高考物理二轮复习 专题14 力学实验押题专练-人教版高三全册物理试题.doc

专题14 力学实验1.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则.实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.如图1所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l).每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：图1F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FO O.图2在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图2所示.用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图3坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm.图3(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N.(3)根据给出的标度，在图4中作出FOA和FOB的合力F的图示.图4(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论.答案(1)见解析图甲10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)见解析图乙(4)FOO解析(1)作出Fl图象，如图甲所示，求得直线的横截距即为l0，可得l010.0 cm (3)FOBFOA1.80 N，两力的合力F如图乙所示.(4)FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F是FOA、FOB两个力的合力，所以通过比较F和FOO的大小和方向，可得出实验结论.2.某同学利用如图6所示的装置验证动能定理.将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸.将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：图6高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h竖直位移y/cm30.015.010.07.56.04.33.83.3(1)表格中空缺的数据应为_.(2)已知木板与斜槽末端的水平距离为x，小球在离开斜槽后的竖直位移为y，不计小球与槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立，则应满足的关系式是_.(3)若仅仅换一形状完全相同，但摩擦不能忽略的斜槽(其余装置、位置均不变)，表格中竖直位移y的数值与上表相比会_(填“变大”“变小”或“不变”).答案(1)5.0(2)H(3)变大解析(1)根据表格中的数据规律可以发现，Hy30h，是个定值，则当H6h时，y5.0 cm.(2)设小球离开斜槽时的速度为v，根据平抛运动的规律得：xvt，ygt2联立得：vx小球在斜槽上滑下过程中，不计小球与槽之间的摩擦，只有重力做功，则有：mgHmv2，解得：H3.某兴趣小组利用如图7所示弹射装置将小球竖直向上抛出来验证机械能守恒定律.一部分同学用游标卡尺测量出小球的直径为d，并在A点以速度vA竖直向上抛出；另一部分同学团结协作，精确记录了小球通过光电门B时的时间为t，用刻度尺测出光电门A、B间的距离为h.已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g，完成下列问题：图7(1)小球在B点时的速度大小为_；(2)小球从A点到B点的过程中，动能减少量为_；(3)在误差允许范围内，若等式_成立，就可以验证机械能守恒(用题目中给出的物理量符号表示).答案(1)(2)mvm(3)ghv解析(1)小球在B点的瞬时速度大小vB.(2)小球从A点到B点，动能的减小量Ekmvmvmvm.(3)重力势能的增加量为mgh，若mghmvm.即ghv，机械能守恒.4.某同学利用图9所示装置，验证以下两个规律：图9两物块通过不可伸长的细绳相连接，沿绳分速度相等；系统机械能守恒.P、Q、R是三个完全相同的物块，P、Q用细绳连接，放在水平气垫桌上.物块R与轻质滑轮连接，放在正中间，a、b、c是三个光电门，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光，整个装置无初速度释放.(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还必需测量的物理量有_；A.P、Q、R的质量MB.两个定滑轮的距离dC.R的遮光片到c的距离HD.遮光片的宽度x(2)根据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，验证表达式为_；(3)若要验证物块R与物块P的沿绳分速度相等，则验证表达式为_；(4)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为_.答案(1)BCD(2)t1t2(3)(4)gH5.在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图10甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，进行多次重复实验.此方案验证机械能守恒定律方便快捷.图10(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d_mm；(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象_；A.ht图象 B.h图象C.ht2图象 D.h图象(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量mv2总是稍小于重力势能减少量mgh，你认为增加释放高度h后，两者的差值会_(填“增大”“缩小”或“不变”).答案(1)17.806(17.80417.808均可)(2)D(3)增大解析(1)螺旋测微器的读数为d17.5 mm30.6×0.01 mm17.806 mm6.在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，小明选择一条较为满意的纸带，如图11甲所示.他舍弃前面密集的点，以O为起点，从A点开始选取纸带上连续点A、B、C，测出O到A、B、C的距离分别为h1、h2、h3.电源的频率为f.图11(1)为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是_.A.选用铁质重锤B.安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直D.重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直(2)打B点时，重锤的速度vB为_.(3)小明用实验测得数据画出的v2h图象如图乙所示.图线不过坐标原点的原因是_.(4)另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2h图线，并与其比较，其中正确的是_.答案(1)ABC(2)(3)打下O点时重锤速度不为零(4)B (2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，B点的瞬时速度vB.(3)图线不过原点，h0时，速度不为零，可知打下O点时重锤速度不为零.(4)不论有无阻力，释放点的位置相同，即初速度为零时，两图线交于同一点，故B正确，A、C、D错误.7.用如图12甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，打点计时器频率为50 Hz，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点.每相邻两计数点之间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示.已知m150 mg，m2150 mg.(结果均保留两位有效数字)图12(1)在纸带上打下计数点5时的速度v_ m/s.(2)在打下第0个点到第5点的过程中系统动能的增量Ek_ J，系统势能减少Ep_ J(当地重力加速度g约为9.8 m/s2)(3)若某同学作出v2h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g_ m/s2.答案(1)2.4(2)0.580.59(3)9.7 (3)本题中根据机械能守恒可知，(m2m1)gh(m1m2)v2，即有：v2gh，所以v2h图象中图象的斜率不表示重力加速度，由图可知，斜率k4.85，故当地的实际重力加速度g9.7 m/s2.8.某学生做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验.实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧伸长的长度x，数据记录如表所示.钩码个数01234567弹力F/N01.02.03.04.05.06.07.0弹簧伸长的长度x/cm02.003.986.027.979.9511.8014.00(1)根据表中数据在图1甲中作出Fx图线；图1(2)根据Fx图线可以求得弹簧的劲度系数为_N/m；(3)估测弹簧弹力为5 N时弹簧的弹性势能为_ J.(4)一位同学做此实验时得到如图乙所示的Fx图线，说明此同学可能出现了哪种错误？_.答案(1)见解析图(2)50(3)0.25(4)已超出了弹簧的弹性限度解析(1)根据描点法可得出对应的Fx图象，如图所示；(2)根据胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数，则可知k N/m50 N/m(3)根据图象的性质以及WFx可知，图象与横坐标围成的面积表示弹力所做的功，根据功能关系可知，等于弹簧的弹性势能，故Ep×5×0.099 5 J0.25 J；(4)由图可知，当力达到某一值时，图象发生了弯曲，说明此时已超出了弹簧的弹性限度.9.用图2甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a.图2(1)关于实验操作，下列说法正确的是_.A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离.已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度vB_ m/s，小车的加速度a_ m/s2.(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_.答案(1)AD(2)0.3160.93(3)随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm.器，故D正确；(2)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为 T5×0.02 s0.1 s.根据xaT2可得：xCExACa(2T)2，小车运动的加速度为a m/s20.93 m/s2B点对应的速度：vB m/s0.316 m/s；(3)随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此图线上端出现弯曲现象.10.如图3所示，利用DIS实验系统探究加速度与力的关系.一端带有定滑轮的长木板调至水平后固定在桌面上，另一端安装位移传感器(接收器)，绕过定滑轮和动滑轮的细线将装有位移传感器(发射器)的小车和力传感器连接起来，动滑轮下挂有质量可以改变的小重物.将位移传感器、力传感器与数据采集器相连，打开计算机中操作软件，放开小车使之运动.不计滑轮、托盘和细线的质量，忽略滑轮与转轴间的摩擦.图3(1)实验中力传感器的示数F与小重物的重力mg的关系为()A.F B.F>C.F< D.无法确定(2)保持小车(含发射器)的质量M不变，改变小重物的质量m，重复进行多次实验.记下每次力传感器的示数F，利用DIS测出每次实验中小车的加速度a，将得到的a、F数据绘制成aF图象.以下图象可能的是()(3)在本实验中不计滑轮的质量，忽略滑轮与转轴间的摩擦，除此之外请写出一种减少实验误差的主要方法：_.答案(1)C(2)A(3)减小小车与长木板之间的摩擦解析(1)小重物做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得：mg2Fma，解得：F<，故C正确. (3)减小小车与长木板之间的摩擦可以减小实验误差.11.某实验小组利用图4所示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：A.挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；B.打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；C.重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤.图4回答下列问题：(1)按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？_(填“是”或“否”)；(2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有_；A.悬挂钩码的总质量mB.长木板的倾角C.两传感器间的距离lD.小车的质量M(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：_.(重力加速度为g)答案(1)否(2)ACD(3)mglMvMv所以要测量悬挂钩码的总质量m、两传感器间的距离l和小车的质量M.12.某实验小组为了探究功与动能变化的关系，利用如图5所示的装置.在竖直墙上的A点安装一个拉力传感器，用不可伸长的柔软轻绳一端与质量为1.00 kg的小球C连接，另一端绕过小滑轮B(可以忽略滑轮大小)与传感器连接，定滑轮B与A等高，BD为水平参考线，测出BC间绳长L0.80 m.实验中，使绳始终处于绷直状态，将小球从距离BD线高h处由静止开始释放，从拉力传感器记录的拉力变化图线中读出拉力的最大值为F.改变h的值，记录下相应的最大拉力F，取HLh，g9.80 m/s2，实验中得到的部分数据如下表所示.图5h/m0.100.200.300.40H/m0.700.600.500.40F/N26.8824.4522.0019.56(1)当H0.60 m时，小球的最大动能为_ J，此过程中外力做功为_ J；(2)实验结论是：_(3)根据实验结论，推导出F与H之间的关系为：_.答案见解析解析(1)根据实验中得到的数据可知，H0.60 m，F24.45 N，小球运动到最低点时，动能最大，受到的拉力最大，在最低点，根据牛顿第二定律得：Fmgm解得：mv25.86 J，此过程中外力做功为Wmg(Lh)1.00×9.80×0.60 J5.88 J.(2)实验结论为在实验误差允许的范围内，外力所做的功等于物体动能的增量.(3)根据实验结论可知，Fmgm，mv2mg(Lh)，解得：FHmg，代入数据得：F24.5H9.8.13.如图6甲所示的装置可以探究外力做功和物体速度变化的关系.光滑斜槽轨道固定在水平桌面上，将斜槽从底端开始分成长度相等的五等份，使ABBCCDDEEF，让小球每次从不同等分点处释放，最后落在水平地面上.图6(1)实验中，若小球从F点释放运动至斜槽水平位置的过程中，重力做的功为W，则小球从B点释放运动至斜槽水平位置的过程中，重力做的功为_.(2)实验中，小球每次在斜槽上运动的长度记作L，小球做平抛运动的水平位移记作x，通过五组数据描点作出的Lx2图象是一条过原点的直线，如图乙所示.设小球运动到斜槽底端时的速度为v，可以判断，外力做功W与_(填v、v2或)成正比，若斜槽的倾角为，小球抛出点距地面的高度为H，则图象的斜率为_(用H、表示).答案(1)(2)v2解析(1)根据几何关系可知，hFA5hBA，对小球从F到A和B到A的两个过程，根据动能定理得：WmghFA，WmghBA，解得：W(2)小球从A点抛出后做平抛运动，下落的高度相等，则运动时间相等，则小球运动到斜槽底端时的速度v时间相等，所以v与x成正比，而根据图象可知，L与x2成正比，所以L与v2成正比，又W与L成正比，故W与v2成正比小球抛出点距地面的高度为H，则运动时间t 根据动能定理得：mgLsin mv2由解得：L则Lx2图象的斜率k.14.某同学利用电火花打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验.气垫导轨装置如图1甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在气垫导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.图1(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把电火花打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图乙所示；测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.完善实验步骤的内容.(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点.通过计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_kg·m/s(保留三位有效数字).(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_.答案见解析解析(1)先接通打点计时器的电源，后释放滑块1；(2)放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后跟滑块2一起做匀速运动，根据纸带的数据得：碰撞前滑块1的动量为p1m1v10.310× kg·m/s0.620 kg·m/s，滑块2的动量为零，所以碰撞前的总动量为0.620 kg·m/s；碰撞后滑块1、2速度相等，所以碰撞后总动量为：(m1m2)v2(0.3100.205)× kg·m/s0.618 kg·m/s.(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用.14.如图2甲为测量重力加速度的实验装置，C为数字毫秒表，A、B为两个相同的光电门，C可以测量铁球两次挡光之间的时间间隔.开始时铁球处于A门的上边缘，当断开电磁铁的开关由静止释放铁球时，数字毫秒表开始计时，落到B门时停止计时，毫秒表显示时间为铁球通过A、B两个光电门的时间间隔t，测量A、B间的距离x.现将光电门B缓慢移动到不同位置，测得多组x、t数值，画出随t变化的图线为直线，如图乙所示，直线的斜率为k，则由图线可知，当地重力加速度大小为g_；若某次测得铁球经过A、B门的时间间隔为t0，则可知铁球经过B门时的速度大小为_，此时两光电门间的距离为_.图2答案2k2kt0kt15.在研究“弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系”实验中，弹簧长度的改变量可利用刻度尺直接测量得到，而弹性势能的大小只能通过物理原理来间接测量.现有两组同学分别按图3甲(让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面)和图乙(让滑块向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使滑块在气垫导轨上向右运动，通过相应的测量仪器可以测出滑块脱离弹簧后的速度)两组不同的测量方案进行测量.请写出图甲方案中弹性势能与小球质量m及图中各量之间的关系Ep_；图乙方案中除了从仪器上得到滑块脱离弹簧后的速度外还要直接测量的量是_；两种设计方案的共同点都是将弹性势能的测量转化为_的测量.图3答案滑块的质量动能16.某同学用如图4甲所示的装置测滑块与长木板间的动摩擦因数，将木板水平固定在桌面上，木板左端固定挡板上连接一轻质弹簧，长木板上A、B两点安装有光电门，滑块放在长木板上，靠近轻质弹簧.图4(1)用游标卡尺测出挡光片的宽度，读数如图乙所示，则挡光片的宽度d_ mm.(2)在滑块上装上挡光片，用手推动滑块向左移动压缩弹簧，将弹簧压缩到适当的程度松手，滑块在弹簧弹力的作用下向右滑去，滑块离开弹簧后分别通过A、B两点的光电门，与光电门相连的计时器分别记录下滑块上挡光片通过A、B两点光电门的时间t1和t2，则滑块通过A点的速度为_，通过B点的速度为_(用物理量的字母表示).(3)通过改变滑块压缩弹簧的程度大小进行多次实验，测出多组滑块通过A点和B点的速度vA和vB，作出vv图象，若图象与v轴的交点为a，重力加速度为g，要求出动摩擦因数，还需要测出_，若此需要测出的物理量用x表示，则滑块与长木板间的动摩擦因数为_(用题中给出的字母表示).答案(1)2.60(2)(3)AB间的距离解析(1)主尺读数为2 mm，游标尺读数为12，由图知该游标尺为二十分度的卡尺，精度为0.05 mm，故测量结果为：d2 mm12×0.05 mm2.60 mm.