【物理】2020届一轮复习人教版力学实验全解课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版力学实验全解课时作业

专题8.3 力学实验全解 ‎1.（2017年海南）某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图（a）和图（b）所示。‎ ‎ ‎ 由图可读出，圆管内壁的直径为_______cm，圆管外壁的直径为_______cm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。‎ ‎【答案】2.23；2.99‎ ‎【解析】10分度的游标卡尺，游标上每一小格代表0.1mm，最终读数等于；（图a）主尺+游标尺=22mm+0.3mm=22.3mm；（图b）主尺+游标尺=29mm+0.9mm=29.9mm；注意单位的变换；‎ ‎2.（2012全国2）某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图（a）所示，测量金属板厚度时的示数如图（b）所示。图（a）所示读数为_________mm，图（b）所示读数为_________mm，所测金属板的厚度为_________mm。‎ ‎ ‎ ‎【答案】0.010；6.870；6.860‎ ‎【解析】螺旋测微器是需要估读，螺旋尺的最小分度值为0.01mm，所以当估读到下一位时需要估读到千分位；螺旋测微器的最终读数形式为x.xxx(mm).螺旋测微器的读数为：S=X+N×0.01；S 为最终读数，X为主尺的读数，N 为螺旋尺的读数（需估读）；所以本题图a的读数为0.010mm，图b的读数为6.870；金属板的厚度为d=6.870-0.010=6.860mm ‎3．(2019·苏州月考)某物理兴趣小组自行设计装置，开展实验“探究求合力的方法”。用一木板竖直放在铁架台和弹簧所在平面后，其部分实验操作如下：‎ a．先用两个钩码挂于弹簧末端，在木板上记下末端的位置O(如图甲所示)；‎ b．卸下钩码然后将两绳套OA、OB系在弹簧末端，用两弹簧测力计勾住绳套将弹簧末端拉到同一位置O(如图乙所示)，记录相关内容；‎ c．根据步骤b中所记录的内容，在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB，再根据已知的钩码重力，在坐标纸上画出弹簧所受的钩码拉力F(如图丙所示)。‎ 请完成下列相关内容：‎ ‎(1)步骤b中，需要记录两弹簧测力计相应的读数和____________________，要将弹簧末端拉到同一位置O，这里体现的科学方法是____________；‎ ‎(2)请你用作图工具在图丙中作出FA、FB的合力F′；‎ ‎(3)最后观察比较F和F′，得出结论后，组员们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是______。‎ A．实验要选用自重较小的弹簧 B．弹簧测力计、细绳、弹簧都应与木板平行 C．两绳套OA、OB要适当长些，标记同一细绳方向的两点要远些 D．用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大 ‎【答案】(1)两绳套的方向　等效替代　(2)见解析　(3)BC ‎【解析】(1)步骤b中，需要记录两弹簧测力计相应的读数和两绳套的方向，合力与分力是等效替代的关系，在探究求合力方法的实验中使用了等效替代的思想。‎ ‎(2)如图所示。‎ ‎(3)本实验是验证合力与分力的关系，与弹簧的自重无关，故A错误； 测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧测力计、细绳、弹簧都应与木板平行，故B正确；为了更加准确的记录力的方向，‎ 拉弹簧的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故C正确；用两弹簧测力计同时拉细绳时弹簧测力计示数没有要求，只要使得两次弹簧拉伸到一点就行，故D错误。所以选B、C。‎ ‎4．(2018·徐州期中)某同学为了验证力的平行四边形定则，准备了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、铅笔、细绳套、白纸、钉子等器材。操作步骤如下：‎ a．把三根橡皮筋的一端系在一起，另一端分别系一个细绳套；‎ b．将白纸固定在木板上，在木板上钉两个钉子，将任意两个橡皮筋上的绳套分别套在两钉子上；‎ c．立起木板，将重物挂在剩下的一个绳套上，如图甲所示；‎ d．记录下三根橡皮筋的长度和橡皮筋结点的位置O及每个细绳的方向；‎ e．取下白纸，利用橡皮筋的伸长量作为拉力大小，画出受力图，验证力的平行四边形定则；‎ f．换用不同的重物重复实验。‎ ‎(1)此实验还需 ________；‎ A．测量重物的质量 B．记录下两个钉子的位置 C．测量橡皮筋的原长 ‎(2)某次实验，测得三根橡皮筋的伸长量及方向。把橡皮筋的伸长量作为拉力大小，作出力的图示，如图乙所示，请任选两个力，根据平行四边形定则作出合力；‎ ‎(3)在(2)问作出的图中，根据_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________可以说明力的合成满足平行四边形定则；‎ ‎(4)如果换用不同的重物再次重复该实验，________ (填“需要”或“不需要”)改变钉子的位置，使橡皮筋的结点回到原来的O点。‎ ‎【答案】(1)C　(2)见解析　(3)作出的合力大小与另一个力的大小近似相等，方向近似相反　(4)不需要 ‎【解析】(1)实验中使用了三根相同的橡皮筋，故弹力与橡皮筋伸长量成正比，即伸长量的大小表示弹力的大小，故只需要测量三根橡皮筋的伸长量即可，故A错误；在以上步骤中已经记录了每条细绳的方向，不需要记录两个钉子的位置，故B错误；本实验以橡皮筋的伸长量来作平行四边形，步骤d中测量了橡皮筋悬挂重物后的长度，要计算伸长量，需要测量橡皮筋的原长，故选C。‎ ‎(2)根据平行四边形定则作出合力，如图所示。‎ ‎(3)根据平行四边形定则作出任意两根橡皮筋的弹力的合力，当合力与第三根橡皮筋的弹力的大小近似相等，方向近似相反时，即说明力的合成满足平行四边形定则。‎ ‎(4)因为该实验是利用橡皮筋的伸长量作为拉力大小，画出受力图，验证力的平行四边形定则；如果换用不同的重物再次重复该实验，不需要改变钉子的位置，也不需要使橡皮筋的结点回到原来的O点。‎ ‎5.如果要较准确地验证牛顿第二定律，则需利用打点计时器来记录滑轮小车的运动情况。某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共７个记数点（图中每相邻两个记数点间还有4个打点计时器打下的点未画出），打点计时器接的是50Hz的低压交流电源。他将一把毫米刻度尺放在纸上，其零刻度和记数点O对齐。‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ A B C D E F O cm ‎①（4分）下表是某同学从刻度尺上直接读取数据的记录表，其中最后两栏他未完成，请你帮他完成。‎ 线段 OA ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ 数据（cm）‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎②（2分）由以上数据可计算出打点计时器在打A．B．C．D．E各点时物体的瞬时速度，其中打E点时的速度vE是 m/s（取三位有效数字）．‎ ‎③（4分）如某同学已求得A、B、C、D四点的瞬时速度分别为0.076m/s、0.119m/s、0.162m/s、0.204m/s。试根据以上数据和你求得的E点速度在下面所给的坐标中，作出v－t图象。要求标明坐标及其单位，坐标的标度值（即以多少小格为一个单位）大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸。从图象中求得物体的加速度a＝ m/s2（取两位有效数字）．‎ ‎【答案】见解析 ‎【解析】本题考查对刻度尺的规范读数以及包括图像法在内的多种数据处理方法的掌握情况；考查学生的实验设计以及对已有的实验设计的理解能力与水平以及实验探究能力 ‎（1）（4分）合外力（填“外力”不扣分，下同），质量；质量，所受合外力。（每空1分）‎ ‎（2）（2分）①改变小车所受的合外力；②记录更准确（或：更容易记录，记录误差会更小，时间更容易记录，方便记录，方便计时，位置很难记录等类似答案均给分）。（每空1分）‎ ‎（3）①（4分）按表一填写且正确的得4分，“线段”栏读数从O点计起每对一个得1分，“数据”栏每读对1个给1分；按表二填写且读数正确的得3分，“数据”栏与“线段”栏能对应，且读对，每对1个给1分，即读数不从O点计起扣1分。读数误差在±0.03cm内不扣分。不按有效数字的规则读数，为错。‎ 表一 线段 OA ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ OE OF 数据（cm）‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎7.00‎ ‎9.40‎ 表二 线段 OA ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ DE EF 数据（cm）‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎2.25‎ ‎2.40‎ ‎②（2分） 0.232（0.230~0.236均可以）‎ ‎③（4分）‎ ‎0.42（0.38-~0.46均可以）（2分）‎ 所画图象符合题的要求者得2分。‎ 或 ‎2‎ ‎1‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎25‎ ‎0‎ ‎0.2‎ ‎0.1‎ ‎0.3‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ ‎0‎ 图像坐标标度的取值过小（大）者扣1分；‎ 坐标描点有错误，使得整个图像偏差过大，无法正确求出a的计0分；‎ 个别点描错，但对整个图像影响不大的扣1分。‎ ‎6.（2012山东）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz 单位：cm ‎①通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点_____和_______之间某时刻开始减速。‎ ‎②计数点5对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为______m/s。（保留三位有效数字）‎ ‎③物块减速运动过程中加速度的大小为a=_______m/s2,若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值________（填“偏大”或“偏小”）。‎ ‎【考向】平均速度的应用，逐差法求加速度、误差分析 ‎【答案】（1）6；7（2）1.00；1.20（3）2.00；偏大 ‎【解析】‎ ‎（1）根据某段的平均速度等于中时刻的速度，则有： ‎ ‎（2）由纸带可知，计数点7往后做减速运动，结合逐差法得： 在减速阶段产生的加速度的力是滑动摩擦力和纸带受的阻力，所以计算结果比动摩擦因素的真实值偏大． 7.（2017全国1）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）‎ ‎（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。‎ ‎（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留2位有效数字）‎ ‎【考向】平均速度法的应用、逐差法求加速度 ‎【答案】（1）从右向左 （2）0.19，0.037‎ ‎【解析】滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴减速运动，可知T=‎ 匀变速运动的物体某段位移平均速度等于中间时刻的瞬时速度 去掉中间一段利用逐差法可求得物体的加速度为： ‎ ‎8.（2017全国3）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm）的纸贴在桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分除外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。‎ ‎（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为 N。‎ ‎（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。‎ ‎（i）用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合；‎ ‎（ii）F合的大小为 N，F合与拉力F的夹角的正切值为 。‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。‎ ‎【考向】验证力的平行四边形定则、弹簧称的读数；‎ ‎【答案】（1）4.0 （2）（Ⅰ）F1、F2和F合如图所示（Ⅱ）4.0 、0.05‎ ‎【解析】按照（2）（i）的要求做出力的图示，通过平移的手段将两个分力和一个合力放在一个封闭的矢量三角形中，结合三角函数的基本关系即可求得；‎ ‎8.（2015四川）某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图1所示，图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大图，示数l1＝ cm.。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝ N（当地重力加速度g＝9.8m/s2）。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是 。作出F-x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。‎ ‎【考向】刻度尺的读数、弹簧劲度系数的求解 ‎【答案】25.85 0.98 弹簧的原长l0‎ ‎【解析】弹簧的进度系数，刻度尺的指示为弹簧的总长，所以需要求得弹簧的原长才可计算；‎ 图2显示挂一个钩码时弹簧的总长为l1为25.85cm，挂2个钩码时弹簧的弹力等于2个够吗的总重力，大小为 ‎9.（2015山东） 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：‎ ‎①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。‎ ‎②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F(N)‎ ‎0‎ ‎0.50‎ ‎ 1.00‎ ‎ 1.05‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l (cm)‎ l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新记为、，橡皮筋的拉力记为。‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。‎ 完成下列作图和填空：‎ ‎（1）利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F—l图线，根据图线求得l0=_____cm。‎ ‎（2）测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则FOA的大小为________N。‎ ‎（3）根据给出的标度，在答题卡上作出FOA和FOB的合力的图示。‎ ‎（4）通过比较与________的大小和方向，即可得出实验结论。‎ ‎【考向】验证力的平行四边形定则、弹簧劲度系数的求解，活结的特点 ‎【答案】（1）10.00；（2）1.80；（3）如图；（4）FOO’‎ ‎【解析】（1）做出F-l图像，求得直线的截距即为l0，可得l0=10.00cm ；‎ ‎（2）可计算弹簧的劲度系数为；若OA=6.00cm，OB=7.60cm，则弹簧的弹力；则此时； ‎ ‎（3）如图；‎ ‎（4）通过比较F’和FOO’的大小和方向，可得出实验结论. ‎ ‎10．（2014全国1）某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：‎ ‎(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(选填“线性”或“非线性”)关系．‎ ‎(2)由图(b)可知，am图线不经过原点，可能的原因是________．‎ ‎(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________，钩码的质量应满足的条件是________．‎ ‎【考向】验证牛二定律 ‎【答案】(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量 ‎【解析】本题考查了验证牛顿第二定律的实验．(1)根据图中描出的各点作出的图像不是一条直线，故小车的加速度和钩码的质量成非线性关系．(2)图像不过原点，小车受到拉力但没有加速度，原因是有摩擦力的影响．(3)平衡摩擦力之后，在满足钩码质量远小于小车质量的条件下，可以得出在小车质量不变的情况下拉力与加速度成正比的结论．‎ ‎11.（2018全国1）如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。‎ 现要测量图（a）中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为；当托盘内放有质量为的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为 cm。当地的重力加速度大小为，此弹簧的劲度系数为 N/m（保留3位有效数字）。‎ 图（b）‎ 主尺 cm 游标 ‎0‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 游标 主尺 图（a）‎ 指针 ‎【考向】游标卡尺的读数、弹簧进度系数的测量 ‎【答案】3.775  53.7‎ ‎【解析】弹簧的劲度系数 ‎12. （2014·浙江）在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究．‎ 题图1‎ 钩码数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ LA/cm ‎15.71‎ ‎19.71‎ ‎23.66‎ ‎27.76‎ LB/cm ‎29.96‎ ‎35.76‎ ‎41.51‎ ‎47.36‎ 表1‎ ‎(1)某次测量如图2所示，指针示数为________ cm.‎ ‎(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表1.用表1数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为____ N/m(重力加速度g取10 m/s2)．由表Ⅰ数据________(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数．‎ 题图2‎ ‎【考向】刻度尺的读数、弹簧劲度系数的测量 ‎【答案】 (1)(15.95～16.05)cm，有效数字位数正确 (2)(12.2～12.8) N/m　能 ‎【解析】‎ ‎(1)由图2可知刻度尺能精确到0.1 cm，读数时需要往后估读一位．故指针示数为16.00±0.05 cm.‎ ‎(2)由表1中数据可知每挂一个钩码，弹簧Ⅰ的平均伸长量Δx1≈4 cm，弹簧Ⅱ的总平均伸长量Δx2≈5.80 cm，根据胡克定律可求得弹簧Ⅰ的劲度系数为12.5 N/m，同理也能求出弹簧Ⅱ的劲度系数． ‎