2019高考物理探究性实验力学实验专题

2019高考物理探究性实验力学实验专题

‎ 力学实验专题 ‎1、如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。‎ ‎（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。‎ ‎（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。‎ ‎①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。‎ ‎②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（ ）‎ ‎（A）小车与轨道之间存在摩擦 （B）导轨保持了水平状态 ‎（C）所挂钩码的总质量太大 （D）所用小车的质量太大 ‎2.（10分）（注意：在试卷上作答案无效）‎ 某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，‎ B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。‎ 实验步骤如下：‎ ① 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，‎ 用天平测量滑块的质量m；‎ ② 用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；‎ ③ 将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t1‎ ④ 重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；‎ ⑤ 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值；‎ ⑥ 多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出f-关系曲线。‎ （1） 用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：‎ ① 斜面倾角的余弦= ；‎ ② 滑块通过光电门时的速度v= ；‎ ① 滑块运动时的加速度a= ；‎ ② 滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ；‎ ‎（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得d= 。‎ 答案（1）①‎ ‎②‎ ‎③‎ ‎④‎ ‎（2）3.62cm ‎【解析】(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示① 根据三角形关系可得到,②根据③根据运动学公式,有,即有 ‎④根据牛顿第二定律,则有.‎ ‎(2) 在游标卡尺中，主尺上是‎3.6cm，在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是10分度，所以读数为‎3.6cm+0.1×‎1mm=‎3.61cm或者‎3.62cm也对.‎ 打点计时器 滑块 砝码 托盘 ‎3、（2008宁夏卷）Ⅱ、物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数．实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接．打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz．开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。说明：关于纸带的计算 ‎ ‎1.40‎ ‎1.89‎ ‎2.40‎ ‎2.88‎ ‎3.39‎ ‎3.88‎ ‎4.37‎ 单位 cm ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎⑴上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a＝ （保留三位有效数字）．‎ ‎⑵回答下列两个问题：‎ ‎ ①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 ．（填入所选物理量前的字母）‎ ‎ A．木板的长度l B．木板的质量m1 C．滑块的质量m2 ‎ D．托盘和砝码的总质量m3 E．滑块运动的时间t ‎②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 ．‎ ‎⑶滑块与木板间的动摩擦因数μ＝ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）．与理论值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小” ）．写出支持你的看法的一个论据： ‎ 答：⑴0.495～0.497 m/s2； ‎ ‎ ⑵①CD； ②天平；‎ ‎⑶对滑块和砝码盘由牛顿第二定律 ‎ 偏大；打点计时器振动时会对纸带产生阻力，使测得的加速度偏小，因而使测量的μ偏大。‎ 问题：你不觉得这个实验太麻烦了吗？这个实验能否简化呢？怎样简化？‎ ‎4、‎ ‎（2003江苏物理第12题）实验装置如图1所示：一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，图2给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，试根据给出的数据，求木块与木板间的摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g=‎10m/s2）‎ 打点计时器 纸带 图1‎ 纸带运动方向 ‎7.72 7.21 6.71 6.25 5.76 5.29 4.81 4.31‎ 图2‎ 单位：cm ‎【解析】由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移分别是：s1=‎7.72cm，s2=7.21cm，s3=‎6.71cm，s4=‎6.25cm，s5=‎5.76cm，s6=5.29cm，s7=‎4.81cm，s8=‎4.31cm 以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有，又知T=0.04s，解得a=‎-3.0m/s2。重物落地后木块只受摩擦力的作用，根据牛顿第二定律有：‎ ‎-μmg=ma，解得μ=0.30。‎ ‎【答案】根据图2中数据利用逐差法得 ‎=‎-3.0m/s2。‎ 由-μmg=ma，解得μ=0.30。‎ ‎【点评】此题考查摩擦力定律、逐差法、牛顿第二定律及其相关知识点。‎ 问题：还可以怎样简化。‎ ‎2013年新课标卷（改造了2008年宁夏卷的实验题）‎ 评价：现代科技的应用也是为了简化实验。‎ ‎5、（2007广东卷）如图11（a）所示，小车放在斜面上，车前端栓有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连。起初小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的的距离。启动打点计时器，释放重物，小车在重物的牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离。打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。图11（b）中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如箭头所示。‎ ‎（a）‎ ‎2.72‎ ‎2.82‎ ‎2.92‎ ‎2.98‎ ‎2.82‎ ‎2.62‎ ‎2.08‎ ‎1.90‎ ‎1.73‎ ‎1.48‎ ‎1.32‎ ‎1.12‎ 单位：cm a b c 图11 （b）‎ ‎⑴根据所提供纸带上的数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为_________m/s2。（结果保留两位有效数字）‎ ‎⑵打a段纸带时，小车的加速度是2.5 m/s2。请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的_________。‎ ‎⑶如果取重力加速度10 m/s2，由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为_________。‎ ‎6、验证机械能守恒 A、如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b。a球质量为m，静置于地面；b球质量为‎3m， 用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为 A．h 　 　B．l.5h C．2h D．2.5h B、如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律.‎ ‎（1）若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有 （在答题卡上对应区域填入选项前的编号）‎ ‎①物块的质量m1、m2；‎ ‎②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；‎ ‎③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；‎ ‎④绳子的长度.‎ ‎（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：‎ ‎①绳的质量要轻：‎ ‎②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；‎ ‎③尽量保证物块只沿竖直方向运动不要摇晃；‎ ‎④两个物块的质量之差要尽可能小.‎ 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 。（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）‎ ‎（3）写出一条上面没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议： ‎ ‎7、如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力和速度。‎ ① 所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架 台和带夹子的重物，此外还需 （填字母代号）中的器材。‎ A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺 ② 通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确 程度。为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象外，还可作 ‎ 图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 。‎ 小车 打点计时器 纸带 接电源 图2‎ ‎8、某同学用图2所示的实验装置研究小车 在斜面上的运动。‎ 实验步骤如下： ‎ a．安装好实验器材。‎ b．接通电源后，让拖着纸还的小车沿平板斜面 向下运动，重复几次。‎ 选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的 点迹，从便于度量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图3中 ‎0、1、2、……6点所示。‎ c．测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离，分别记作：S1、S2、S3…S6‎ d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。‎ e．分别计算出S1、S2、S3…S6与对应时间的比值。‎ f．以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，画出-t图线。‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎11‎ ‎12‎ ‎13‎ ‎144‎ ‎15‎ ‎16‎ ‎17‎ ‎18‎ ‎19‎ ‎20‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ S1‎ S2‎ S3‎ S4‎ S5‎ S6‎ 图3‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎13‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎5‎ 图4‎ 结合上述实验步骤，请你完成下列任务：‎ ‎①实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有 和 。（填选项代号）‎ S t ‎/cm•s-1‎ t/×0.01s ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ ‎70‎ ‎80‎ ‎0‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎25‎ 图5‎ A．电压合适的50Hz的交流电源 ‎ B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 ‎ E．天平 F重锤 ‎②将最小刻度为‎1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图4所示，则S2= cm , S5= cm ‎③该同学在图5中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出-t图线。‎ ‎④根据-t图线判断，在打0计数点时，小车的速度 v0= m/s；它在斜面上运动的加速度a=______m/s2。‎ 例题9：乙同学采用如图3所示的装置进行了有关“动能定理”研究的实验。‎ ‎ 纸带 ‎ 电火花计时器 图3‎ 配重 垫木 ‎ 小车 a．按图3把实验器材安装好，不挂配重，反复移动垫木直到小车能够做匀速直线运动；‎ b．把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂质量为‎100g的配重。接通电源，放开小车，电火花计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点。从某点A开始，此后在纸带上每隔4个点取一个计数点，依次标为B、C、D……；‎ c．测量出B、C、D、……各点与A点的距离，分别记为、、、……；‎ d．用配重受到的重力分别乘以、、、……，得到配重重力所做的功W1、W2、W3、……；（重力加速度g=9．‎80m／s2）‎ e．求出B、C、D、……各点速度的大小，分别记为、、、……，再求出它们的平方、、、……；‎ f．用纵坐标表示速度的平方，横坐标表示配重重力所做的功W，作出图象，并在图象中描出（，）坐标点，再连成图线；‎ ‎（以下计算保留到小数点后两位）‎ ‎①在步骤d中，该同学测得，则配重重力所做的功 J；‎ ‎②该同学得到的图象如图4所示。通过图象可知，打A点时对应小车的速度 图4‎ ‎0‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎0.3‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ W/J υ2/(m2﹒s-2)‎ ‎0.6‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎0.5‎ ‎1.5‎ ‎2.5‎ ‎ m／s；‎ ‎③小车的质量M= kg.‎ ‎10、（09广东）某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。如图12，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相距‎50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，‎ 记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。‎ ‎（1）试验主要步骤如下：‎ ‎①测量 和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；‎ ‎②将小车停在C点， ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度；‎ ‎③在小车中增加砝码，或 ，重复②的操作．‎ ‎（2）表1是他们测得的一组数据，期中M是M1与小车中砝码质量之和，是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量△E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的△E3= ，W3= ．（结果保留三位有效数字）‎ ‎（3）根据表1，请在图13中的方格纸上作出△E-W图线．‎ 图13‎ ‎ ‎ ‎15．（1）①小车；②由静止开始释放小车；‎ ‎③改变小车质量.‎ ‎（2）0.600J，0.610J.‎ ‎（3）△E-W图线如图所示 ‎ ‎ 评价：图像问题斜率和截距是解决问题的突破口。‎ ‎ ‎