高考物理二轮复习专题五物理实验 第1讲 力学实验提升训练

专题五物理实验
第1讲力学实验
1．(2016·淮安三模)在“探究求合力的方法”的实验中，王同学用了两个量程为 5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计来测量拉力，实验之前他先检查了弹簧测力计，然后进行实验。

先将橡皮条的一端固定在水平放置的木板上，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O，记录下O点的位置和拉力F1、F2的大小及方向；然后用一个弹簧测力计拉橡皮条，仍将结点拉到O点，再记录拉力F的大小及方向；最后取下白纸作图，研究合力与分力的关系。

(1)实验前必须对弹簧测力计进行检查，以下检查项目必需的是________。

A．对弹簧测力计进行调零
B．将弹簧测力计用力拉，看是否能达到最大量程
C．将两只弹簧测力计水平互钩对拉，检测两弹簧测力计读数是否相同
(2)如图1是王同学研究合力与分力关系时在白纸上画出的图，根据物理实验读数和作图要求与规范，请指出图中存在的三种错误。

图1
①_____________________________________________________________；
②_____________________________________________________________；
③_____________________________________________________________。

解析(1)实验前必须对弹簧测力计进行检查，需要对弹簧测力计进行调零，将两只弹簧测力计水平互钩对拉，检查两弹簧测力计读数是否相同，选项A、C正确。

(2)画力的合成矢量图时，力是用带箭头的线段表示，按照弹簧测力计的读数规则记录数据，辅助线用虚线，据此可以指出图中存在的三种错误。

答案 (1)AC (2)①矢量F1、F2、F未画上箭头②记录力的大小的有效数字有错误③F 与F1、F2末端连线应该用虚线
2．(2016·扬泰南三模)“验证机械能守恒定律”实验装置如图2甲所示，某小组完成了一系列实验操作后，得到了一条纸带如图乙所示，选择纸带上某个清晰的点标为O，然后每两
个打点取一个计数点，分别标为1、2、3、4、5、6，用刻度尺量出计数点1、2、3、4、5、6与O 点的距离分别为h 1、h 2、h 3、h 4、h 5、h 6。

图2
(1)已知打点计时器的打点周期为T ，可求出打各个计数点时对应的速度分别为v 1、v 2、v 3、v 4、v 5，其中v 5的计算式为v 5＝________。

(2)若重锤的质量为m ，取打点O 时重锤所在水平面为参考平面，分别算出打各个计数点时对应重锤的势能E p 和动能E k ，则打计数点3时对应重锤的势能E p3＝________；接着在E -h 坐标系中描点作出如图丙所示的E k -h 和E p -h 图线，求得E p -h 图线斜率的绝对值为k 1，E k -h 图线斜率为k 2，则k 1与k 2满足________关系时，重锤机械能守恒。

(3)关于上述实验，下列说法中正确的是________。

A ．实验中可用干电池作为电源
B ．为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些
C ．若纸带上打出的点被拉长为短线，应适当调高电源电压
D ．图丙
E k -h 图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能
(4)关于该实验操作，你还能提出哪些注意事项？请写出1条：
___________________________________________________________。

答案 (1)h 6－h 44T
(2)-mgh 3 k 1＝k 2 (3)BD (4)重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位孔在同一竖直线上
3．(2016·镇江一模)某同学在探究“质量一定时，物体的加速度与受力的关系”实验时，设计了如图3甲所示的实验装置，实验过程中主要步骤如下：
①在水平放置的长木板上A 、B 两点处各安装一个速度传感器，测出A 、B 两点间距离L 。

②将拉力传感器固定在小车的左端，把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连。

③将小车从速度传感器A 的右侧无初速度释放，小车在细线的拉力作用下运动，通过拉力传感器和速度传感器记录细线拉力F 的大小以及小车经过A 、B 两点处的速率v A 、v B 。

④改变所挂钩码的数量，重复操作③，测量多组数据。

⑤进行数据处理，画出如图乙所示的a -F 关系图线。

图3
(1)小车加速度的表达式a ＝____________。

(用v A 、v B 和L 表示)
(2)理论上，小车的a -F 图象是经过原点的一条直线，而本次实验得到的图线却如图乙所示，其中可能的原因是___________________________________________
__________________________________________________________________。

(3)在本实验中，下列不必要的实验要求是________。

A ．要保持小车(含拉力传感器)的总质量不变
B ．要保证小车(含拉力传感器)的总质量远大于所挂钩码的总质量
C ．要测出所挂钩码的质量
D ．要保持细线方向与木板平面平行
E ．两个速度传感器间的距离要适当大些
(4)在处理数据时，某同学又记录了每次所挂钩码的总重力，并以它作为小车所受到的合力F ，画出小车的a -F 图象如图丙所示，则造成该图线上端发生弯曲的可能原因是____________________________________________________
___________________________________________________________。

解析 (1)根据运动学公式有v 2B -v 2
A ＝2aL ，
得a ＝v 2
B －v 2A 2L 。

(2)F ＝0时小车有加速度，说明平衡摩擦力过度，长木板倾角过大。

(3)该实验探究“质量一定时，物体加速度与受力的关系”，故要保持小车的质量不变，A 项正确；小车前端有力传感器，故不要求小车的总质量远大于所挂钩码的总质量，也不要求测出所挂钩码的质量，B 、C 选项错误；实验要保证细线的拉力不能影响小车受到的支持力，故细线方向要与木板平面平行，D 项正确；两个速度传感器间的距离适当大些，经过两位置时速度变化大些，实验误差会小一些，E 项正确。

(4)以钩码的总重力作为小车所受合力时，就要求钩码质量远小于小车质量，随着钩码质量
变大，图线上端会发生弯曲。

答案 (1)v 2
B －v 2A 2L
(2)长木板倾角过大，平衡摩擦力过度 (3)BC (4)随着所挂钩码数的增加，小车及拉力传感器的总质量未远大于所挂钩码的总质量
4．(2016·全国卷Ⅲ，23)某物理课外小组利用图4中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。

图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。

本实验中可用的钩码共有N ＝5个，每个质量均为0.010 kg 。

实验步骤如下：
图4
(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。

(2)将n (依次取n ＝1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余N -n 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。

释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t 相对于其起始位置的位移s ，绘制s -t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度a 。

(3)对应于不同的n 的a 值见下表。

n ＝2时的s -t 图象如图5所示；由图5求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表。

图5
(4)利用表中的数据在图6中补齐数据点，并作出a -n 图象。

从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

图6
(5)利用a -n 图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字，重力加速度取g ＝9.8 m·s -2
)。

(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)
A ．a -n 图线不再是直线
B ．a -n 图线仍是直线，但该直线不过原点
C ．a -n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大
解析 (3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将图(b)中点(2，0.78)代入s ＝12
at 2可得，a ＝0.39 m/s 2。

(4)根据描点法可得如图所示图线。

(5)根据牛顿第二定律可得nmg ＝(M ＋5m )a ，则a ＝
mg M ＋5m n ，图线斜率k ＝mg M ＋5m ＝1.005，可得M ＝0.45 kg
(6)若不平衡摩擦力，则有nmg -μ[M ＋(5-n )m ]g ＝(M ＋5m )a ，则a ＝mg ＋μmg M ＋5m n -μMg ＋5μmg M ＋5m ，所以a -n 图线仍是直线，但直线不过原点，斜率变大，故B 、C 正确。

答案 (3)0.39 (4)见解析图 (5)0.45 (6)BC。