高考物理备考 优生百日闯关系列 专题18 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18 力学实验第一部分 名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2、了解打点计时器的构造,会使用打点计时器;会计算纸带上各点的瞬时速度;会利用纸带计算加速度;会用图象法探究小车速度与时间的关系,并能根据图象求加速度。3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。命题规律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
2、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。第二部分 精选试题1、【2017辽宁省本溪市高级中学、大连育明高级中学、大连二十四中高三联合模拟考试】某探究小组设计了“用一把
3、尺子测定动摩擦因数”的实验方案,如图所示,将一个小球和一个滑块用细绳连接,跨在斜面上端,开始时小球和滑块均静止,剪断细绳后,小球自由下落,滑块沿斜面下滑,可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音,保持小球和滑块释放的位置不变,调整挡板位置,重复以上操作,知道能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音,用刻度尺测出小球下落的高度H,滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x(空气阻力对本实验的影响可以忽略)(1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为_。(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为_。(3)以下能引起实验误差的是A滑块的质量 B当地重力加速度的大小C长度测量时的读数误差 D小球落地和滑块
4、撞击挡板不同时【答案】(1)(2)(3)CD【名师点睛】由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音,说明小球和滑块的运动时间相同,由匀加速运动的位移时间公式和自由落体的位移时间公式即可求得加速度的比值;由牛顿第二定律及几何关系即可求得滑块与斜面间的动摩擦因数;由的数学表达式就可以知道能引起实验误差的因数,还要注意小球落地和滑块撞击挡板不同时也会造成误差2、【2017西藏自治区拉萨中学高三上学期期末】(12分)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200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,
5、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:图(a) 图(b)(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成_(选填“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调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力,即使得绳子上拉力等于小车的合力根据牛顿第二定律得,整体的加速度,则绳子
6、的拉力,知钩码的质量远小于小车的质量时,绳子的拉力等于钩码的重力,所以钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量【名师点睛】该实验是探究加速度与力、质量的三者关系,研究三者关系必须运用控制变量法对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由比如为什么要平衡摩擦力,这样问题我们要从实验原理和减少实验误差方面去解决。3、【2017天津市和平区高三上学期期末质量调查】用如图所示的气垫导轨装置验证系统的机械能守恒;在气垫导轨上安装了两光电门12,在滑块上固定一竖直遮光条,滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连;(1)在调整气垫导轨水平时滑块不挂钩码和细线,接通气源后,给滑块一个初速度,使它从轨道右端向左运动,发现滑块通
7、过光电门1的时间小于通过光电门2的时间下列能够实现调整导轨水平的措施是 ;AA调节气垫导轨使左端升高一些B调节气垫导轨使左端降低一些C遮光条的宽度应该适当大一些D滑块的质量增大一些(2)试验时,测出光电门1、2间的距离L,遮光条的宽度d,滑块和遮光条的总质量M,钩码质量m由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间间隔为t,则滑块通过光电门的速度表达式为 ;若用v1、v2表示通过光电门1、2的速度,则系统机械能守恒成立的表达式 ;【答案】(1)A(2);mgL=(m+M)v12-(m+M)v22;【名师点睛】常用仪器的读数要掌握,这是物理实验的基础处理实验时一定要找出实验原理,根据实验原理我们可以寻
8、找需要测量的物理量和需要注意的事项。4、【淮北一中20162017学年度高三第三次月考】(8分)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=1.00kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点已知打点计时器每隔0.02s打一个点,当地的重力加速度为g=9.80m/s2,那么:(1)根据图上所得的数据,应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律;(2)从O点到(1)问中所取的点,重物重力势能的减少量Ep= J,动能增加量Ek= J(结果取三位有效数字)(3)若测出纸带上所有各点到O点之间
9、的距离,根据纸带算出相关各点的速度及物体下落的高度h,则以为纵轴,以h为横轴画出的图线应是图中的【答案】(1)B (2)1.88 1.84 (3)A(3)利用图线处理数据,如果,那么图线应该是过原点的直线,斜率就等于g故A正确. 所以A正确,BCD错误。5、【兰州市第一中学2017届高三上学期期中考试】(6分) “验证力的平行四边形定则”实验中:(1)部分实验步骤如下,请完成有关内容:A将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上,另一端绑上两根细线;B在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码,使橡皮筋拉伸,如图甲所示,记录:结点O的位置、钩码个数及细线方向;C将步骤B中的钩码取下,分别在两
10、根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码,用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度,如图乙表示,小心调整B、C的位置,使_,并记录钩码个数及细线方向;(2)如果“验证力的平行四边形定则”得到验证,那么图乙中_。【答案】.(1)橡皮筋下端伸长到O点(2) 3:4【解析】(1)验证力的平行四边形定则时,用一根细线拉橡皮筋的力和用两根细线拉橡皮筋的力效果相同,故两次拉橡皮筋时必须使橡皮筋伸长到同一位置,因此需要记录的有B步骤中:钩码个数(或细线拉力)、橡皮筋与细线的结点位置O、细线的方向(能反映细线方向的其他记录也可以);C步骤中:橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合,并记录钩码个数和对应的细线方向;
11、【名师点睛】明确该实验的实验原理,了解具体实验步骤以及具体的操作,尤其注意在记录力时不但要记录大小还要记录方向,该实验采用的是“等效替换”,两次拉橡皮筋要到同一位置。6、【兰州市第一中学2017届高三上学期期中考试】(9分) 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,一定要进行的操作或保证的条件是_。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
12、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所示的一条纸带 (相邻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50 Hz的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为_ m/s2(结果保留两位有效数字)。(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的aF图象是一条直线,图线与横轴的夹角为,求得图线的斜率为k,则小车的质量为_。A2tan B Ck D【答案】(1)BCD(2)1.3(3)D【解析】(1)本题拉力可由弹簧秤测出,也就不需要用天平测出砂和砂桶的质量,更不需要满足砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M这个条件,A、E错误;弹簧测
13、力计测出拉力,从而表示小车所受的合外力,故需要将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,B正确;打点计时器运用时,都是先接通电源,待打点稳定后再释放纸带,该实验探究加速度与力和质量的关系,要记录弹簧测力计的示数,C正确; 改变砂和砂桶质量,即改变拉力的大小,打出几条纸带,研究加速度随F变化关系,D正确;故选BCD。7、【辽宁省鞍山市第一中学2017届高三上学期第一次模拟考试】为了探究加速度与力、质量的关系(1)小亮利用如图甲所示的实验方案,探究小车质量一定时加速度与合外力之间的关系,图中上下两层水平轨道,细线跨过滑轮并挂上砝码盘,将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力,两小车尾部细线连到控制装置
14、上,实验时通过控制装置使两小车同时开始运动,并同时停止实验前,下列操作必要的是A选用质量不同的两辆小车B调节定滑轮的高度,使细线与轨道平行C使砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量D将轨道右端适当垫高,使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动,以平衡摩擦力他测量了两小车的位移为x1,x2,则= (2)小明用如图乙所示的装置进行实验打出的一条纸带如图丙所示,计时器打点的时间间隔为0.02s他从比较清晰的A点起,每五个点取一个计数点,测量出各点到A点的距离标在纸带上各点的下方,则小车运动的加速度为 m/s2(计算结果保留两位有效数字)实验前由于疏忽,小明遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的aF图象
15、,可能是丁图中的图线(选填“1”、“2”、“3”)调整正确后,他作出的aF图象末端明显偏离直线,如果已知小车质量为M,某次所挂钩码质量为m,则戊图中坐标a1应为,a2应为【答案】BCD; (2)0.40;3;遗漏了平衡摩擦力这一步骤,就会出现当有拉力时,物体不动的情况,由牛顿第二定律可知,即F0时,a=0故图线为:3,没有偏离直线时,可以用砝码盘和砝码的总重力代替小车受到的合力,根据牛顿第二定律得:mg=Ma1, 解得.偏离直线后说明砝码的总质量不是远远小于车的质量了,把砝码以及小车看成一个整体,根据牛顿第二定律:mg=(m+M)a2 , 解得8、【江西省赣州市十三县(市)十四校2017届高三
16、上学期期中联考】关于在做“验证力的平行四边形定则”实验时:(1)下列叙述正确的是( )A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力,两弹簧测力计的拉力是分力C两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(2)如图是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?(力F是用一只弹簧测力计拉时的图示) 答: (3)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主要原因是:(至少写出两种情况)答:
17、, 【答案】(1)AC; (2)张华;(3)的方向比真实方向偏左;的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左(2)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差,但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上,故张华作的符合实验事实符合实验事实。(3)出现误差的原因主要是测力的大小时出现误差,或者在做平行四边形时出现误差,故具体情况可能为:的方向比真实方向偏左;的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左;作图时两虚线不分别与线和线平行。【名师点睛】解答实验的出发点为明确实验原理、实验步骤、数据处理,明确合力和分力之间的关系,同时注意应用所学物理基本规律解决实验问题。9、【湖北省华中
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