高考物理大二轮复习与测试强化练 力学实验真题为例含答案解析

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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．‎