高三物理二轮复习第一篇专题攻略课时巩固过关练十五专题七物理实验第15讲力学实验(新)

课时巩固过关练十五

力学实验

(45分钟100分)

1.(16分)(2016·汕头二模)某物理小组的同学设计了一个测量克服空气阻力做功的实验。设计实验装置如图,让塑料小球从A点下落,经过B点放置的光电门,用光电计时器记录小球通过光电门时挡光的时间。

实验步骤如下:

(1)用螺旋测微器测量小球的直径d,所示读数为____________________mm。

(2)用天平测量小球的质量M,用直尺测量AB之间的距离H。

(3)将小球从A点静止释放,由光电计时器读出小球的挡光时间t,用测量的物理量完成下列两空(重力加速度为g)。

(4)小球通过光电门时的速度v=____________________。

(5)小球从A到B过程中克服摩擦阻力所做的功W f=____________________。

【解析】(1)螺旋测微器的固定刻度为5.5mm,可动刻度为34.5×0.01 mm=

0.345 mm,所以最终读数为5.5 mm+0.345 mm=5.845 mm。

(4)滑块通过光电门时的速度:v=。

(5)小球从A到B过程中,根据动能定理得:

MgH-W f=Mv2-0

解得:W f=MgH-

答案:(1)5.845 (4)(5)MgH-

2.(16分)(2015·福建高考)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。

(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为____＿＿_

_______________cm。

(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是____________________。(填选项前的字母)

A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是_______________＿＿___________

______________________。

【解析】(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2=14.66cm,Δl=l2-l1=6.93cm。

(2)为防止弹簧超出弹性限度应逐渐增加钩码的重量,故选A。

(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,主要原因是钩码重力超出弹簧的弹性限度。

答案:(1)6.93 (2)A (3)超出弹簧的弹性限度

3.(16分)(2016·全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示。轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。

(1)实验中涉及下列操作步骤:

①把纸带向左拉直

②松手释放物块

③接通打点计时器电源

④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量

上述步骤正确的操作顺序是________________(填入代表步骤的序号)。

(2)图乙中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为____________m/s。比较两纸带可知,________________(选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。

【解析】(1)实验中的操作步骤为首先向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量。在利用纸带打点之前,先把纸带向左拉直。为了使纸带上的点能记录物块的运动情况,应先接通打点计时器电源,再松手释放物块。所以实验操作步骤为④①③②。

(2)脱离弹簧后物体做匀速直线运动,则纸带M运动的末速度v M=×10-2m/s=1.29 m/s,纸带L

运动的末速度v L=×10-2m/s=0.77 m/s。由动能定理可知,松手释放物块后,弹性势能完全转化为动能,所以物体的末动能越大,则弹簧被压缩后的弹性势能越大,则E pM>E pL。

答案:(1)④①③②(2)1.29 M

4.(16分)某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。

(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,利用现有器材如何判断导轨是否水平?_＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿___。

(2)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=____________________cm;

实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s,则滑块经过光电门时的瞬时速度为___＿＿＿＿＿＿_____

________________m/s。在本次实验中还需要测量的物理量有:钩码的质量m、________________________和________________________(文字说明并用相应的字母表示)。

(3)本实验通过比较________________________和________________________在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示),从而验证了系统的机械能守恒。

【解析】(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动)。

(2)d=5mm+2×0.1mm=5.2mm=0.52 cm;滑块经过光电门时的瞬时速度为v==

0.43m/s;根据机械能守恒定律,应该满足mgs=(m+M)()2,所以本次实验中还需要测量的物理量有:钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M。

(3)通过比较mgs和(m+M)()2在实验误差允许的范围内相等,从而验证了系统的机械能守恒。

答案:(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑

块能基本做匀速直线运动) (2)0.52 0.43 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s 滑块的质量M

(3)mgs (m+M)()2

5.(18分)(2016·江苏高考)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将

钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔE p与动能变化大小ΔE k,就能验证机械能是否守恒。

(1)用ΔE p=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________________之间的竖直距离。

A.钢球在A点时的顶端

B.钢球在A点时的球心

C.钢球在A点时的底端

(2)用ΔE k=mv2计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图乙所示,其读数为____________cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v=________________m/s。

(3)下表为该同学的实验结果:

ΔE p(×10-2J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38

ΔE k(×10-2J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8

他发现表中的ΔE p与ΔE k之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。

(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。

【解析】(1)将小球视为质点,所以钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到钢球在A点时的球心的距离。

(2)从图中读出遮光条宽度为1.50cm(1.49～1.51都算对)。速度v==1.50m/s。

(3)实验中若有空气阻力作用,会造成ΔE k小于ΔE p,所以该同学的观点是错误的。

(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔE k时,将v折算成钢球的速度v'=v。

答案:(1)B (2)1.50(1.49～1.51都算对) 1.50 (3)不同意,因为空气阻力会造成ΔE k小于ΔE p,但表中的ΔE k大于ΔE p。

(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔE k时,将v折算成钢球的速度v'=v

6.(18分)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-图象的斜率为k,设AB间的距离为s,当遮光条的宽度为d时,则滑块和遮光条的总质量为M=________________。

【解析】(1)由图知第6条刻度线与主尺对齐,d=2mm+6×0.05 mm=2.30 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,滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。

根据运动学公式得:若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离L。

(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=2as,v=,a=,

可得:=2··L

解得:M==(图线的斜率k==Ft2)

答案:(1)2.30 (2)遮光条到光电门的距离L

(3)见解析图(4)