高考物理力学实验复习试题及答案

高考物理力学实验复习试题及答案

专题十四 力学实验 一、选择题 ‎1. 某同学利用单摆测定当地重力加速度，发现单摆静止时摆球重心在球心的正下方，他仍将从悬点到球心的距离当作摆长L，通过改变摆线的长度，测得6组L和对应的周期T，画出L一T2图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图所示。他采用恰当的数据处理方法，则计算重力加速度的表达式应为g= 。请你判断该同学得到的实验结果与摆球重心就在球心处的情况相比，将 。(填“偏大”、“偏小”或“相同”)‎ ‎2. 一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动。盘边缘上固定一竖直的挡光片。盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1 所示。图2为光电数字计时器的示意图。光源A中射出的光可照到B中的接收器上若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间。 ‎ ‎ ‎ 挡光片的宽度用螺旋测微器测得，结果如图3所示。圆盘直径用游标卡尺测得，结果如图4所示。由图可知，‎ ‎（l）挡光片的宽度为_____________mm。‎ ‎（2）圆盘的直径为_______________cm。‎ ‎（3）若光电数字计时器所显示的时间为50.0 ms，则圆盘转动的角速度为_______弧度/秒（保留3位有效数字）。‎ ‎3.某实验小组拟用如图1所示装置研究滑块的运动.实验器材有滑块、钩码、纸带、米尺、带滑轮的木板，以及由漏斗和细线组成的单摆等.实验中，滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆垂直于纸带运动方向摆动，漏斗漏出的有色液体在纸带带下留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置.‎ ‎①在图2中，从 纸带可看出滑块的加速度和速度方向一致.‎ ‎②用该方法测量滑块加速度的误差主要来源有： 、 （写出2个即可）. ‎ ‎4. 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。‎ ‎（1）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)。‎ ‎(2)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 ‎ ‎（3）滑块与木板间的动摩擦因数＝ ‎ ‎ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，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： ‎ ‎ 。‎ ‎5.在验证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据。然后根据测得的数据作出如图所示的a-F图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是 A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大 B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大 C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大 D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大 　　 ‎ ‎6. 某同学用图16装置做验证动量守恒定律的实验.先将a球从斜 槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次．‎ a b O A B C ‎ ‎ ‎ H ‎⑴本实验必须测量的物理量有以下哪些_____________．‎ A．斜槽轨道末端到水平地面的高度H B．小球a、b的质量ma、mb C．小球a、b的半径r D．小球a、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h ‎⑵小球a、b的质量ma、mb应该满足什么关系?为什么? ‎ ‎⑶放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验结果有没有影响?为什么?这时小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_____点和_____点 ‎ ‎⑷为测定未放被碰小球时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻线 ‎45 46 47‎ 跟记录纸上的O点对齐,右图给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为__________cm．‎ ‎⑸按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是______________．‎ ‎7. 科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用两种方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系。‎ Ⅰ．理论探究：‎ 根据牛顿运动定律和有关运动学公式，推导在恒定合外力的作用下，功与物体动能变化间的关系，请在答题纸上对应位置写出你的推导过程。‎ Ⅱ．实验探究：‎ ‎①某同学的实验方案如图乙所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：‎ a．______ _ ___；b． ____；‎ ‎②如图丙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打C点时小车的速度为 ；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有 。‎ 丙 A B C D E F ‎△x1‎ ‎△x2‎ ‎△x3‎ ‎△x4‎ ‎△x5‎ ‎8. 用DIS研究机械能守恒定律。将实验装置中的光电门传感器接入数据采集器，测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究势能和动能转化时的规律。实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m，已由计算机默认，不必输入。现某位同学要测定摆锤在D点的瞬时速度。其实验装置如图所示，接着他点击“开始记录”，同时让摆锤从图中所示位置释放，计算机将摆锤通过光电门传感器的速度自动记录在表格的对应处，如图。‎ ‎①请指出该同学实验中的错误之处：                                         ‎ ‎                                                                                ‎ ‎②摆图中计算机记录的数据与真实值相比将      （填“偏大”、“偏小”或“仍准确”）‎ ‎9. 为了验证碰撞中的动量守恒，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：‎ A．用天平测出两个小球的质量（分别为m1和m2，且m1>m2）。‎ B．按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平。将一斜面BC连接在斜槽末端。‎ C．先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。‎ D．将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。‎ E．用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。‎ 根据该同学的实验，回答下列问题：‎ ‎①小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的_____点，m2的落点是图中的___点。‎ ‎②用测得的物理量来表示，只要满足关系式________________________________，则说明碰撞中动量是守恒的。‎ ‎10. 在“用单摆测重力加速度”的实验中，某同学的操作步骤为：‎ a．取一根细线，下端系住直径为d的金属小球，上端固定在铁架台上；  ‎ b．用米尺量得细线长度l  ‎ c．在摆线偏离竖直方向5°位置释放小球 d．用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t，得到周期T＝t/n  ‎ e．用公式计算重力加速度 按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比      （选填“偏大”、“相同”或“偏小”）。‎ ‎11. 某同学在测匀变速运动物体的加速度时，得到了几条比较理想的纸带.已知每条纸带上每5个点取一个计数点，即两计数点之间的时间间隔为0. 1s.依打点顺序编为0，1，2，3，4，5.由于不小心，纸带被撕断了.请根据图示的A，B，C，D四段纸带回答：(单位：cm)‎ ‎（1）在B，C，D三段纸带中，选出纸带A上撕下的那段应该是              ；‎ ‎（2）打纸带A时物体运动的加速度大小是         m/s2，打点“5”时的速度大小是       m/s.‎ ‎12. 下表是某同学在“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验中测得的几组数据，则：‎ 悬挂砝码/g ‎50‎ ‎100‎ ‎150‎ ‎200‎ ‎250‎ 弹簧伸长/cm ‎2.30‎ ‎5.08‎ ‎6.88‎ ‎9.80‎ ‎12.5‎ ‎（1）请在下图所示的坐标纸上作出F-x图象；‎ ‎（2）写出图象的函数表达式；‎ ‎（3）解释函数表达式中常数的物理意义；         ‎ ‎（4）若弹簧的原长为L0=40 cm，以弹簧的总长为自变量，写出F（L）的表达式.并说明图象和F-x图象的区别.‎ ‎13. 某同学设计了一个“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图a为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量，电源频率是50HZ小车运动加速度a可用纸带上的打点求得．‎ ‎（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为        m/s2．（保留二位有效数字）‎ ‎（2）在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车加速度a与质量m数据如下表：‎ 根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线． ‎ ‎（3）在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d ，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因．‎ 答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。‎ ‎14. 为了只用一根轻弹簧和一把刻度尺测定某滑块与水平桌面的动摩擦因数μ（设μ为定值），设计了下述实验：‎ ‎    ‎ 第一步：如图所示，将弹簧的一端固定在竖直墙上，使滑块紧靠弹簧将其压缩，松手后滑块在水平桌面上滑行一段距离后停止；测得弹簧压缩量d与滑块向右滑行的距离S的有关数据如下：‎ 根据以上数据可得出滑块滑行距离S与弹簧压缩量d间的关系应是_______。‎ 第二步：为了测出弹簧的劲度系数，将滑块挂在竖直固定的弹簧下端，弹簧伸长后保持静止状态。测得弹簧伸长量为△L，滑块质量为m，则弹簧的劲度系数k =______。用测得的物理量d，s，△L表示的滑块与桌面间的动摩擦因数μ=______（弹簧弹性势能Ep =kx2，k为劲度系数，x为形变量）‎ ‎15. 利用如图所示的方法测定细线的抗拉强度，在长为L的细线下端挂已知质量不计的小盒，小盒的左侧开一孔，一个金属小球从斜轨道上释放后，水平进入小盒内，与小盒一起向右摆动，现逐渐提高金属小球在轨道上释放的高度，直至摆动时细线恰好被拉断，并测得此时金属小球平抛运动的竖直位移h和水平位移s，若小球质量为m ，重力加速度为g ,该细线的抗拉张力为             。‎ ‎16. 与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图所示，a、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。‎ 现利用图所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为300，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2s、2.00×10－2s。已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的宽度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.540m，g＝9.80m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。‎ ‎①（4分）滑块通过光电门1时的速度v1＝        m/s，通过光电门2时的速度v2＝        m/s；‎ ‎②（4分）滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为      J，重力势能的减少量为      J。‎ 参考答案 ‎1. 解：设A、B的摆线长为LA和LB，摆线到重心的距离为L1，所以A、B的两处的摆长分别为LA＋L1和LB＋L1，根据周期公式得则 （1） ‎ ‎ （2） ‎ ‎（2）－（1）得 ‎ 从式子中可以看出，最终的结果与重心的位置无关，所以不影响g值的测量。‎ ‎2. 解：由螺旋测微器与游标卡尺的读数规则可得两者的读数．mm，mm=24.220cm．圆盘转动的角速度为，而，综合两式并代入数据可得：rad/s．‎ ‎3. 解：要使速度和加速度方向相同，则只有B，因为B中相等时间内纸带运动的距离越来越大。用该方法测量加速度的误差主要来源有：摆长的测量。漏斗重心的变化，液体痕迹偏粗、阻力变化等。‎ ‎4. 解：(1)0.495~0.497m/s2‎ ‎(2)① CD （1分）‎ ‎(3)，偏大，连接滑块的纸带和打点计时器间也有阻力 ‎5. 答案：C ‎6.解：（1）B、E ‎ ‎ （2）ma>mb、防止a球碰撞后反向弹回，再回到碰撞点的过程中因为有摩擦导致速度减小而影响实验结果。‎ ‎ （3）同时落地、如果不是同时落地，会影响实验结果、A、C ‎ （4）4.59 ‎ ‎ （5）maOB=maOA+mbOC ‎7. 解：Ⅰ推导 ：牛顿第二定律得F合＝ma，由运动学公式得v22－v12=2ax，由功的定义式 W合 ＝F合x，三式联立得W合 ＝‎ ‎ Ⅱ①a.平衡摩擦力 b.钩码的重力远小于小车的总重力 ‎ ‎8. 答案：①i光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点   ‎ ‎       ii摆锤释放器未置于A点            ‎ ‎②偏小      ‎ ‎9. 答案：①D、F ；   ②  ‎ ‎10. 答案：偏小 ‎11. 答案：（1）D   ‎ ‎（2）8 m/s2 ，6.6 m/s ‎12. 答案：（1）F-x图像 ‎   （2）从F-x的图像知，弹簧的弹力O与伸长量成正比，在直线上取较远的两点（9.8，2.0）和（2.3，0.5）代入k=ΔF/Δx ，可得直线的斜率为0.2N/cm=20 N/m。所以该弹簧的弹力与伸长量的关系的函数表达式为F=kx( k=20N/m)‎ ‎（3） 簧的弹力与伸长的关系是F=kx,中的常数k表示使弹簧伸长1 m时所需弹力为20 N，即劲度系数。‎ ‎（4）设弹簧的总长为L则F=kx=K（L-LO）=0.2L-8。所作的F-L图像有横轴截距，其物理意义即为弹簧的原长，而F-x图像没有横轴截距 ‎13. 答案：在“研究平抛物体在的运动”的实验中，如果实验时忘记记下斜槽末端O的位置，描出如图所示的轨迹，其中A为小球离开槽口后的某一时刻位置，则可以算出小球平抛的初速度为       。抛出点的坐标为        （计算时）‎ ‎14. 解析：根据实验获取的数据，可以发现的s跟的d平方之比都接近20,表明S与 d的平方成正比；当滑块吊起时，所受重力和弹簧弹力平衡，即mg=k△L，可求出k= mg/△L，根据动能定理知道，-μmgs+12kd2=0,把k值代入，可求得动摩擦因数μ=d2/2△LS。‎ 答案：S 与d的平方成正比，mg/△L, d2/2△LS ‎15. 答案：‎ ‎16. 答案：① 1.00m/s ，2.50m/s ②5.25J ，5.29J ‎