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2016高考物理二轮复习 专题五 第11讲 力学实验提升训练


第 11 讲

力学实验

专题提升训练 1.(2015·浙江理综,21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验,乙同学准备做“探究 加速度与力、质量的关系”实验。

图1 (1)图 1 中 A、B、C、D、E 表示部分实验器材,甲同学需在图中选用的器材________;乙同 学需在图中选用的器材________。(用字

母表示)

图2 (2)某同学在实验室选齐所需器材后, 经正确操作获得如图 2 所示的两条纸带①和②。 纸带 ________的加速度大(填“①”或“②”),其加速度大小为________。 解析 (1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动, 使用纸带法测速度, 所以 要用到重锤和电火花打点计时器,即 A、B;“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以 小车为研究对象,需改变小车质量,要用到纸带法测加速度,所以需要电火花计时器、小 车、钩码,即 B、D、E。 Δx (2)纸带①相邻相等时间位移之差 Δ x1=0.1 cm,而②纸带的 Δ x2=0.05 cm,由 a= 2 可

T

Δ x 0.1×10 知①纸带加速度大,且可算得 a= 2 = 2 T 0.02 答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s
2

-2

m/s =2.5 m/s 。

2

2

2.(2015·金丽衢十二校高三联考)用如图 3 所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用

1

的电源为学生电源,输出电压为 6 V 的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落, 重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对图中纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守恒 定律。

图3 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤: A.按照图示的装置安装器件; B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上; C.用天平测出重锤的质量; D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带; E.测量纸带上某些点间的距离; F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中没有必要进行的步骤是________,操作不当的步骤是________。 (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值。 根据打出的纸带, 选取纸带上的 连续的五个点 A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图 4 所示。使用电流的频率为 f,则 计算重锤下落的加速度的表达式 a=________。(用 s1、s2、s3、s4 及 f 表示) (3)在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能, 其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小。 若已知当地重力加速度为 g。还需要测量的物理量是________,试用这些物理量和纸带上 的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中 AE 段受到的平均阻力大小 F=________。

图4 1 2 解析 (1)步骤 C 不必要, 重锤的质量不需要测量, 因为等式 mgh= mv 两边把质量约掉了; 2 打点计时器使用的是低压交流电源,所以步骤 B 是错误的。 (2)为了减小实验误差,可以采用逐差法求加速度,有:s4-s2=2at ,s3-s1=2at
2 2

2

(s3+s4-s1-s2)f 由以上两式得 a= ; 4 (3)由牛顿第二定律 mg-F=ma 可知,要测阻力的大小,还要测重锤的质量 m,将加速度表 (s3+s4-s1-s2)f 达式代入,即得 F=m[g- ]。 4 (s3+s4-s1-s2)f 答案 (1)C B (2) 4
2 2

2

(s3+s4-s1-s2)f (3)重锤的质量 m m[g- ] 4

2

3.在“探究物体运动加速度与外力关系”实验中, (1)某些同学不能得到当小车的质量一定时加速度 a 与作用力 F 成正比的正确图线, 而是得 出下列图线,请分别说出得到图中 A、B、C 三种图的原因。

得到 A 图的原因是_____________________________________________________________; 得到 B 图的原因是_____________________________________________________________; 得到 C 图的原因是_____________________________________________________________。 (2)某同学在接通电源进行实验之前, 将实验器材组装如图 5 所示, 请你指出该装置中的错 误或不妥之处(只需指出二处错误或不妥之处)______________________________________ _____________________________________________________________________________。

图5 (3)如图 6 为某同学实验中获得的一条纸带,A、B、C、D 是纸带上四个计数点,每两个相 邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出 A、B 两点间距 s=________ cm;C 点对应的速 度是 vC=________ m/s;加速度是 a=________m/s (计算结果保留两位有效数字)。
2

图6 解析 (1)A 图与纵轴有交点,说明没有拉力时就产生了加速度,即平衡摩擦力时木板抬起 角度偏大;B 图与横轴有交点,说明拉力小时没有加速度,拉力增大到一定值时才有加速 度,说明平衡摩擦力时木板抬起角度偏小;C 图虽过原点但力 F 大时发生弯曲,不满足正 比关系,即悬挂砂和砂桶的质量偏大,不满足 m? M,不能忽略砂和砂桶的质量;(2)实验
3

电源应该是 4~6 V 交流电;小车应停靠在打点计时器附近;应该抬起木板右端用来平衡摩 擦力; (3)由图象可读出 AB 之间的距离 s=0.70 cm; 由于相邻计数点间有四个点没有画出, 所以相邻计数点间的时间间隔 T=0.1 s,而 C 点的速度 vC=

xBD =0.1 m/s;根据加速度一 2T
2 2

定时物体在连续相等的时间间隔内的位移之差为一恒量, 即 aT =xCD-xBC, 得 a=0.20 m/s 。 答案 (1)平衡摩擦力时木板抬起角度偏大 平衡摩擦力时木板抬起角度偏小 悬挂砂和砂桶的质量偏大,不满足 m? M (2)电源应该是 4~6 V 交流电;小车应该停靠在打点计时器附近;没有抬起木板右端用来 平衡摩擦力。 (3)0.70 0.10 0.20 4.为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动,某同学设计了如图 7 甲所示的实验,由静止释 放小车,小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动,打点计时器打下的纸带如 图乙所示。0 计数点为打下的第一个点,该同学在测出计数点 2、3、4 到起点 0 的距离 x1、

x2、x3 后,将纸带由图示位置剪断,将每段纸带的下端对齐,依次并排粘贴在直角坐标系
中,连接各段纸带上端的中点画光滑曲线如图 8 所示。对该实验结果的研究可知:

图7

图8 (1)在有橡皮条弹力作用时,小车做加速度________的运动。 A.不断减小 B.不断增大 C.先增大后减小 D.先减小后增大 (2)小车的最大速度出现在计数点________、________之间,设打点周期为 T,则由纸带测
4

量数据可估算小车的最大速度 vm=________, 该估算值________(选填“等于”、 “大于” 或“小于”)小车最大速度的真实值。 解析 (1)依题意,图 8 可看作 v-t 图象,由图中曲线可知,小车速度达到最大后做减速 运动,说明小车与桌面间有摩擦力,因此小车的加速度 a=

F-Ff 。在橡皮条弹力 F 的作用 m

下,小车向左运动,橡皮条伸长量减小,弹力减小,当弹力 F 减小到等于摩擦力 Ff 时,加 速度为零,此时橡皮条仍然处于伸长状态,之后由于弹力小于摩擦力小车做减速运动,在 弹力为零后小车只受摩擦力而做匀减速运动,图线为直线。故在橡皮条弹力作用下,小车 先加速后减速,加速度先减小后反向增大,D 选项正确。 (2)在相同时间 T 内,速度越大,位移越大,因此小车的最大速度出现在位移大的一段,即 计数点 2、3 之间。最大速度接近并大于计数点 2、3 之间的平均速度,可以用 vm= 估算。 答案 (1)D (2)2 3

x2-x1 来 T

x2-x1 小于 T

5.(2015·毫州市高三期末质量评估)如图 9 所示,某同学在做“探究功与速度变化的关系” 的实验。当小车在 1 条橡皮筋的作用下沿木板滑行时,橡皮筋对小车做的功记为 W;当用 2 条、3 条、?橡皮筋重复实验时,设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为 2W、3W、?。

图9 (1)图中电火花计时器的工作电压是________V 的交变电流; (2)实验室提供的器材如下:长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等,还缺少 的测量工具是________; (3)图中小车上有一固定小立柱, 下图给出了 4 种橡皮筋与小立柱的套接方式, 为减小实验 误差,你认为最合理的套接方式是________;

(4)在正确操作的情况下, 某次所打的纸带如图 10 所示。 打在纸带上的点并不都是均匀的, 为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度, 应选用纸带的________部分进行测量(根据下面所
5

示的纸带回答),小车获得的速度是________m/s。(计算结果保留两位有效数字)

图 10 解析 (1)电火花计时器的工作电压是 220 V 的交变电流;(2)用打点计时器打出纸带后, 记录了位置和时间,如果计算速度还需要测出位移,故需要刻度尺;(3)实验的操作要求是 使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能,为避免橡皮筋与立柱之间相互作用,只有 A 符合要求;(4)使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能后,小车做匀速运动,纸带 GJ 符合要求,由 v= 得 v=0.65 m/s。 答案 (1)220 (2)刻度尺 (3)A (4)GJ 0.65 6.(2015·山东理综,21)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤: ①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。 ②如图 11 甲所示,

x T

将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧秤示数 为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为 O1、O2,记录弹簧秤的示数 F,测量并记录

O1、O2 间的距离(即橡皮筋的长度 l)。每次将弹簧秤示数改变 0.50 N,测出所对应的 l,部
分数据如下表所示:

F(N) l(cm)

0

0.50 10.97

1.00 12.02

1.50 13.00

2.00 13.98

2.50 15.05

l0

③找出②中 F=2.50 N 时橡皮筋两端的位置,重新标记为 O、O′,橡皮筋的拉力记为 FO O′。 ④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角 度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到 O 点,将两笔尖的位置标记为 A、B,橡皮筋 OA 段的拉力记为 FOA,OB 段的拉力记为 FOB。 完成下列作图和填空: (1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出 F-l 图线,根据图线求得 l0=________cm。

6

(2)测得 OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则 FOA 的大小为________N。 (3)根据给出的标度,作出 FOA 和 FOB 的合力 F′的图示。

(4)通过比较 F′与________的大小和方向,即可得出实验结论。 解析 (1)做出 F-l 图象,如图甲所示,求得直线的截距即为 l0,可得 l0=10.0 cm

F 2.5 (2)可计算橡皮筋的劲度系数 k= = N/m=50 N/m Δ x 0.05
若 OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则橡皮筋的弹力为

F=kΔ x=50×(6.00+7.60-10.00)×10-2 N=1.80 N
则此时 FOA=F=1.80 N (3)FOB=FOA=1.80 N,两力的合力 F′如图乙所示。 (4)通过比较 F′和 FO O′的大小和方向,可得出实验结论。 答案 (1)如图甲所示 如图乙所示 (4)FO O′ 10.0(9.8、 9.9、 10.1 均正确) (2)1.80(1.70~1.90 均正确) (3)

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