专题13 力学实验（易错练兵）-2018年高考物理备考黄金易错点

专题13 力学实验（易错练兵）-2018年高考物理备考黄金易错点

‎1．小刚同学用如图所示的实验装置研究“机械能守恒定律”，他进行如下操作：‎ ‎ ‎ ‎①用天平测出小球的质量为0.50 kg；‎ ‎②用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm；‎ ‎③用刻度尺测出小球球心到光电门的距离为82.05 cm；‎ ‎④电磁铁先通电，让小球吸在其下端；‎ ‎⑤电磁铁断电时，小球自由下落；‎ ‎⑥在小球通过光电门时，计时装置记下小球通过光电门所用的时间为2.50×10－3 s，由此可算出小球通过光电门的速度。‎ ‎(1)由以上测量数据可计算得出小球重力势能的减少量ΔEp＝________J，小球动能的变化量ΔEk＝________ J。(g取9.8 m/s2，结果均保留三位有效数字)‎ ‎(2)从实验结果中发现ΔEp________(选填“稍大于”“稍小于”或“等于”)ΔEk，试分析可能的原因：________________________。‎ ‎ ‎ ‎(2)从实验结果中发现ΔEp稍大于ΔEk，可能的原因是空气阻力的影响。‎ 答案：(1)4.02 4.00 (2)稍大于 空气阻力的影响 ‎2．如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距为L＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录细线拉力和小车到达A、B时的速率。‎ ‎ ‎ ‎(1)本实验有关的说法正确的是( )‎ A．两速度传感器之间的距离应适当远些 B．要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力 C．应先释放小车，再接通速度传感器的电源 D．改变所挂钩码的数量时，要使所挂钩码的质量远小于小车质量 E．不必用天平测出小车和车上的拉力传感器的总质量 ‎(2)某同学在表中记录了实验测得的几组数据，vB2－vA2是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式为a＝__________，表中第3次实验缺失的数据是__________m/s2(结果保留三位有效数字)；‎ 次数 F(N)‎ vB2－vA2(m2/s2)‎ a(m/s2)‎ ‎1‎ ‎0.60‎ ‎0.77‎ ‎0.80‎ ‎2‎ ‎1.04‎ ‎1.61‎ ‎1.68‎ ‎3‎ ‎1.42‎ ‎2.34‎ ‎4‎ ‎2.00‎ ‎3.48‎ ‎3.63‎ ‎5‎ ‎2.62‎ ‎4.65‎ ‎4.84‎ ‎6‎ ‎3.00‎ ‎5.49‎ ‎5.72‎ ‎ ‎ ‎(3)表中a与F并不成正比，这是由于__________(填写“平衡摩擦力不足”或“平衡摩擦力过度”)造成的。‎ ‎ ‎ ‎(3)表中a与F并不成正比，这是由于平衡摩擦力不足造成的。‎ 答案：(1)ABE (2) 2.44 (3)平衡摩擦力不足 ‎3．为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ，某小组使用DIS位移传感器设计了如图甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律如图乙所示。‎ ‎ ‎ ‎(1)根据上述图线，计算0.4 s时木块的速度v＝__________m/s，木块加速度a＝________m/s2(结果均保留2位有效数字)。‎ ‎(2)为了测定动摩擦因数μ，还需要测量的量是________________ (已知当地的重力加速度g)；得出μ的表达式是μ＝________。‎ ‎ ‎ 答案：(1)0.40 1.0 (2)斜面倾角θ(或A点的高度h、底边长度d、斜面长度L等) ‎ ‎4．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块及遮光条都从位置A处由静止释放。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝__________ mm。‎ ‎(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是________________。‎ ‎(3)改变钩码质量，读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，该同学已经将实验中的数据描入了图丙所示F坐标系中，请用平滑的曲线将各点连接起来。‎ ‎(4)若图丙中所作的F图像的斜率为k，设AB间的距离为L，当遮光条的宽度为d时，则滑块和遮光条的总质量为M＝________。‎ ‎ ‎ ‎(3)如图所示 ‎ ‎ ‎(4)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v2＝2aL，v＝，a＝ 可得：＝2··L，‎ 解得：M＝＝。‎ 答案：(1)2.25 (2)遮光条到光电门的距离L (3)见解析图 (4) ‎5．用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。‎ ‎ ‎ ‎(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________。‎ ‎(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。‎ A．弹簧原长 B．当地重力加速度 C．滑块(含遮光片)的质量 ‎(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将________。‎ A．增大 B．减小 C．不变 ‎ ‎ 答案：(1)v＝ (2)C (3)B ‎6．现利用如图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。‎ ‎ ‎ 实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00‎ ‎ cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0 Hz。‎ 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。‎ ‎ ‎ 若实验允许的相对误差绝对值最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。‎ ‎ ‎ v0＝2.00 m/s③‎ v1＝0.970 m/s④‎ 设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有 v2＝⑤‎ 代入题给实验数据得 v2＝2.86 m/s⑥‎ 设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′，则 p＝m1v0⑦‎ p′＝m1v1＋m2v2⑧‎ 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 δp＝×100%⑨‎ 联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得 δp＝1.7%<5%⑩‎ 因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。‎ 答案：见解析 ‎7．为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数，某小组设计了如图甲所示的实验装置，其中挡板可固定在桌面上，轻弹簧左端与挡板相连，图中桌面高为h，O1、O2、A、B、C点在同一水平直线上。已知重力加速度为g，空气阻力可忽略不计。‎ 实验过程一：挡板固定在O1点，推动滑块压缩弹簧，滑块移到A处，测量O1A的距离，如图甲所示。滑块由静止释放，落在水平面上的P点，测出P点到桌面右端的水平距离为x1。‎ 实验过程二：将挡板的固定点移到距O1点距离为d的O2点，如图乙所示，推动滑块压缩弹簧，滑块移到C处，使O2C的距离与O1A的距离相等。滑块由静止释放，落在水平面上的Q点，测出Q点到桌面右端的水平距离为x2。‎ ‎ ‎ ‎(1)为完成本实验，下列说法中正确的是________。‎ A．必须测出小滑块的质量 B．必须测出弹簧的劲度系数 C．弹簧的压缩量不能太小 D．必须测出弹簧的原长 ‎(2)写出动摩擦因数的表达式μ＝________。(用题中所给物理量的符号表示)‎ ‎(3)小红在进行实验过程二时，发现滑块未能滑出桌面。为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数，还需测量的物理量是___________________________________________。‎ ‎(4)某同学认为，不测量桌面高度，改用秒表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间，也可测出小滑块与水平桌面间的动摩擦因数。此实验方案________。(选填“可行”或“不可行”)‎ 解析：(1、2)滑块离开桌面后做平抛运动，平抛运动的时间：t＝ 滑块飞行的距离：x＝vt 所以滑块第1次离开桌面时的速度：v1＝x1 ①‎ 滑块第2次离开桌面时的速度：v2＝x2 ②‎ ‎ ‎ ‎(3)在进行实验过程二时，发现滑块未能滑出桌面，则可以认为滑块的末速度是0。为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数，还需要测量出滑块停止滑动的位置到B点的距离。‎ ‎(4)改用秒表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间，来测定小滑块与水平桌面间的动摩擦因数。此实验方案是不可行的，原因是滑块在空中飞行时间很短，难以把握计时起点和终点，秒表测时间误差较大。‎ 答案：(1)C (2) (3)滑块停止滑动的位置到B点的距离 (4)不可行 ‎8．(1)图1123甲是用游标卡尺测量某金属圆筒外径时的示数，可读出该圆筒外径为 ‎____________cm．‎ ‎(2)图乙是用螺旋测微器测量某金属棒直径时的示数，可读出该金属棒直径为________mm．‎ ‎ ‎ 甲 乙 图1123‎ ‎【解析】 (1)游标卡尺主尺读数为24 mm，50分度游标卡尺的精确度为0．02 mm，游标卡尺第49条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为0．98 mm，所以该圆筒外径测量值为24．98 mm＝2．498 cm．(2)螺旋测微器固定刻度部分读数为2．5 mm，可动刻度部分最小分度值为0．01 mm，可动刻度部分读数为32．6×0．01 mm＝0．326 mm，因此金属棒的直径测量值为2．826 mm．‎ ‎【答案】 (1)2．498 (2)2．826(2．825～2．828均对)‎ ‎9．一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则． ‎ ‎ ‎ 图1125‎ ‎(1)如图1125(a)，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶________时电子秤的示数F．‎ ‎(2)如图(b)，将三根细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A 和水壶杯带上．水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、________和电子秤的示数F1．‎ ‎(3)如图(c)，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上．手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使________和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2．‎ ‎(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________，则平行四边形定则得到验证．‎ ‎ ‎ ‎【答案】 (1)静止 (2)三根细线的方向 (3)结点O的位置 (4)F和F′在误差范围内重合 ‎10．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1126(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1126(b)记录了桌面上连续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)‎ ‎ ‎ 图1126‎ ‎(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．(结果均保留两位有效数字)‎ ‎ ‎ ‎【答案】 (1)从右向左 (2)0．19 0．038‎ ‎11．如图1127甲所示，通过实验测量正方体铁块与长木板间的动摩擦因数．在水平桌面上放一块长木板，适当垫高木板的一端，让铁块从木板的顶端a由静止滑到底端b，铁块与b处的垂直长木板的光滑弹性挡板相碰后被反弹到c时速度变为零．现用刻度尺量出长木板的长度L，a、c间的距离x．‎ ‎ ‎ 甲 乙 图1127‎ ‎(1)要完成实验还需要用刻度尺测量出________________________，根据测出的数据，若不考虑铁块的宽度和空气阻力的影响，则铁块与长木板间的动摩擦因数可表示为________________．(用测得的量的符号表示)‎ ‎(2)为了提高实验的精度，需考虑铁块的宽度，图乙是进一步实验时用游标卡尺测量铁块宽度的示意图，由图可知铁块的宽度为________cm．‎ ‎(3)以下能引起实验误差的是________．(填选项序号)‎ A．铁块的质量 B．当地的重力加速度 C．铁块与挡板碰撞时有能量损失 D．测量长度时的读数误差 ‎ ‎ ‎【答案】 (1)铁块开始运动时离桌面的高度h ‎(2)3．140 (3)CD ‎12．如图1128甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置，在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条．若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象． ‎ ‎ ‎ 甲 乙 ‎ ‎ 丙 图1128‎ ‎(1)实验前，接通电源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，若图乙中的Δt1>Δt2，说明气垫导轨________端偏高(选填“左”或“右”)．‎ ‎(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm．‎ ‎(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置静止释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和__________(写出物理量的名称及符号)．‎ ‎(4)若上述物理量间满足关系式 __________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．‎ ‎【解析】 (1)滑块做加速运动，说明气垫导轨右端偏高．(2)由图可得d＝2．25 mm．(3)若要验证系统机械能守恒还需测出两光电门间距离L和滑块总质量M．(4)若钩码重力势能的减少量在数值上等于钩码和滑块动能的增加量，则系统机械能守恒．‎ ‎【答案】 (1)右 (2)2．25 (3)滑块总质量M 两光电传感器A、B间距离L ‎(4)mgL＝(M＋m)2－(M＋m)2‎ ‎13．用如图1129所示的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．‎ ‎ ‎ 图1129‎ ‎(1)实验时，一定要进行的下列操作是________．‎ a．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 b．改变砂和砂桶质量，打出几条纸带 c．用天平测出砂和砂桶的质量 ‎ d．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 ‎(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的aF图象可能正确的是________．‎ ‎ ‎ ‎(3)若得出的aF图象的斜率为k，则小车的质量为________．‎ ‎ ‎ ‎【答案】 (1)ab (2)A (3) ‎14．某学习小组利用气垫导轨装置来探究“做功与物体动能改变的关系”，图1130a为实验装置示意图．利用气垫导轨上的光电门可测出滑块上的细窄挡光片经过时的挡光时间．重力加速度为g，气垫导轨水平放置，不计滑轮和导轨摩擦．实验步骤如下：‎ ‎ ‎ 图1130‎ a．测出挡光条的宽度为d，滑块与挡光条的质量为M；‎ b．轻细线的一端固定在滑块上，另一端绕过定滑轮挂上一砝码盘，盘和砝码的总质量为m(m≪M)，细绳与导轨平行；‎ c．让滑块静止放在导轨左侧的某一位置，测出挡光条到光电门的距离为x；‎ d．释放滑块，测出挡光条经过光电门的挡光时间为Δt；‎ e．改变砝码的质量，保证滑块每次都在同一位置由静止释放，光电门可测得对应的挡光时间．‎ ‎(1)滑块经过光电门时速度的计算式v＝________．(用题目中所给的字母来表达)‎ ‎(2)细线的拉力做功可表达为W＝________，滑块的动能改变表达为Ek＝________．(用题目中所给的字母来表达)‎ ‎(3)我们可以通过测得的多组数据来建立m的关系图象来进行更准确的实验验证，则图1130b图象中哪一项更符合真实的实验情况________．‎ ‎ ‎ ‎(3)该实验中保持滑块质量M不变，因此有：v2＝2as，则a＝＝，‎ 而a＝＝，所以＝m．‎ 砝码质量m增加不能远小于滑块的质量时，直线在末端发生弯曲，则此结果对应于图丙．‎ ‎【答案】 (1) (2)mgx M2 (3)丙 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎