高考物理大二轮专题复习 考前增分练 实验题专练部分 力学实验的设计与探究

高考物理大二轮专题复习 考前增分练 实验题专练部分 力学实验的设计与探究1某同学用如图1所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”三条细绳结于O点分别与两弹簧测力计和钩码相接图1(1)实验步骤如下：A弹簧测力计A挂于固定在竖直木板上的P点；B结点O下的细绳挂钩码C；C手持弹簧测力计B缓慢向左拉，使结点O静止在某位置；D记下钩码的质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、记录_(2)在实验过程中，下列哪些情况会对实验结果产生误差？_(选填选项前的字母)A木板不竖直BA弹簧测力计外壳的重力CB弹簧测力计的拉力方向没有保持水平D改变弹簧测力计B的拉力进行多次实验时，结点O的位置发生变化(3)某次实验中该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出解决问题的一个办法_答案(1)三条细线(拉力)的方向(2)A(3)减小弹簧测力计B的拉力；或减小钩码C的质量；或减小AO与BO之间的夹角解析(1)矢量和不仅与大小有关，与方向也有关，所以得记下钩码的质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、还有记录三条细绳(拉力)的方向(2)木板不竖直时，钩码和木板间有摩擦力会产生误差；B、C对实验无影响；结点O的位置发生变化是一种错误操作2在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中图2(1)某同学采用如图2所示的装置进行试验，_(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，_(选填“需要”或“不需要”)测量小车的质量(2)该同学在研究小车运动时打出了一条纸带，如图3所示在纸带上，连续5个点为一个计数点，相邻两个计数点之间的距离见下表，并画出对应的图线(其中横坐标数值表示第几个0.1 s，纵坐标对应的是该0.1 s内物体的位移)如图4所示则小车的速度随时间_(选填“是”或“不是”)均匀变化；整个过程中小车的平均加速度为_ m/s2.(保留两位有效数字)图3图4时间t/0.1 s123456相邻计数点的距离xn/cm1.452.453.464.445.456.46答案(1)不需要不需要(2)是1.0(0.951.1均可)解析(1)本实验的目的是探究小车速度随时间的变化规律，故不需要平衡摩擦力，也不需要测量小车的质量(2)由题图知，小车的速度随时间是均匀变化的，可求小车的加速度x6x15aT2，解得加速度a1.0 m/s2.3某课外兴趣小组利用如图5所示的实验装置研究“加速度与合外力的关系”图5(1)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是()A不挂钩码，放开没有纸带的小车，能够自由下滑即可B不挂钩码，轻推没有纸带的小车，小车能够匀速下滑即可C不挂钩码，放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可(2)该小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度a与细线上拉力F的关系，下列图象中能正确表示该同学实验结果的是_(3)在上述实验中打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，某次实验中一段纸带的打点记录如图6所示，则小车运动的加速度大小为_ m/s2.(保留3位有效数字)图6答案(1)D(2)A(3)7.50解析(1)平衡摩擦力时，使重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够做匀速直线运动，则摩擦力得到平衡选D.(2)因为拉力是由传感器测出，已经平衡了摩擦力，则加速度与拉力的关系图线是过原点的倾斜直线，即加速度与拉力成正比选A.(3)根据xaT2，运用逐差法得，a7.50 m/s2.4某兴趣小组的实验装置如图7所示，通过电磁铁控制的小球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t，测出A、B之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束图7(1)若用该套装置验证机械能守恒，已知重力加速度为g，还需要测量的物理量为_AA点与地面间的距离HB小球的质量mC小球从A到B的下落时间tABD小球的直径d(2)用游标卡尺测得小球直径如图8所示，则小球直径为_ cm，某次小球通过光电门毫秒计数器的读数为3 ms，则该次小球通过光电门B时的瞬时速度大小为v_ m/s.图8(3)若用该套装置进行“探究做功和物体速度变化关系”的实验，大家提出以下几种猜想：Wv；Wv2；W.然后调节光电门B的位置，计算出小球每次通过光电门B的速度v1、v2、v3、v4，并测出小球在A、B间的下落高度h1、h2、h3、h4，然后绘制了如图9所示的hv图象若为了更直观地看出h和v的函数关系，他们下一步应该重新绘制()图9Ahv2图象 Bh 图象Ch 图象 Dh 图象答案(1)D(2)1.143.8(3)A解析(1)根据机械能守恒定律知，需要知道速度和物体下落的高度，故选项D正确(2)游标卡尺是10分的，故游标卡尺的的读数为1.14 cm，由平均速度来表示瞬时速度，故v3.8 m/s.(3)由于图中曲线是开口向上的抛物线，故由数学知识可以猜到hv2关系，故选项A正确5(xx河南豫东豫北名校五模)小宇同学看见一本参考书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时的弹性势能为Epkx2”，为了验证该结论，他分别设计了下面的三个实验(重力加速度用g表示)：实验一：如图10甲所示，在竖直挂着的弹簧下端挂上一个质量为m的小球，测得其静止后弹簧的形变量为d；实验二：如图乙所示，将同一根弹簧竖直固定在水平桌面上，并把同一个小球置于弹簧上端，在弹簧外侧套一根带插销孔的内壁光滑的透明长管，将弹簧压缩后用插销锁定，测出弹簧压缩量为x.拔掉插销解除锁定后，弹簧将小球弹起，测出小球上升的最大高度为H；实验三：如图丙所示，将这根弹簧置于光滑水平桌面上，一端固定，另一端通过前面的小球将弹簧压缩x后释放，测得桌面高度为h，小球最终落点与桌面边沿的水平距离为L.图10(1)由实验一测得该弹簧的劲度系数k_；(2)若Epkx2成立，则实验二中测出的物理量x与d、H的关系式是x_；(3)若Epkx2成立，则实验三中测出的物理量x与d、h、L的关系式是x_.答案(1)(2)(3)L解析(1)如题图甲所示，在竖直挂着的弹簧下端挂上一个质量为m的小球，测得其静止后弹簧的形变量为d，根据二力平衡得：Fmgkdk.(2)拔掉插销解除锁定后，弹簧将小球弹起，测出小球上升的最大高度为H，若Epkx2成立，根据小球和弹簧系统机械能守恒列出等式Epkx2mgH由解得x.(3)将弹簧压缩x后释放，小球初动能Ek10，小球离开桌面后，以初速度v0做平抛运动，则有Lv0thgt2可得v0L弹簧的弹性势能转化为小球的动能，所以Epkx2mv解得xL.6某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了如图11所示甲、乙两套装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有沙子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置图11(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦，小组成员认为：甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小；乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小请判断两种分析是否正确，若不正确，请指明并简要说出不正确的原因_.(2)选择了上述一种合理的方法后，要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还必需的两个实验仪器是_、_.(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大，在长木板保持水平的情况下，请你利用该装置测出小车受到的阻力，其方法是_(4)在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，某同学打出的一段纸带如图12所示，O、A、BF为打点计时器连续打出的计时点，根据图中数据求出小车运动时与纸带上E点相对应的瞬时速度vE_ m/s.(结果保留3位有效数字)图12答案(1)的说法是正确的；的说法不正确，因为当小车加速运动时，要考虑滑轮的质量，小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍(2)刻度尺天平(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小(4)1.39解析(1)在题图甲中，小车的拉力等于弹簧秤的拉力，在题图乙中，考虑到动滑轮的质量m，设弹簧秤的拉力为F，小车对滑轮的拉力为FT，则2FFTma，知小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍(2)该实验要计算出小车的动能，要测量小车的质量，所以需要天平；要测量纸带计时点之间的长度，还需要刻度尺(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小(4)E点的速度等于DF段的平均速度vE m/s1.39 m/s.7研究性学习小组为“研究匀变速直线运动的规律”和“测当地的重力加速度”，采用了如图13所示的装置，其中m150 g、m2150 g，开始时保持装置静止，然后释放物块m2，m2可以带动m1拖着纸带打出一系列的点，只要对纸带上的点进行测量，即可研究匀变速直线运动某次实验打出的纸带如图14所示，0是打下的第一个点，两相邻点间还有4个点没有标出，交流电频率为50 Hz.图13图14(1)系统的加速度大小为_ m/s2，在打点05的过程中，系统动能的增量Ek_ J.(2)忽略一切阻力的情况下，某同学作出的h图象如图15所示，则当地的重力加速度g_ m/s2.图15答案(1)4.80.576(2)9.6解析(1)据题意，从纸带可以求出系统的加速度：x56x45aT2，而相邻计数点之间时间间隔为：T0.1 s，则加速度为：a4.8 m/s2，在打点05的过程中，系统动能的增量为：Ek(m1m2)v，计数点5的瞬时速度为：v52.4 m/s，则Ek0.576 J.(2)据(m2m1)gh(m1m2)v，整理得：，则图象斜率为：k4.8，重力加速度为：g9.6 m/s2.8(xx山东省济南市二模)为了测量木块与木板间动摩擦因数，某小组使用位移传感器设计了如图16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，如图乙所示图16(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；(2)为了测定动摩擦因数，还需要测量的量是_；(已知当地的重力加速度g)(3)为了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度，下列措施可行的是_AA点与传感器距离适当大些B木板的倾角越大越好C选择体积较大的空心木块D传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻答案(1)0.41(2)斜面倾角(或A点的高度)(3)A解析(1)0.4 s时木块的速度等于0.2 s0.6 s内的平均速度，即v m/s0.4 m/s；根据xaT2，可求出木块的加速度a m/s21 m/s2.(2)根据mgsin mgcos ma，可知测出倾斜角或A点的高度算出倾斜角(3)当A点与传感器距离适当大些，可测出多组数据，求平均值，能提高测量精度，A正确；倾斜角越大，测得的数据越少，不利于提高测量精度，B错误；若选择体积较大的空心木块，在下降过程中，受空气阻力变大，影响了动摩擦因数的测量，C错误；传感器开始计时的时刻不一定是从A点释放的时刻，只要根据中间一段的xaT2，就可算出加速度，D错误【解题方法技巧】力学实验的复习策略强化总结提升能力力学实验部分在高考中常以运动的研究为载体，考查速度、加速度等物理量的测量，或考查力学规律的验证与探究，同时实验原理的理解、实验数据的处理、实验误差的分析仍然是高考考查的重点与热点高考力学实验题大部分是从课本中的学生实验变形而来我们首先要掌握课本要求的基本的实验原理和方法，在复习中要善于找出不同实验在知识或能力要求上的共性和个性如：验证机械能守恒定律实验、验证牛顿第二定律实验、研究匀变速直线运动实验在原理、操作、数据分析等要求上有很多共同点；验证型实验就是在一定的条件下测量出相关物理量并判断规律是否成立，而探究型实验本质是验证型实验，只不过需要先进行物理上的推导或猜想