高考物理 力学实验二轮真题训练

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第10讲 力学实验 ‎ ‎1．用游标卡尺测得某样品的长度如图甲所示，其读数L＝____________ mm；用螺旋测微器测得该样品的外径如图乙所示，其读数D＝________ mm.‎ ‎　‎ 解析：　本题考查游标卡尺和螺旋测微器的读数方法．游标卡尺游标尺零刻度线所对主尺刻度为‎5 cm即‎50 mm，游标尺第17条刻度线与主尺对齐，故游标尺读数为0.05×‎17 mm＝‎0.85 mm，因此样品长度为‎50.85 mm；螺旋测微器固定刻度部分读数为‎4.5 mm，可动刻度部分读数为‎0.202 mm，因此样品外径为‎4.702 mm.‎ 答案：　50.85　4.702(4.701～4.703均可)‎ ‎2．(2013·浙江卷·21)如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上．一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上a、b、c…均为打点计时器打出的点．‎ ‎(1)任选一条纸带读出b、c两点间距离为________；‎ ‎(2)任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为________，纸带①和②上c、e两点间的平均速度①________②(选填“大于”、“等于”或“小于”)；‎ ‎(3)图中__________________．(填选项)‎ A．两条纸带均为用装置甲实验所得 B．两条纸带均为用装置乙实验所得 C．纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得 D．纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得 解析：　(1)由纸带①可读出b、c间距为‎2.10 cm，由纸带②读出b、c间距为‎2.40 cm(±‎0.05 cm，有效数字位数要准确)．‎ ‎(2)由＝，知t＝0.04 s，xce＝‎4.52 cm(纸带①)或xce＝‎5.00 cm(纸带②)，代入数据得，ce＝‎1.13 m/s(纸带①)或‎1.25 m/s(纸带②)，①＜②.‎ ‎(3)由纸带①各点间距分析可知，小车做匀加速运动，从纸带②各点间距来看，小车开始做加速运动，一段距离后做匀速运动，故可知纸带①是用装置甲实验所得，纸带②是用装置乙实验所得，选C.‎ 答案：　(1)‎2.10 cm或‎2.40 cm(±‎0.05 cm，有效数字位数要正确)　(2)‎1.13 m/s或‎1.25 m/s(±‎0.05 m/s，有效数字位数不作要求)　小于　(3)C ‎3.某探究小组设计了“用一把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，直到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．小球落地和滑块撞击挡板不同时 解析：　(1)自由落体运动的规律为H＝gt2，斜面上匀加速直线运动的规律为x＝at2，所以＝ ‎(2)mgsin θ－μmgcos θ＝ma，其中sin θ＝，cos θ＝，解得μ＝(h－).‎ ‎(3)从实验原理和理论计算结果看，引起实验误差的主要是c、d.‎ 答案：　(1)　(2)(h－)　(3)cd ‎4．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：‎ ‎(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．‎ ‎(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为‎0.2 kg.‎ 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).‎ O－B O－C O－D O－E O－F W/J ‎0.043 2‎ ‎0.057 2‎ ‎0.073 4‎ ‎0.091 5‎ ΔEk/J ‎0.043 0‎ ‎0.057 0‎ ‎0.073 4‎ ‎0.090 7‎ 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致．‎ ‎(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－‎3 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________ kg.(g取‎9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)‎ 解析：　(1)若已平衡摩擦力，则小车在木板上做匀速直线运动．‎ ‎(2)从纸带上的O点到F点，W＝F·＝0.2×0.557 5 J＝0.111 5 J，打F点时速度vF＝＝ m/s＝‎1.051 m/s ΔEk＝Mv＝×0.2×1.0512 J≈0.110 5 J.‎ ‎(3)打B点时小车的速度为 vB＝＝ m/s＝0.655 ‎5 m/s 所以小车的加速度a＝＝ m/s2≈‎0.99 m/s2‎ 小车所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，所以盘中砝码的质量m＝－m0＝ kg－7.7×10－‎3 kg≈‎0.015 kg.‎ 答案：　(1)匀速直线(或匀速)　(2)0.111 5　0.110 5‎ ‎(3)0.015‎ ‎5．“探究加速度与力、质量的关系”实验的原理如图所示．‎ ‎(1)实验所需的器材有：附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带和复写纸、低压学生电源、小车、砝码、小桶、沙子、细绳、________和________．‎ ‎(2)下列说法中正确的是________．‎ A．平衡摩擦力时，要用细绳把装沙的小桶通过定滑轮拴在小车上 B．平衡摩擦力后，如果改变了小车上砝码的数量，应重新平衡摩擦力 C．要将小桶和沙子的总重力mg当做小车(质量为M)受到的细绳拉力，必须使M≫m D．实验时应先接通电源再释放小车 ‎(3)某学生保持小车及砝码的质量不变，测得5组小车加速度a和拉力F的数据如下表所示，请你根据表中的数据在坐标纸上作出a－F图线.‎ F(N)‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ a(m/s2)‎ ‎0.10‎ ‎0.21‎ ‎0.29‎ ‎0.32‎ ‎0.49‎ ‎①该图线没有通过坐标原点的原因可能是________．‎ ‎②该图线的斜率所表示的意义是________．‎ 解析：　(1)测量长度时要用刻度尺，要知道小桶及沙子的质量，需要用天平．(2)平衡摩擦力以后，在后面的实验过程中，不需要再平衡摩擦力．要使小桶和沙子的总重力mg当做小车的拉力，应满足小车的质量M远远大于m.要能获得较多的纸带上的点，应先接通电源后释放小车．(3)a－F图象如图所示．①图象不过坐标原点的原 因是实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．②由牛顿第二定律知mg＝Ma或mg＝(M＋m)a，得a＝或a＝，易知，a－F图线的斜率为或.‎ 答案：　(1)刻度尺　天平(带有一套砝码)　(2)CD ‎(3)a－F图线如图所示 ‎①没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 ‎②小桶质量m(包括沙子质量)与小车质量M之和的倒数或小车质量M的倒数(两种结果写出任意一种均可)‎ ‎6.(2013·江苏卷·11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图所示．倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球．手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球．当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间． ‎ ‎(1)在实验中，下列做法正确的有________．‎ A．电路中的电源只能选用交流电源 B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方 C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时 ‎(2)实验测得小球下落的高度H＝‎1.980 m,10个小球下落的总时间T＝6.5 s．可求出重力加速度g＝________ m/s2.(结果保留两位有效数字)‎ ‎(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法．‎ ‎(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．‎ 解析：　根据自由落体运动的规律h＝gt2解决问题．‎ ‎(1)若电源选用直流电源，电磁铁可正常工作，选项A错误；实验时小球要撞击M断开电源，因此M应在电磁铁的正下方，选项B正确；小球下落的高度为电磁铁下端到M的竖直距离与小球直径的差，选项C错误；根据H＝gt2，t可利用累积法，即从手动敲击M的同时开始计时，测量出落下n个小球的时间T，则一个小球下落时间t＝，选项D正确．‎ ‎(2)根据H＝gt2和t＝，解得 g＝＝＝ m/s2≈‎9.4 m/s2.‎ ‎(3)要减小实验误差，可以适当增大小球下落的高度，并多次测量取平均值．‎ ‎(4)根据题意，小球从H1、H2高处落下需要的时间t1＝－Δt和t2＝－Δt，根据H＝gt2得H1＝g2和H2＝g2‎ 解得g＝，因此可以消除Δt的影响．‎ 答案：　(1)BD　(2)9.4　(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值．(其他答案只要合理也可)　(4)可以消除Δt对实验结果的影响，推导过程见解析．‎