2020高考物理二轮复习专题17力学实验练含解析

力学实验1．用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)。A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像_____________。（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。2．【2017·江苏卷】（8分）利用如题10–1图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________．（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题10–2图所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s．（3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80m/s，利用W=mgx算出拉力对小车做的功W．利用2k12EMv算出小车动能，并求出动能的变化量kE．计算结果见下表．3/10JW2.452.923.353.814.262.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出kEW图象．（4）实验结果表明，kE总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________N．【答案】（1）小车做匀速运动（2）0.228（3）如图所示（4）0.093【解析】（1）小车能够做匀速运动，纸带上打出间距均匀的点，则表明已平衡摩擦；（2）相临计数点间时间间隔为T=0.1s，；（3）描点画图，如图所示。考点定位】探究恒力做功与物体动能变化的关系【名师点睛】本题中的计算，要当心数据的单位、有效数字的要求．用整体法、隔离法，根据牛顿第二定律求绳上的拉力，题目比较常规，难度不大．3．【2016·浙江卷】（10分）某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图1所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下，（1）若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是N（图2中所示），则弹簧秤b的读数可能为N。（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数、弹簧秤b的读数（填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）3.00~3.023.09~4.1（有效数不作要求）（2）变大变大【考点定位】探究弹簧的弹性势能【名师点睛】此题是创新实验，考查探究弹簧的弹性势能实验；关键是弄懂装置的原理，并能正确地处理实验数据；题目比较简单，考查考生处理基本实验的能力。5．【2016·全国新课标Ⅰ卷】（5分）某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz。打出纸带的一部分如图（b）所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．（2）已测得1s=8.89cm，2s=9.50cm，3s=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/2s，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为________Hz。【答案】（1）12（s1+s2）f12（s2+s3）f12（s3–s1）f2（2）40【6．【2016·北京卷】利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。①为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的。A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量C．速度变化量和高度变化量②除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。A．交流电源B．刻度尺C．天平（含砝码）③实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打Ｏ点到打Ｂ点的过程中，重物的重力势能变化量pE＝，动能变化量kE＝。④大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是。A．利用公式vgt计算重物速度B．利用公式2vgh计算重物速度C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。【答案】①A②AB③④C⑤该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据可知，v2-h图像就是过原点的一条直线。要向通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。【点睛：本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，如本实验中，明确小车的运动情况，先加速，再匀速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，故需要测量匀速阶段的速度；知道平衡摩擦力在本实验中的作用．5．某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个测量点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s，试完成下面问题．(1)根据打点计时器打出的纸带，我们可以直接得到的物理量是________．A．时间间隔B．加速度C．瞬时速度D．平均速度(2)根据纸带上各个测量点间的距离，某同学已将1、2、3、5点对应的时刻的瞬时速度进行计算并填入表中．求出4点对应的时刻的瞬时速度_________．(要求保留3位有效数字)(3)在如图所示的直角坐标系中作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线________．(4)由图象求出小车的加速度a＝________m/s2.【答案】A0.3140.495（3）如图所示；（4）图线的斜率表示加速度，故：②根据s2−s1＝g(2T)2得，2．图示为“探究合力功与物体动能变化的关系”的实验装置，只改变重物的质量进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放。请回答下列问题：（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，其示数如图所示，则d=__________mm。（2）按正确实验操作后，为了尽可能减小实验误差，若传感器的示数为F，小车总质量为M，重物的总质量为m，A、B两点间的距离为L，遮光条通过光电门的时间为t，则需要测量的物理量是______。（填选项）A．M、m、LB．F、M、L、tC．F、m、L、tD．F、M、L（3）在实验误差允许范围内，关系式______________________成立。（用测量的物理量表示）；【答案】（1）1.750（2）B（3）3．用图甲所示的装置做“探究小车所受合力的功与小车动能变化关系”的实验。除了图中的实验器材外，还有为打点计时器供电的低压电源、刻度尺和方木块。请将下面的分析和实验操作填写完整。（1）某同学在实验时，先取下小吊盘和砝码，用方木块垫高长木板远离滑轮的一端，使小车连同纸带沿长木板匀速运动，然后再挂上小吊盘和砝码，调整滑轮，使牵引小车的细线与长木板平行，释放小车，进行实验。其中，“垫高长木板远离滑轮的一端，使小车连同纸带沿长木板匀速运动”的好处是___________（2）实验中，用小吊盘和砝码拉动小车运动，得到一条纸带如图乙所示。已知打点计时器的工作频率是f，则记数点2对应的速度大小为V2=__________（用图中的x1、x2、x3和f表示）（3）用小吊盘和砝码的总重力的大小作为小车受到的合力F，计算出小车运动的位移x对应的功W；用小车运动的位移x对应的末速度求出动能EK，则W和EK的大小关系应该是__________________（选填W=EK或WEK或WK）【答案】（1）消除了阻力的影响；用小车重力做功补偿阻力的功；使小车所受的力仅为细线的拉力；便于求出小车所受合力的功；等等。（2）（3）4．某同学利用如图甲所示实验装置验证机械能守恒．半圆盘固定在竖直平面内，盘面的水平刻度线标注着距离悬挂点O的高度，金属小圆柱用细线悬挂于O点，将小圆柱拉至水平位置，然后由静止释放，小圆柱依次通过固定在不同高度的光电门，记录小圆柱经过各光电门所用时间，已知当地重力加速度为g．（1）为计算出相应速度v，该同学用螺旋测微器测量出小圆柱的直径d，测量示数如图乙所示，则d=____________mm。（2）该同学用横坐标表示小圆柱下降高度h，纵坐标应表示____（选填“v”或“v”），从而可以得2到一条过原点的直线。他求出图象斜率为k，当k=___时，则可验证小圆柱摆动过程中机械能是守恒的。【答案】6.9552v2g【解析】（1）螺旋测微器的固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为0.01×45.5mm=0.455mm，所以最终读数为6.5mm+0.455mm=6.955mm．（2）根据机械能守恒定律有：，则有：v2=2gh，知v2与h成正比；由题意可知，图线的斜率等于2g。A.B.C.D.【答案】AB3.13D【解析】