2015届高考物理(浙江通用)高考题型练 题型10 实验题专练 Word版含答案

题型10 力学、光学实验的设计和探究(二)1．某实验小组利用图1所示的实验装置探究恒力做功与动能改变量的关系．所挂砝码质量为m ，重力加速度为g ，设小车质量为M (约为砝码质量的2～3倍)．图1(1)平衡小车所受阻力的操作如下：取下砝码，把木板不带滑轮的一端垫高；接通打点计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动，如果打出的纸带如图2所示，则应适当________(选填“增大”或“减小”)木板的倾角，直到纸带上打出的点迹________为止．图2(2)在纸带上选取先后打下的A 、B 两计数点，设A 、B 两计数点间的距离为d ，打这两点时小车对应的速度分别为v A 、v B ，则本实验需验证表达式________________在误差范围内是否成立．(3) 某次实验正确操作后，根据测得的实验数据描绘出v 2－x 的图线如图3所示，其中横坐标x 为小车发生的位移，纵坐标v 2为小车运动速度大小的平方．若已知图中直线的斜率为k ，在纵轴上的截距为b ，由此可得x ＝0时小车的速度大小v 0＝________，小车质量M ＝________.(用题中所给已知量字母表示)图3答案 (1)减小 均匀 (2)mgd ＝12(M ＋m )v 2B －12(M ＋m )v 2A (3)b 2mg k－m 解析 (1)从纸带上来看，纸带相等时间内的位移越来越大，做加速运动，要平衡摩擦力，则需减小木板的倾角，使小车做匀速直线运动，即打出的点迹均匀．(2)对系统研究，外力做功为mgd ，系统动能的变化量为12(M ＋m )v 2B －12(M ＋m )v 2A 即验证表达式mgd ＝12(M ＋m )v 2B －12(M ＋m )v 2A . (3)根据v 2－v 20＝2ax 得v 2＝2ax ＋v 20，则v 20＝b ，图线的斜率k ＝2a ，对系统研究，根据牛顿第二定律得，a ＝mg M ＋m ，则2mg M ＋m＝k ， 解得M ＝2mg k－m . 2．某兴趣小组的实验装置如图4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4(1)(单选)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________．A ．A 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t ABD ．小球的直径d(2)用游标卡尺测得小球直径如图5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5(3)(单选)图6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：W ∝v ；W ∝v 2；W ∝v ….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v 1、v 2、v 3、v 4…，并测出小球在A 、B 间的下落高度h 1、h 2、h 3、h 4…，然后绘制了如图6所示的h －v 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( )A ．h －v 2图象B ．h －v 图象C ．h －1v 图象D ．h －1v图象 答案 (1)D (2)1.14 3.8 (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分度的，故游标卡尺的读数为1.14 cm ，由平均速度来表示瞬时速度，故v ＝d t＝3.8 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h －v 2关系，故选项A 正确．3．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E p ＝12kx 2”，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7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7(1)由实验一测得该弹簧的劲度系数k ＝________；(2)若E p ＝12kx 2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E p ＝12kx 2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)mg d (2)2Hd (3)L d 2h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：F ＝mg ＝kd k ＝mg d.① (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E p ＝12kx 2成立，根据小球和弹簧系统机械能守恒列出等式E p ＝12kx 2＝mgH ② 由①②解得x ＝2Hd .(3)将弹簧压缩x 后释放，小球初动能E k1＝0，小球离开桌面后，以初速度v 0做平抛运动，则有L ＝v 0t h ＝12gt 2 可得v 0＝L g 2h弹簧的弹性势能转化为小球的动能，所以E p ＝12kx 2＝12m v 20解得x ＝L d 2h. 4．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8所示的装置，其中m 1＝50 g 、m 2＝150 g ，开始时保持装置静止，然后释放物块m 2，m 2可以带动m 1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9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8图9(1)系统的加速度大小为________ m/s 2，在打点0～5的过程中，系统动能的增量ΔE k ＝________ J. (2)忽略一切阻力的情况下，某同学作出的v 22－h 图象如图10所示，则当地的重力加速度g ＝________ m/s 2.图10答案 (1)4.8 0.576 (2)9.6解析 (1)据题意，从纸带可以求出系统的加速度：x 56－x 45＝aT 2，而相邻计数点之间时间间隔为：T ＝0.1 s ，则加速度为：a ＝4.8 m/s 2，在打点0～5的过程中，系统动能的增量为：ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 25，计数点5的瞬时速度为：v 5＝x 462T＝2.4 m/s ，则ΔE k ＝0.576 J.(2)据(m 2－m 1)gh ＝12(m 1＋m 2)v 25，整理得：v 252＝(m 2－m 1)gh m 1＋m 2，则图象斜率为：k ＝(m 2－m 1)g m 1＋m 2＝7.21.5＝4.8，重力加速度为：g ＝9.6 m/s 2.5．利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d ＝0.4 mm ，双缝到光屏间的距离L ＝0.5 m ，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A 、B 位置时游标卡尺读数如图11中(a)、(b)所示给出，则：图11(1)分划板在图中A 、B 位置时游标卡尺读数分别为x A ＝________ mm ，x B ＝________mm ，相邻两条纹间距Δx ＝________mm ；(2)波长的表达式λ＝________(用Δx 、L 、d 表示)，该单色光的波长λ＝________m ；(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．答案 (1)11.1 15.6 0.75 (2)d LΔx 6.0×10－7 (3)变小 解析 游标卡尺读数时：一要注意精确度；二要注意读数时主尺读数应为游标尺零刻度线所对主尺位置的读数；三要注意单位，无论是主尺读数还是游标尺读数要以mm 为单位读取．本题中还要注意主尺上的数字单位是cm ，不是mm.从λ＝d LΔx 可知，波长越长的光，干涉条纹间距越大．根据频率、光速与波长的关系可知，频率越大的光，波长越短，所以干涉条纹间距越小．6．甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度．(1)甲组同学采用图12甲所示的实验装置．图12①为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用________．(用器材前的字母表示)a ．长度接近1 m 的细绳b ．长度为30 cm 左右的细绳c ．直径为1.8 cm 的塑料球d ．直径为1.8 cm 的铁球e ．最小刻度为1 cm 的米尺f ．最小刻度为1 mm 的米尺②该组同学先测出悬点到小球球心的距离L ，然后用秒表测出单摆完成n 次全振动所用的时间t .请写出重力加速度的表达式g ＝________.(用所测物理量表示)③在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点O 处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值________．(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示．将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示的v －t 图线．①由图丙可知，该单摆的周期T ＝________s.②更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T 2－L (周期平方－摆长)图线，并根据图线拟合得到方程T 2＝4.04L ＋0.035.由此可以得出当地的重力加速度g ＝________ m/s 2.(取π2＝9.86，结果保留3位有效数字)答案 (1)①adf ②4π2n 2L t 2 ③偏小 (2)①2.0 ②9.76解析 (1)①除秒表外，在下列器材中，还应该选用：a.长度接近1 m 的细绳；d.直径为1.8 cm 的铁球；f.最小刻度为1 mm 的米尺；②单摆的周期为：T ＝t n ，根据T ＝2πL g 可知：g ＝4π2L T 2＝4π2n 2L t2；③如果摆球振动过程中悬点O 处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，则测得的周期变大，由g ＝4π2L T 2，可知测得的重力加速度偏小．(2)①从v －t 图线中读出，单摆的振动周期为T ＝2.0 s ；②因为T 2＝4π2g L 由T 2＝4.04L ＋0.035可知4π2g ＝4.04，解得：g ＝4π24.04m/s 2＝9.76 m/s 2.7. 如图13所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d ，当桶内无油时，从某点A 恰能看到桶底边缘上的某点B .当桶内油的深度等于桶高一半时，在A 点沿AB 方向看去，看到桶底上的C点，C 、B 相距14d .由此得油的折射率n ＝________；光在油中传播的速度v ＝________m/s.(结果可用根式表示)图13答案102610×107 解析只要某点发出的光或反射的光能进入观察者的眼睛，眼睛便能观察到该点．桶内没装液体时，B 点发出的光是沿直线到达A 点的，C 点发出的光也是沿直线传播的，无法通过A 点，在A 点的眼睛就看不到它．装上半桶油后，C 点发出的光将会折射到A 点，如图所示，由光路图可知：sin i ＝d 4(d 4)2＋(d 2)2＝15sin r ＝d 2(d 2)2＋(d 2)2＝12根据折射定律得：n ＝sin r sin i ＝1215＝102光在油中的传播速度：v ＝c n ＝3×108102m/s ＝610×107 m/s. 【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．。