高考物理二轮复习专题16力学实验

高考物理二轮复习专题16力学实验

专题16 力学实验 ‎1．如图所示是“测定匀变速直线运动加速度”实验中得到的一条纸带，从O点开始每5个点取一个计数点(打点计时器的电源频率是50 Hz)，依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得s1＝1.22 cm，s2＝2.00 cm，s3＝2.78 cm，s4＝3.62 cm，s5＝4.40 cm，s6＝5.18 cm.‎ ‎(1)相邻两计数点间的时间间隔T＝________s.‎ ‎(2)打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝________m/s.‎ ‎(3)计算小车的加速度大小a＝________m/s2.(计算结果保留2位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)0.1　(2)0.32　(3)0.80‎ ‎2．如图所示为某中学物理课外学习小组设计的测定当地重力加速度的实验装置，他们的主要操作如下：‎ ‎①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；‎ ‎②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；‎ ‎③固定光电门B的位置不变，改变光电门A的高度，重复②的操作．测出多组(h，t)‎ ‎，计算出对应的平均速度v；‎ ‎④画出v—t图象．‎ 请根据实验，回答如下问题：‎ ‎(1)设小铁球到达光电门B时的速度为vB，当地的重力加速度为g，则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为__________________．(用vB、g和t表示)‎ ‎(2)实验测得的数据如下表：‎ 实验次数 h/cm t/s v/(m·s－1)‎ ‎1‎ ‎10.0‎ ‎0.028‎ ‎3.57‎ ‎2‎ ‎20.0‎ ‎0.059‎ ‎3.39‎ ‎3‎ ‎30.0‎ ‎0.092‎ ‎3.26‎ ‎4‎ ‎40.0‎ ‎0.131‎ ‎3.05‎ ‎5‎ ‎50.0‎ ‎0.176‎ ‎2.84‎ ‎6‎ ‎60.0‎ ‎0.235‎ ‎2.55‎ 请在坐标纸上画出v—t图象．‎ ‎(3)根据v—t图象，可以求得当地重力加速度g＝________m/s2，试管夹到光电门B的距离约为________cm.(以上结果均保留3位有效数字)‎ ‎(2)描点连线，如图所示．‎ ‎【答案】　(1)v＝vB－gt　(2)图见解析　(3)9.86　69.8‎ ‎3．在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时，小明同学用如图甲所示的实验装置进行实验：将该弹簧竖直悬挂起，在自由端挂上砝码盘，通过改变盘中砝码的质量，用刻度尺测出弹簧对应的长度，测得实验数据如下：‎ ‎　‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 砝码质量m/g ‎0‎ ‎30‎ ‎60‎ ‎90[来 ‎120‎ ‎150‎ 弹簧的长度x/cm ‎6.00‎ ‎7.14‎ ‎8.34‎ ‎9.48‎ ‎10.64‎ ‎11.79‎ ‎(1)小明同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x—m图象如图乙所示，根据图象他得出结论：弹簧弹力与弹簧伸长量不是正比例关系，而是一次函数关系．他结论错误的原因是：__________________________________________________.‎ ‎(2)作出的图线与坐标系纵轴有一截距，其物理意义是：__________________，该弹簧的劲度系数k＝________N/m.(取g＝10 m/s2，保留3位有效数字)‎ ‎(3)请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的质量相比，结果________．(填“偏大”“偏小”或“相同”)‎ ‎【解析】　(1)在x—m图象中，x表示弹簧的长度而不是弹簧的伸长量，故他得出弹簧弹力与弹簧伸长量不是正比例关系而是一次函数关系的错误结论．‎ ‎(2)图线与纵坐标的交点表示拉力等于0时弹簧的长度，即弹簧的原长．‎ 图线的斜率表示弹簧的劲度系数，k＝＝ N/cm＝25.9 N/m.‎ ‎(3)根据公式F＝kΔx计算出的劲度系数，与是否考虑砝码盘的质量没有关系，故结果相同．‎ ‎【答案】　(1)x—m图象的纵坐标不是弹簧的伸长量　(2)未挂砝码时弹簧的长度　25.9　(3)相同 ‎4、小杨在学完力的合成与分解后，想自己做实验来验证力的平行四边形定则．他找来两个弹簧测力计，按如下步骤进行实验．‎ A．在墙上贴一张白纸，用来记录弹簧测力计的弹力大小和方向；‎ B．在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时刻弹簧测力计的示数F；‎ C．将一根长约30 cm的细线从杯带中穿过，再将细线两端拴在两个弹簧测力计的挂钩上，在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧测力计的示数相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的示数，如图甲所示；‎ D．在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的示意图，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F′.‎ ‎(1)在步骤C中，弹簧测力计的示数为________N.‎ ‎(2)在步骤D中，合力F′＝________N.‎ ‎(3)若________________，就可以验证力的平行四边形定则．‎ ‎【答案】　(1)3.00　(2)5.20(一定范围内也给分)　(3)F′近似在竖直方向，且数值与F近似相等 ‎5．一兴趣小组探究加速度与力、质量的关系．实验装置如图甲所示，拉力传感器用来记录小车受到拉力的大小．‎ ‎(1)为了使传感器记录的力等于小车所受的合外力，应先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．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，直到打点计时器在纸带上打出一系列的________点；‎ ‎(2)本实验中________(填“需要”或“不需要”)砂和砂桶的总质量远小于小车和传感器的总质量；‎ ‎(3)该兴趣小组根据拉力传感器和打点计时器所测数据在坐标系中作出的a—F图象如图乙所示，图象不通过原点的原因是____________________；‎ ‎(4)由图象求出小车和传感器的总质量为________kg.[]‎ ‎【答案】　(1)间隔均匀　(2)不需要　(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够　(4)1 ‎ ‎6．某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz.‎ 实验步骤如下：‎ A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；‎ B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；‎ C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；‎ D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．‎ 根据以上实验过程，回答以下问题：‎ ‎(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．‎ A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等 B．实验过程中砝码盘处于超重状态 C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 D．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半 E．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量 ‎(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留2位有效数字)‎ ‎(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是________．‎ ‎(2)由题意知时间间隔T＝0.1 s，由逐差法可得a＝，解得a＝0.88 m/s2.‎ ‎(3)根据牛顿第二定律可知A正确．‎ ‎【答案】　(1)C　(2)0.88　(3)A ‎7．某同学利用如图所示的装置验证动能定理．将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸．将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下表．‎ 高度H ‎(h为单位长度)‎ h ‎2h ‎3h ‎4h ‎5h[来 ‎6h ‎7h ‎8h[‎ ‎9h 竖直位移y/cm ‎30.0‎ ‎15.0‎ ‎10.0‎ ‎7.5‎ ‎6.0‎ ‎5.0‎ ‎4.3‎ ‎3.8‎ ‎3.3‎ ‎(1)在安装斜槽时，应注意_______________________________________________．‎ ‎(2)已知斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，木板与斜槽末端的水平距离为x，小球在离开斜槽后的竖直位移为y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立，则应满足的关系式是_________．‎ ‎(3)若想利用图象直观得到实验结论，最好应以H为横坐标，以________‎ 为纵坐标，描点作图．‎ ‎(3)由(2)可知，要利用图象直观得到实验结论，图象应为直线，因而以H为横坐标，以为纵坐标，描点作图即可．‎ ‎【答案】　(1)使斜槽末端O点的切线水平 ‎(2)Hy＝　(3) ‎8．为验证动能定理，某同学在实验室设计实验装置如图甲所示，木板倾斜构成斜面，斜面B处装有图乙所示的光电门．‎ ‎(1)如图丙，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d＝________cm；‎ ‎(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为________；(用字母d、t表示)‎ ‎(3)测得A、B两处的高度差为H、水平距离L，已知物块与斜面的动摩擦因数为μ，当地的重力加速度为g，为了完成实验，需要验证的表达式为________．(‎ 用题中所给物理量符号表示)‎ ‎(2)挡光条的宽度非常小，通过光电门的时间非常短，可以用平均速度代替瞬时速度，所以vB＝；‎ ‎(3)根据动能定理，合外力的功等于动能变化量，整个过程中只有重力和摩擦力做功，则mgH－μmgL＝mv＝m()2，所以需要验证的表达式为gH－μgL＝.‎ ‎【答案】　(1)0.51　(2)　(3)gH－μgL＝ ‎9．用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获得的一条纸带：0是打下的第1个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g，g取9.8 m/s2，所有结果均保留3位有效数字，则 ‎ ‎ ‎ 　　‎ ‎ 乙　　　 　丙 ‎(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________ m/s；‎ ‎(2)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________ J，系统势能的减少量ΔEp＝________ J；‎ ‎(3)若某同学作出的—h图象如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝________ m/s2.‎ ‎ ‎ ‎(3)由机械能守恒定律，得(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2，整理得＝h，即图象斜率k＝，由—h图象可求得当地的实际重力加速度g＝ m/s2＝9.70 m/s2. ‎ ‎【答案】　(1)2.40　(2)0.576　0.588　(3)9.70‎ ‎10．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光条的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m的小球相连；遮光条两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光条经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光条的宽度，将遮光条通过光电门的平均速度视为滑块滑过B点时的瞬时速度．实验时滑块在A处由静止开始运动．‎ ‎ 　‎ ‎(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm.‎ ‎(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．‎ ‎(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，m和M 组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp则可认为系统的机械能守恒．‎ ‎(4)在步骤(3)实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2—d图象如图丙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2.‎ ‎ ‎ ‎(4)由ΔEk＝ΔEp得(m＋M)v2＝gd 代入m＝M可得v2＝d 对应v2—d图象可得g＝ m/s2‎ 解得g＝9.6 m/s2‎ ‎【答案】　(1)3.85　(2)　(3)　gd　(4)9.6‎