专题10 力学实验(高考押题)-2017年高考物理考纲解读与热点难点突破(解析版)

1．某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图所示，图中A 、B 两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得小物体上宽度为d 的挡光片通过A 的挡光时间为t 1，通过B 的挡光时间为t 2，重力加速度为g .为了证 明小物体通过A 、B 时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明．(1)下列必要的实验测量步骤是________．A ．用天平测出运动小物体的质量mB ．测出A 、B 两传感器之间的竖直距离hC ．测出小物体释放时离桌面的高度HD ．用秒表测出运动小物体由传感器A 到传感器B 所用时间Δt (2)若该同学用d 和t 1、t 2的比值分别来反映小物体经过A 、B 光电门时的速度,并设想如果能满足_______关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的 机械能是守恒的．答案 (1)B (2)⎝⎛⎭⎫d t 22－⎝⎛⎭⎫d t 12＝2gh 2．如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O 、A 、B 、C 、D 和E 为纸带上六个计数点，加速度大小用a 表示．(1)OD 间的距离为________cm. (2)图乙是根据实验数据绘出的x-t 2图线(x 为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示_____________，加速度大小为________m/s 2(保留三位有效数字)．答案 (1)1.20 (2)加速度的一半(或a 2) 0.933 3．某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律:在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块m ，滑块可沿米尺自由下落．在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A ，线框平面在水平面内，滑块可穿过线框，如图所示．把滑块从米尺的0刻度线处释放，记下线框所在的刻度h 和滑块穿过线框时的电压U .改变h ，调整线框的位置， 多做几次实验，记录各次的h ，U .(1)如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线________(选填“Uh ”或“U 2h ”)更容易得出结论．(2)影响本实验精确程度的因素主要是____________________________(列举一点即可)． 解析 (1)由mgh ＝12mv 2得v ＝2gh ，根据法拉第电磁感应定律得U ＝BLv ＝BL 2gh ，则U 2＝2B 2L 2gh ，每次滑落时B 、L 相同，故U 2与h 成正比，如果 采用图象法对得出的数据进行分析论证，线性图线会更直观，故用U 2h 图象；(2)由于空气阻力等影响，使滑块下落时减少的重力势能不能完全转化为动能从而带来实验误差． 答案 (1)U 2h (2)空气阻力(或电磁感应损失机械能)4．在“探究加速度与质量的关系”的实验中(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、 小车、砝码;D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是______________．(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T ；B 、C 间 距s 2和D 、E 间距s 4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为__________．(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a 1m图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为______kg ；(g 取10 m/s 2)(4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能 _____________________．(4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点，当F 为某一值时，加速度为零，可知平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．答案 (1)天平 (2)a ＝s 4－s 22T 2(3)0.02(0.018～0.022均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 5．某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k 的弹簧，形变量为x 时弹性势能为E p ＝12kx 2”，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计了以 下步骤进行实验．实验步骤： A ．水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时器的纸带；B ．将弹簧拉伸x 后用插销锁定，测出其伸长量x ；C ．打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；D ．选择纸带上某处的A 点测出其速度v ；E ．取不同的x 重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论． 实验中已知小车的质量为m ，弹簧的劲度系数为k ，则：(1)长木板右端垫一小物块，其作用是________________________________________________________________________； (2)如图乙中纸带上A 点位置应在________(填s 1、s 2、s 3)的段中取；(3)若E p ＝12kx 2成立，则实验中测量出物理量x 与m 、k 、v 关系式是x ＝________． 解析 ①本实验的原理是将弹簧的弹性势能转化为小车的动能，长木板右端 垫一小物块，其作用是平衡摩擦力；②根据实验原理，点间距均匀，为匀速直线运动阶段，说明速度达到最大， 故纸带上A 点位置应在s 2段；③根据能量守恒，有E p ＝12kx 2＝12mv 2，解得：x ＝m kv .答案 (1)平衡摩擦力 (2)s 2 (3)m kv 6.某探究学习小组用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数.在实验桌上固定一斜面，在斜面上距斜面底端挡板一定距离处放置一小滑块，系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球，整个系统处于静止状态.剪断细线后，小滑块沿斜面向下运动与挡板相碰，小球自由下落与地面相碰，先后听到两次碰撞的声音.反复调节挡板的位置，直到只听到一次碰撞的声音.测得此情况下小滑块距挡板的距离x ＝0.5 m ，距桌面距离h ＝0.3 m ，小球下落的高度H ＝1.25 m ，取g ＝10 m/s 2.不考虑空气的 阻力，则：（1）小滑块与挡板碰前的速度大小为 m/s.（2）滑块与木板间动摩擦因数的表达式为 （用所给物理量的符号表 示），代入数据得μ＝ Ｗ.解析 （1）同时听到声音说明小球与小滑块运动时间相同，设都为t ，由小球做自由落体运动有H ＝12gt 2，解得t ＝2H g ＝0.5 s ， 则小滑块与挡板碰撞时的速度为v ＝2x t＝2 m/s.答案 （1）2 （2）μ＝Hh －x 2H x 2－h 20.25 7. “动能定理”和“机械能守恒定律”是物理学中很重要的两个力学方面的物理规律.某同学设计了如图所示的实验装置.一个电磁铁吸住一个小钢球,当将电磁铁断电后,小钢球将由静止开始向下加速运动.小钢球经过光电门时，计时装置将记录小钢球通过光电门所用的时间t ，用直尺测量出小钢球由静止开始下降至光电门时的高度h .（1）该同学为了验证“动能定理”,用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如下图所示，他记录的小钢球的直径d＝cm.（2）该同学在验证“动能定理”的过程中,忽略了空气阻力的影响，除了上述的数据之外是否需要测量小钢球的质量（填“需要”或“不需要”）.（3）如果用这套装置验证机械能守恒定律,下面的做法能提高实验精度的是Ｗ.A.在保证其他条件不变的情况下，减小小球的直径B.在保证其他条件不变的情况下，增大小球的直径C.在保证其他条件不变的情况下，增大小球的质量D.在保证其他条件不变的情况下，减小小球的质量解析（1）主尺读数为13 mm，游标尺的精确度为0.02 mm，第10个刻度和主尺对齐，故游标尺读数为0.20 mm，故小钢球的直径为1.320 mm；答案（1）1.320（2）不需要（3）AC8.某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律.（1）某同学用20分度的游标卡尺测量一小球的直径，示数如图甲所示，则小球的直径d＝cm.（2）如图乙所示，弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为Δt A、Δt B.用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，用游标卡尺测得小球直径为d，当地的重力加速度为g，在误差范围内，若公式成立，就可以验证机械能守恒（用题中给出的物理量符号表示）.答案（1）1.020（2）（dΔt A）2－（dΔt B）2＝2gh9.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，每次滑块都从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）下列不必要的一项实验要求是 Ｗ.（请填写选项前对应的字母）A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A 位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行 （4）改变钩码质量,测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 ,通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应 作出 图象.（选填“t 2F ”、“1t F ”或“1t 2F ”）.解析 （1）遮光条的宽度d ＝2 mm ＋5×0.05 mm ＝2.25 mm. （2）该实验是由物块做匀变速直线运动规律v 2＝2ax 得加速度a ＝v 22x ，而v ＝d t ，所以要得到加速度还需要测量物块释放时遮光条到光电门的距离x .答案 （1）2.25 （2）遮光条到光电门的距离L （3）A （4）1t 2F 10．在“探究加速度与质量的关系”的实验中(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码;D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是______________．(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T ；B 、C 间距s 2和D 、E 间距s 4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为 __________．(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a 1m图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为______kg ；(g 取10 m/s 2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能_____________．解析 (1)本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平；(2)根据逐差法得：s 4－s 2＝2aT 2解得a ＝s 4－s 22T 2.答案 (1)天平 (2)a ＝s 4－s 22T 2(3)0.02(0.018～0.022均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够11．某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k 的弹簧，形变量为x 时弹性势能为E p ＝12kx 2”，为了验证该结论就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计了以下步骤进行实验．实验步骤：A ．水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时器的纸带；B ．将弹簧拉伸x 后用插销锁定，测出其伸长量x ；C ．打开打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；D ．选择纸带上某处的A 点测出其速度v ；E ．取不同的x 重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论．实验中已知小车的质量为m ，弹簧的劲度系数为k ，则：(1)长木板右端垫一小物块，其作用是__________________________________________________；(2)如图乙中纸带上A 点位置应在________(填s 1、s 2、s 3)的段中取；(3)若E p ＝12kx 2成立，则实验中测量出物理量x 与m 、k 、v 关系式是x ＝________．答案 (1)平衡摩擦力 (2)s 2 (3)m kv 12．图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M 、重物的质量m ；用游标卡尺测量遮光片的宽度d ；用米尺测量两光电门之间的距离s ；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间Δt A 和Δt B ，求出加速度a ；④多次重复步骤③，求a 的平均值a －；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.回答下列问题：(1)测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为________cm.(2)物块的加速度a 可用d 、s 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝________.(3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a －和重力加速度g 表示为μ＝_____.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．答案 (1)0.960 (2)12s ⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫d Δt B 2－⎝⎛⎭⎫d Δt A 2 (3)mg － M ＋m a －Mg(4)系统误差(4)细线没有调整到水平，造成张力T 不水平，若此时以T 水平来分析计算，会造成测量值总是偏大或偏小，这种由于实验操作造成的误差，属于系统误差．13．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t ，用d 表示A 点到光电门B 处的距离，b 表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B 点时的瞬时速度，实验时滑块在A 处由静止开始运动．(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b ，结果如图乙所示，由此读出b ＝________mm.(2)滑块通过B 点的瞬时速度可表示为________．(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g 表示，滑块从A 处到达B 处时m 和M 组成的系统动能增加量可表示为ΔE k ＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔE p ＝________，在误差允许的范围内，若ΔE k ＝ΔE p 则可认为系统的机械能守恒．(4)在上次实验中，某同学改变A 、B 间的距离，作出的v 2－d 图像如图丙所示，并测得M ＝m ，则重力加速度g ＝________ m/s 2.答案 (1)3.85 mm (2)b t(3) m ＋M b 22t 2、(m －M 2)gd (4)9.6(4)根据系统机械能守恒有：12(M ＋m )v 2＝(m －M 2)gd 则v 2＝2×m －M 2M ＋mgd若v 2－d 图像，则图线的斜率：k ＝2×m －M 2M ＋m由图像可知：k ＝2.40.5则有g ＝M ＋m m －M 2×k 2 代入数据解得g ＝9.6 m/s 214．某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图1所示的装置：水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，保持轨道和细线水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动实现平衡摩擦力．(1)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？(回答“是”或“否”)(2)实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l ，如图2所示，则l ＝________mm ；(3)实验获得以下测量数据：小车(含传感器和挡光板)的总质量M ，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m 0，挡光板的宽度l ，光电门1和光电门2的中心距离x ，某次实验过程：力传感器的读数F ，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t 1、t 2.小车通过光电门2后砝码盘才落地，重力加速度为g .该实验对小车需验证的表达式是_______________________________ (用实验中测出的物理量表示)．答案 (1)否 (2)5.50(3)Fx －m 0gx ＝12M [(l t 2)2－(l t 1)2] 解析 (1)因为小车的拉力可以通过传感器测量，不需要用砝码盘和砝码的总重力表示，所以不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．(2)游标卡尺的主尺读数为5 mm，游标读数为0.05×10 mm＝0.50 mm，则最终读数为5.50 mm.15.某研究小组设计了一种“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案.如图18所示，A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端与桌面相切)，B是质量为m的滑块(可视为质点).图18第一次实验，如图(a)所示，将滑槽末端与桌面右端M对齐并固定，让滑块从滑槽最高点由静止滑下，最终落在水平地面上的P点，测出滑槽最高点距离桌面的高度h、M距离地面的高度H、M与P间的水平距离x1；第二次实验，如图(b)所示，将滑槽沿桌面向左移动一段距离并固定，让滑块B再次从滑槽最高点由静止滑下，最终落在水平地面上的P′点，测出滑槽末端与桌面右端M的距离L、M与P′间的水平距离x2.(1)在第二次实验中，滑块到M点的速度大小为________.(用实验中所测物理量的符号表示，已知重力加速度为g).(2)通过上述测量和进一步的计算，可求出滑块与桌面间的动摩擦因数μ，下列能引起实验误差的是________.(选填序号)A.h的测量B.H的测量C.L的测量D.x2的测量(3)若实验中测得h＝15cm、H＝25cm、x1＝30cm、L＝10cm、x2＝20cm，则滑块与桌面间的动摩擦因数μ＝________.(结果保留1位有效数字)答案 (1)x 2g 2H (2)BCD (3)0.5(2)第一次测的速度为：v 1＝x 1g 2H④ 滑块在水平桌面上运动，由动能定理：－μmgL ＝12mv 22－12mv 21⑤ 由③④⑤式可得：μ＝x 21－x 224HL由表达式可知能引起实验误差的是B 、C 、D.(3)μ＝x 21－x 224HL ＝0.32－0.224×0.25×0.1＝0.5 16.用如图9所示装置做“验证动能定理”的实验.实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面.图9(1)为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是________(选填选项前的字母).A.在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B.在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C.调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行D.所加钩码的质量尽量大一些(2)如图10是某次实验中打出纸带的一部分.O 、A 、B 、C 为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为50Hz.通过测量，可知打点计时器打B 点时小车的速度大小为______m/s.图10(3)甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带.他把小车开始运动时打下的点记为O ，再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v.如图11是根据这些实验数据绘出的v2－s图象.已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg，小车中砝码的总质量为0.100kg，取重力加速度g＝9.8m/s2，则由图象可知小车的质量为________kg(结果保留两位有效数字).图11(4)在钩码总质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小.但经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是__________(选填选项前的字母).A.滑轮的轴处有摩擦B.小车释放时离打点计时器太近C.长木板的右端垫起的高度过高D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力答案(1)AC(2)0.36(3)0.18(4)C。