高考物理 母题题源系列 专题17 力学实验（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

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1、专题17 力学实验【母题来源一】 2017年北京卷【母题原题】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

2、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v2W图象。由此图象可得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

3、条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2W关系的是_。【答案】（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=（4.55.0） kg1 质量（5）A（4）由图3可知，图线斜率k4.7 kg1，即v2=4.7 kg1W；设小车质量为M，根据动能定理有，变形得，即k=，因此与图线斜率有关的物理量为质量。（5）若m不满足远小于M，则由动能定理有，可得，v2与W仍然成正比关系，选A。【名师点睛】实验总存在一定的误差，数据处理过程中，图象读数一样存在误差，因此所写函数表达式的比例系数在一定范围内即可；第（5）问有一定的迷惑性，应明确写出函数关系，再进行判断。【母题来源二】 2017年新课标

4、卷【母题原题】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1 mm）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=4.2 N和F2

5、=5.6 N。（i）用5 mm长度的线段表示1 N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。【答案】（1）4.0 （2）（i）如图 （ii）4.0 0.05【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。【命题意图】考查本题主要是纸带问题，逐差法求加速度；一段平均速度等于中点的瞬时速度是经常考的，必须掌握的；验证力的平行四边形法则，涉及弹

6、簧的劲度系数和弹力的计算，意在考查考生的实验能力。解答此题关键是知道等效法的实验原理，联系胡克定律进行解答.【考试方向】 1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析2、力学中有多个实验都要用到打点计时器,能否正确使用打点计时器,并根据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延

7、伸出很多与纸带有关的力学实验。3、图象法是一种重要的实验数据处理方法图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。【得分要点】1、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺,以mm为单位,小数点后只有1位,20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位,小数点后有2位,且对齐格数不估读。(2)螺旋测微器以mm为单位,小数点后必须有3位,对齐格数要估读,同时还要注意半毫米刻度线是否露出。2、打点计时器及纸带问题的处理方法（1）打点计时器的认识和正确使用:电磁打点计时器工作电压为低压交流46

8、 V;电火花计时器工作电压为交流220V；工作时应先接通电源,后释放纸带。（2）纸带的应用:判断物体运动性质。若x=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动；若x不为零且为定值,则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。（3）求解瞬时速度。利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,求打某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1,则打n点时的速度（4）用“逐差法”求加速度:3、图象法处理数据的常用方法和技巧。图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常

9、用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧。（1）合理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。（2）抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领,考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。（3）在“截距”上求变化作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，

10、截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。【母题1】某实验小组研究小车的匀变速直线运动，他们使用50Hz交流电源为电磁打点计时器供电。实验时得到一条纸带。某位同学在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，并在这个点下标明A，在第6个点下标明B，在第11个点下标明C，在第16个点下标明D，在第21个点下标明E。但测量时发现B点已模糊不清，于是只测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm、DE长为13.73cm，根据以上测得的数据，计算C点时小车的瞬时速度大小为_m/s，小车运动的加速度大小为_m/s2，AB的距离应为_cm。（计算结果均保留三位有效数字）EDCBA【答案】 AB=5.99

11、cm 设A到B之间的距离为x1，设B到C之间的距离为x2，设C到D之间的距离为x3，设D到E之间的距离为x4，根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小，得：x3-x1=2a1T2，x4-x2=2a2T2 为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值得：相等的相邻的时间间隔的位移差恒定，故：BC-AB=DE-CD=13.73cm-11.15cm=2.58cm；且AB+BC=14.56cm；解得：BC=8.57cm，AB=5.99cm；【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用。【母题2】在“验证力的平行四边形定

12、则”实验中，情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。（1）图乙中的F与中，_填（“F”或“”）一定与AO共线。（2）为了便于操作并能提高测量的精度，我们应注意的是A固定橡皮筋时，应用图钉尖把橡皮筋钉在木板上B用两个弹簧秤拉橡皮筋时，要尽量将两个弹簧秤拉伸到相同刻度C标记同一细绳方向时，要用笔顺着细绳仔细地画出直线D两次拉橡皮筋，要将橡皮筋和细绳的结点拉到相同位置【答案】（1）（2）D【名师点睛】本实验采用的是“等效替代”的方法，即一个合力与几个分力共同作用的效果相同，可以互相替代，明确“理论值”和“实验值”的区别【

13、母题3】某同学用如图所示装置测量小木块与接触面间的动摩擦因数，木块放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的滑轮与重物连接；实验时,木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右滑，在运动过程中木块始终碰不到滑轮。已知木块的质量为重物的质量为m，回答下列问题：（1）本实验还需直接测量的物理量有 。A.重物距地面的高度hB.木块在桌面上滑行的总距离sC.重物下落的时间t（2）利用上述测量的物理量，写出测量的滑动摩擦因数= 。（3）木块运动过程中，由于滑轮与轴间摩擦及绳子和滑轮的质量的影响，将导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将 (填“偏大”“相等”或“偏小”).【

14、答案】（1）AB ；（2） ；（3）偏大(3）在计算过程中，认为滑轮与绳子间没有摩擦力，重物重力势能的减少量全部转化为重物落地的动能和木块克服摩擦力做功，而实际滑轮与轴间存在摩擦，计算过程中没有减去克服滑轮与轴间摩擦力做功这部分，因此导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数偏大。【母题4】在“验证牛顿第二定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，砂和砂桶的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出。(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是（_）A将长木板水平放置，让小

15、车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电。改变砂桶中砂子的多少，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（_）AM=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、35g、40gBM=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120gCM=400g，m=10g

16、、15g、20g、25g、30g、35g、40gDM=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用下图给出的数据可求出小车运动的加速度a=_m/s2。(结果保留三位有效数字)【答案】 (1). B (2). C (3). 1.58【母题5】如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放已知遮光条的宽度d2. 25 mm.(1)下列不必要的一

17、项实验要求是_(请填写选项前对应的字母)A应使A位置与光电门间的距离适当大些B应将气垫导轨调节水平C应使细线与气垫导轨平行D应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_；(3)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出_图象【答案】(1). D (2). A位置到光电门的距离L (3). （3）根据牛顿第二定律得： ，解得： ，所以处理数据时应建立图像点睛：处理实验时一定要找出实验

18、原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项，知道滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度【母题6】某小组同学用简易装置验证机械能守恒定律，他们找来一块平整且比较光滑的木板，从实验室借来打点计时器、刻度尺、小车和纸带他们把木板搭在台阶上如图甲安装好实验器材，得到如图乙所示的一条纸带(1)在验证机械能是否守恒时，还需要测量台阶的高度h和木板的长度L，已知纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T，根据纸带上MN两点间的数据，该组同学需要验证的机械能守恒的表达式为_(用题中所给物理量的字母表示)(2)(多选)在该实验中下列说法正确的是_A该实验中先接通电源，后释放

19、小车B由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了平衡摩擦C由于阻力的存在，该实验中小车增加的动能一定小于小车减少的重力势能D在该实验中还需要用天平测量小车的质量【答案】 (1). (2). AC（2）该实验中先接通电源，后释放小车，故A正确；由于摩擦力对实验结果有影响，所以把木板搭在台阶上是为了减小压力，导致滑动摩擦力减小，从而减小摩擦阻力对实验的影响，故B错误；由于阻力的存在，该实验中小车减少的重力势能，没有用来增加小车的动能，故C正确；在该实验中不需要用天平测量小车的质量，等式两边质量可能约去，故D错误。【名师点睛】考查如何验证机械能守恒定律，注意尽量减小阻力的对实验的影响；同

20、时对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验。【母题7】某实验小组为测量当地的重力加速度，设计了如下实验：如图所示，把两个完全相同的光电门A和B安放在粗糙的水平导轨上，用导轨标尺量出两光电门之间的距离s；滑块上安装一宽度为d的遮光板，滑块沿水平导轨匀减速第先后通过两个光电门A和B，配套的数字毫秒计记录了通过A光电门的时间为，通过B光电门的时间为；回答下列问题：（1）计算出通过光电门A的瞬时速度为_（用所给出的字母表示）；（2）利用题目已知的数据，请用字母表示出滑块的加速度大小为_；（3）若已知滑块与水平粗糙导轨间的动摩擦因数为，则实验小组

21、所在地的重力加速度为_。【答案】(1). （1） (2). （2） (3). （3）点睛：解决该题关键掌握知道在极短时间内的平均速度可以表示瞬时速度和匀变速直线运动的速度位移公式应用。【母题8】某学习小组用图甲所示的实验装置探究 “动能定理”。他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。（1）某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=_mm。（2）下列实验要求中不必要的一项是_（请填写选项前对应的字母）。A应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B应使A位置与光电门间的距离

22、适当大些C应将气垫导轨调至水平 D应使细线与气垫导轨平行（3）实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是_（请填写选项前对应的字母）。A. 作出“图象” B作出“图象”C. 作出“图象” D. 作出“图象”【答案】 (1). （1）2.30 (2). （2）A (3). （3）C【解析】（1）由图知第6条刻度线与主尺对齐，d=2mm+60.05mm=2.30mm；【母题9】某同学利用如图甲所示装置来验证机械能守恒定律，器材为：铁架台，

23、约50 cm的不可伸长的细线，带孔的小铁球，光电门和计时器（可以记录挡光的时间），量角器，刻度尺，游标卡尺。实验前先查阅资料得到当地的重力加速度g，再将细线穿过小铁球，悬挂在铁架台的横杆上，在小铁球运动轨迹的最低点安装好光电门。将小铁球拉离竖直方向一定夹角后从静止释放，小铁球通过光电门的时间是t。依次测量摆线的长度、摆线与竖直方向的夹角及小铁球的直径d。（1）用20分度游标卡尺测量小铁球直径d，刻度线如图乙所示，则d_cm.（2）某次实验测得小铁球通过光电门时记录的时间t =5.125103s，由此得小铁球通过光电门的速度为_m/s（保留2位有效数字）。（3）若_等式在误差范围内成立，则验证了

24、机械能守恒。（用题中物理量符号表示）【答案】 (1). （1）1.025cm (2). （2）2.0m/s (3). （3）【解析】（1）游标卡尺的主尺读数为10mm，游标读数为0.055mm=0.25mm，则最终读数d=10.25mm=1.025cm（2）铁球通过光电门的速度 （3）铁球减少的重力势能为EPmg(l+)(1cos)，增加的动能，若满足mg(l+)(1cos)，即，则机械能守恒。点睛：解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小，基础题.【母题10】某探究学习小组用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数。在实验桌上固定一斜面，在斜面上距斜面

25、底端挡板一定距离处放置一小滑块，系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球，整个系统处于静止状态。剪断细线后，小滑块沿斜面向下运动与挡板相碰，小球自由下落与地面相碰，先后听到两次碰撞的声音。反复调节滑块的位置，直到只听到一次碰撞的声音。测得此情况下小滑块距挡板的距离x0.5m，距桌面距离h0.3m，小球下落的高度H1.25m，取g10m/s2。不考虑空气的阻力，则：(1)小滑块与挡板碰前瞬间的速度大小为_m/s。 (2)滑块与木板间动摩擦因数的表达式为_(用所给物理量的符号表示)，代入数据得_。【答案】 (1). 2 (2). (3). 0.25（2）设木板的倾角为，根据牛顿第二定律得：mgsin-mgcos=ma由图看出， 联立解得： 代入数据解得：=0.25