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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