高考物理一轮复习专题五高考物理实验第11讲力学实验提升训练.pdf

小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学第 11 讲力学实验专题提升训练1.(2015盐城市高三模拟)(1)小明同学到实验室去做“验证力的平行四边形定则”的实验时看见实验桌上有一把20 分度的游标卡尺，他立即用游标卡尺测量了钢笔套的长度，如图 1 所示，则钢笔套的长度为_mm。图 1(2)随后小明开始做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套，如图 2 甲所示。先用两个弹簧测力计钩住细绳套，互成角度拉橡皮条使之伸长，结点到某一位置O，此时记下两个弹簧测力计的读数F1和F2和两细绳的方向。请完成下列问题：F1的读数如图乙所示(只画出了弹簧测力计的一部分)，则F1_N。图 2 小明再用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条位长，应该使结点拉到_，记下弹簧测力计的读数，并记下_。在本实验中，若保持F1和F2的大小不变，则关于这两个力的合力的说法中正确的是()A.合力F的大小随F1与F2夹角的增大而增大B.F1和F2的夹角在0到 180之间时，夹角越小，合力F越大C.F1或F2的大小总是小于合力F的大小D.合力F的大小不一定大于F1或F2的大小解析(1)由题图甲，游标尺上的第11 条刻线与主尺上21 mm刻线对齐，且游标尺为20分度，故钢笔套的长度为10 mm 0.5 11 mm 10.55 mm。(2)弹簧测力计的最小格为0.1 N，需向下一位估读，读数为1.23 N。合力与两个分力的作用效果相同，故两次将橡皮条应拉至同一位置O；力是矢量，应同时记录力的大小和方向。F1与F2大小不变时，两力的夹角越小，合力越大，选项A错误，选项B正确；合力与分力是等效替代的关系，小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学但合力不一定大，分力也不一定小，选项C错误，选项D正确。答案(1)10.55(2)1.22 1.24 同一位置O细绳的方向BD2.(2015浙江理综，21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。图 3(1)图 3 中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_；乙同学需在图中选用的器材_。(用字母表示)图 4(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图4 所示的两条纸带和。纸带_的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小为_。解析(1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即A、B；“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以小车为研究对象，需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即B、D、E。(2)纸带相邻相等时间位移之差x10.1 cm，而纸带的x20.05 cm，由axT2可知纸带加速度大，且可算得axT20.1 1020.022 m/s22.5 m/s2。答案(1)AB BDE(2)(2.5 0.2)m/s23.(2015金丽衢十二校高三联考)用如图 5 所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对图中纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学图 5(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步骤是_。(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图6 所示。使用电流的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a_。(用s1、s2、s3、s4及f表示)(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小。若已知当地重力加速度为g。还需要测量的物理量是_，试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中AE段受到的平均阻力大小F_。图 6 解析(1)步骤 C 不必要，重锤的质量不需要测量，因为等式mgh12mv2两边把质量约掉了；打点计时器使用的是低压交流电源，所以步骤B是错误的。(2)为了减小实验误差，可以采用逐差法求加速度，有：s4s22at2，s3s12at2由以上两式得a（s3s4s1s2）f24；(3)由牛顿第二定律mgFma可知，要测阻力的大小，还要测重锤的质量m，将加速度小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学表达式代入，即得Fmg（s3s4s1s2）f24。答案(1)C B(2)（s3s4s1s2）f24(3)重锤的质量m mg（s3s4s1s2）f24 4.在“探究物体运动加速度与外力关系”实验中，(1)某些同学不能得到当小车的质量一定时加速度a与作用力F成正比的正确图线，而是得出下列图线，请分别说出得到图中A、B、C三种图的原因。得到A图的原因是 _；得到B图的原因是 _；得到C图的原因是 _。(2)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图7 所示，请你指出该装置中的错误或不妥之处(只需指出二处错误或不妥之处)_ _。图 7(3)如图 8 为某同学实验中获得的一条纸带，A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s_ cm；C点对应的速度是vC _ m/s；加速度是a_m/s2(计算结果保留两位有效数字)。图 8 解析(1)A图与纵轴有交点，说明没有拉力时就产生了加速度，即平衡摩擦力时木板抬起角度偏大；B图与横轴有交点，说明拉力小时没有加速度，拉力增大到一定值时才有加速度，说明平衡摩擦力时木板抬起角度偏小；C图虽过原点但力F大时发生弯曲，不满足正比关系，即悬挂砂和砂桶的质量偏大，不满足m?M，不能忽略砂和砂桶的质量；(2)实验电源应该是46 V 交流电；小车应停靠在打点计时器附近；应该抬起木板右端用来平小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学衡摩擦力；(3)由图象可读出AB之间的距离s0.70 cm；由于相邻计数点间有四个点没有画出，所以相邻计数点间的时间间隔T0.1 s，而C点的速度vCxBD2T 0.1 m/s；根据加速度一定时物体在连续相等的时间间隔内的位移之差为一恒量，即aT2xCDxBC，得a0.20 m/s2。答案(1)平衡摩擦力时木板抬起角度偏大平衡摩擦力时木板抬起角度偏小悬挂砂和砂桶的质量偏大，不满足m?M(2)电源应该是46 V交流电；小车应该停靠在打点计时器附近；没有抬起木板右端用来平衡摩擦力。(3)0.70 0.10 0.20 5.为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动，某同学设计了如图9 甲所示的实验，由静止释放小车，小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动，打点计时器打下的纸带如图乙所示。0 计数点为打下的第一个点，该同学在测出计数点2、3、4 到起点 0 的距离x1、x2、x3后，将纸带由图示位置剪断，将每段纸带的下端对齐，依次并排粘贴在直角坐标系中，连接各段纸带上端的中点画光滑曲线如图10 所示。对该实验结果的研究可知：图 9(1)在有橡皮条弹力作用时，小车做加速度_的运动。图 10 A.不断减小B.不断增大C.先增大后减小D.先减小后增大(2)小车的最大速度出现在计数点_、_之间，设打点周期为T，则由纸带小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学测量数据可估算小车的最大速度vm_，该估算值 _(选填“等于”、“大于”或“小于”)小车最大速度的真实值。解析(1)依题意，图10 可看作vt图象，由图中曲线可知，小车速度达到最大后做减速运动，说明小车与桌面间有摩擦力，因此小车的加速度aFFfm。在橡皮条弹力F的作用下，小车向左运动，橡皮条伸长量减小，弹力减小，当弹力F减小到等于摩擦力Ff时，加速度为零，此时橡皮条仍然处于伸长状态，之后由于弹力小于摩擦力小车做减速运动，在弹力为零后小车只受摩擦力而做匀减速运动，图线为直线。故在橡皮条弹力作用下，小车先加速后减速，加速度先减小后反向增大，D选项正确。(2)在相同时间T内，速度越大，位移越大，因此小车的最大速度出现在位移大的一段，即计数点2、3 之间。最大速度接近并大于计数点2、3 之间的平均速度，可以用vmx2x1T来估算。答案(1)D(2)2 3 x2x1T小于6.(2015新课标全国卷，22)某同学用图11(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。图 11(1)物块下滑时的加速度a_ m/s2，打C点时物块的速度v_ m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号)。A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角解析根据纸带数据可知，小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学加速度a（xCDxDE）（xABxBC）4T23.25 m/s；打C点时物块的速度vCxBD2T1.79 m/s(2)由牛顿第二定律得加速度agsin gcos，所以要求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是斜面的倾角。答案(1)3.25 1.79(2)C 7.某同学用如图12 甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。(1)实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列_的点，说明小车在做 _运动。图 12(2)如果该同学先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到13M，测小车加速度a，作aF的图象。下列图线正确的是_。(3)设纸带上计数点的间距为s1和s2。如图 13 为用米尺测量某一纸带上的s1、s2的情况，从图中可读出s13.10 cm，s2_cm，已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a_m/s2。图 13 解析(1)当打点计时器在纸带上打出一系列均匀分布的点迹时，说明小车做匀速直线运动。(2)设砂和砂桶的总质量为m，绳的拉力为FT，由牛顿第二定律对小车得FTMa，对砂和砂桶得mgFTma，当m较大时，FTmg，则aFTMFM，故 C项正确。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学(3)s29.60 cm 4.10 cm 5.50 cm as2s1（5T）2（5.50 3.10）1020.12m/s22.40 m/s2答案(1)点迹均匀匀速(2)C(3)5.50 2.40