/s（保留三位有效数字）．
答案
（1） 否
（2）验证机械能守恒实验 （3）1.53（1.50－1.56）
3.
（2015·浙江绍兴）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（a）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）
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
1/k（m/N）
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（b）给出的坐标纸上画出
－n图像．
（3）图（b）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.
答案
（1）①81.7 ②0.0122
（2）
n图像见解析图
（3）
解析 根据胡克定律解题．
（1）根据胡克定律有mg＝k（x－x0），
解得k＝
＝
N/m≈81.7N/m，
≈0.0122.
（2）
n图像如图所示
（3）根据图像可知，k与n的关系表达式为k＝
，k与l0的关系表达式为k＝
.
4．（2015·盐城1月检测）某实验小组为探究加速度与力之间的关系设计了如图（a）所示的实验装置，用钩码所受重力作为小车所受的拉力，用DIS（数字化信息系统）测小车的加速度．通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图（b）所示．
（1）图线________是在轨道水平的情况下得到的．（选填“①”或“②”）
（2）小车和位移传感器发射部分的总质量为________kg，小车在水平轨道上运动时受到的摩擦力大小为________N.
答案
（1）②
（2）0.5 1
解析
（1）轨道水平时一定受到摩擦力．②为未平衡摩擦力时的图线，所以②为轨道水平时的图线．
（2）当木板水平时，由牛顿第二定律，可知a＝
－μg，图线②与a轴的交点表示－μg，所以μg＝2；图线与F轴的交点等于μmg，摩擦力大小为1N，小车和位移传感器发射部分的总质量m＝0.5kg.
5．（2015·福建模拟）为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图甲所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量．（滑轮质量不计）
①实验时，一定要进行的操作是________．（不定项）
A．用天平测出砂和砂桶的质量．
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力．
C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数．
D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带．
E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
②该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2（结果保留三位有效数字）．
答案 ①BCD ②1.37
6．（2015·新课标全国Ⅱ）某学生用图甲所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数．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5个连续点之间的距离．
（1）物块下滑是的加速度a＝________m/s2；打点C点时物块的速度v＝________m/s；
（2）已知重力加速度大小为g，求出动摩擦因数μ，还需测量的物理量是________（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
答案
（1）3.25 1.79
（2）C
解析
（1）根据纸带数据可知：
加速度a＝
＝3.25m/s2；打点C点时物块的速度vC＝
＝1.79m/s
（2）由牛顿第二定律，得加速度a＝gsinθ－μgcosθ，所以求出动摩擦因数，还需测量的物理量是斜面的倾角．
命题立意 测量物块与斜面的动摩擦因数
7．（2015·广东）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：
按图甲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图乙和丙是实验获得的两条纸带，应选取________（填“甲”或“乙”）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________．
答案 ①靠近 先接通电源 待打点稳定后释放纸带 ②乙 纸带与打点计时器间存在摩擦阻力
命题立意 研究匀变速直线运动实验和验证机械能守恒定律实验改编
8．（2015·福建）
（1）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．
①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm，图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；
②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________；（填选项前的字母）
A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________．
答案 6.93cm A 钩码重力超过弹簧弹力范围
解析 由乙图知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长14.66－7.73＝6.93cm；若随意增减砝码，会作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码；由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧弹力范围．
9．（2015·北京西城区二模）图甲所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图．
（1）下面列出了一些实验器材：
电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺．除以上器材外，还需要的实验器材有：
__________.
A．秒表B．天平（附砝码）
C．低压交流电源D．低压直流电源
（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力：
小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器．把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________运动．
（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是__________．这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变．
（4）如图乙所示，A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，B、C间的距离为x2，则小车的加速度a＝________.已知T＝0.10s，x1＝5.90cm，x2＝6.46cm，则a＝________m/s2（结果保留2位有效数字）．
（5）在做实验时，该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其他阻力．在处理数据时，他以小车的加速度的倒数
为纵轴，以小车和车上砝码的总质量M为横轴，描绘出
－M图像，图丙中能够正确反映
－M关系的示意图是__________．
答案
（1）BC
（2）匀速直线 （3）M≫m
（4）
、0.56 （5）C
解析
（1）本实验还需要天平来测量小车和砝码、砂和砂桶的质量；由于选用的是电磁打点计时器，所以还需要低压交流电源，故选BC项；
（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，所以需把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动；（3）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＝
，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；（4）由Δx＝aT2，得a＝
＝
，代入数据，解得
a＝
＝
m/s2＝0.56m/s2
（5）该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其他阻力，在处理数据时，他以小车的加速度的倒数
为纵轴，以M为横轴，随质量增大，
减小，故选C项．
命题立意 本题旨在考查验证牛顿第二运动定律
10．某同学利用图（a）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（b）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________（填“线性”或“非线性”）关系．
（2）由图（b）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________________________．
答案
（1）非线性
（2）存在摩擦力 （3）调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车的质量
解析
（1）根据该同学描绘的加速度和钩码质量的图像是一条曲线而不是直线，所以是非线性关系．
（2）根据图（b）可知当钩码有一定质量，即细线有一定拉力时，小车加速度仍等于0，说明小车合力等于0，所以可能除拉力外小车还受到摩擦力作用．（3）实验改进部分有两个要求，第一个就是图像不过原点，需要平衡摩擦力，所以调整轨道倾斜度，第二个就是图像是曲线，因为小车的合力即细线拉力并不等于钩码的重力，而加速度a＝
，所以要近似为直线，就要求钩码的质量远小于小车的质量，k＝
近似为常量．
11．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．
答案
（1）4.30
（2）物块加速度小于g
＝5.88m/s2（或：
物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度）
解析
（1）频闪照相中相邻影像点的时间间隔相等，利用逐差法求物块的加速度a＝
＝4.30m/s2.
（2）若物块沿光滑斜面下滑，对其受力分析，由牛顿第二定律可得a′＝g
＝5.88m/s2，由物块加速度a小于物块沿光滑斜面下滑的加速度a′，可知斜面是粗糙的．
12．图（a）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
；
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（b）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、
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________（填“偶然误差”或“系统误差”）．
答案
（1）0.960
（2）
（3）
（4）系统误差
解析
（1）游标卡尺读数为9mm＋12×0.05mm＝9.60mm＝0.960cm
（2）由v
－v
＝2as，vA＝
，vB＝
，联立a＝
（3）设细线的张力为T，对M有T－μMg＝M
对m有mg－T＝m
联立两式得μ＝
（4）细线没有调整到水平，造成张力T不水平，若此时以T水平来分析计算，会造成测量值总是偏大或偏小，这种由于实验操作造成的误差，属于系统误差．
13．（2015·吉林三模）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm.
（2）滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．
（3）某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp则可认为系统的机械能守恒．
（4）在上次实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2－d图像如图丙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2.
答案
（1）3.85mm
（2）
（3）
、（m－
）gd （4）9.6
解析
（1）宽度b的读数为：
3mm＋17×0.05mm＝3.85mm；
（2）由于光电门的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门B速度为：
vB＝
；
（3）滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为ΔEk＝
（M＋m）（
）2＝
系统的重力势能减少量可表示为：
ΔEp＝mgd－Mgdsin30°＝（m－
）gd
比较ΔEp和ΔEk，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．
（4）根据系统机械能守恒有：
（M＋m）v2＝（m－
）gd
则v2＝2×
gd
若v2－d图像，则图线的斜率：
k＝2×
由图像可知：
k＝
则有g＝
×
代入数据解得g＝9.6m/s2
命题立意 本题旨在考查验证机械能守恒定律
14．（2015·枣庄八中模拟）某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图1所示的装置：
水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，保持轨道和细线水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动实现平衡摩擦力．
（1）该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？
（回答“是”或“否”）
（2）实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l，如图2所示，则l＝________mm；
（3）实验获得以下测量数据：
小车（含传感器和挡光板）的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0，挡光板的宽度l，光电门1和光电门2的中心距离x，某次实验过程：
力传感器的读数F，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1、t2.小车通过光电门2后砝码盘才落地，重力加速度为g.该实验对小车需验证的表达式是_______________________________（用实验中测出的物理量表示）．
答案
（1）否
（2）5.50
（3）Fx－m0gx＝
M[（
）2－（
）2]
分析
（1）当用砝码盘和砝码的重力表示绳子的拉力时，要满足砝码和砝码盘的总质量要远小于小车的质量．该实验绳子的拉力通过传感器测出，不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
（2）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．（3）该实验需验证小车所受合力做的功是否等于小车动能的变化量，结合极短时间内的平均速度表示瞬时速度得出通过光电门的速度，抓住平衡摩擦力时摩擦力与砝码的重力相等得出摩擦力的大小，从而得出需验证的表达式．
解析
（1）因为小车的拉力可以通过传感器测量，不需要用砝码盘和砝码的总重力表示，
所以不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
（2）游标卡尺的主尺读数为5mm，游标读数为0.05×10mm＝0.50mm，则最终读数为5.50mm.
（3）小车通过光电门1、2的瞬时速度分别为
v1＝
，v2＝
小车动能的增加量为
Mv
－
Mv
＝
M[（
）2－（
）2]
合力做功为：
Fx－fx＝Fx－m0gx
所以验证的表达式为Fx－m0gx＝
M[（
）2－（
）2]
命题立意 本题旨在考察探究功与速度变化的关系
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