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2009年高考物理试题分类汇编——力学实验


2009 年高考物理试题分类汇编——力学实验
1、 (2009 年全国卷Ⅰ)23.某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图。长直平板一端 放在水平桌面上,另一端架在一物块上。在 平板上标出 A 、 B A 两点,B 点处放置一光电门,用光电计时器 记录滑块通过光电 s 门时挡光的时间, h1 B 实验步骤如下: h2 ① 用游标卡尺测测最滑块的挡光长 度 d,用 天平测量滑块的质量 m; ② 用直尺测量 A、B 之间的距离 s,A 点到水平桌面的垂直距离 h1,B 点到水平桌面的垂直距离 h2; ③ 将滑块从 A 点静止释放.由光电计时器读出滑块的挡光时间 t; ④ 重复步骤 ③ 数次,井求挡光时间的平均值 t ⑤ 利用所测数据求出摩擦力 f 和斜面倾角的余弦值 cosα; ⑥ 多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤做出 f 一 cosα 关系曲线。 (1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为 g) 4 3 ①斜面倾角的余弦 cosα= ; ②滑块通过光电门时的速度 v = ; ③滑块运动时的加速度 a= ; 0 5 10 ④滑块运动时所受到的摩擦阻力 f= ; (2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示,读得 d= 。 答案(1)① cos ? ?

5

主尺 cm 游标尺

s 2 ? (h1 ? h2 )2 d h1 ? h2 d2 d2 mg ? m ② ③a ? ④ t 2st 2 s 2st 2 s

(2)3.62cm 【解析】(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示① 根据三角形关系可得到

s 2 ? (h1 ? h2 )2 , cos ? ? s
②根据 v ?

x d ? t t

v2 v2 d2 ③根据运动学公式 x ? ,有 s ? ,即有 a ? 2a 2st 2 2a
④根据牛顿第二定律 mg sin ? ? f ? ma ,则有 f ? mg

h1 ? h2 d2 ?m . s 2st 2

(2) 在游标卡尺中,主尺上是 3.6cm,在游标尺上恰好是第 2 条刻度线与主尺对齐,再考虑到卡尺是 10 分度,所以读数为 3.6cm+0.2× 1mm=3.62cm。 2、 (2009 年全国卷Ⅱ)23.某同学得用图 1 所示装置做“研究平抛运动”的实验,根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出 后的运动轨迹,但不慎将画有轨迹图线的坐标约丢失了一部分,剩余部分如图 2 所示,图 2 中水平方向与竖直方向每小格的长 度均代表 0.10m,P1、P2 和 P3 是轨迹图线上的 3 个点,P1 和 P2、P2 和 P3 之间的水平距离相等。 完成下列填空: (重力加速度取 9.8m/s2) (1)设 P1、P2、和 P3 的横坐标分别为 x1、x2 和 x3,纵坐标分别为 y1、y2 和 y3,从图 2 中可读出︱y1- y2︱=_________m, ︱y1- y3︱=__________m,︱x1- x2︱=__________m(保留两位小数) 。 ( 2 )若已测知抛出后小球在水平方向做匀速运动,利用( 1 )中读取的数据,求小球从 P1 运动到 P2 所用的时间为 ___________s,小球抛出后的水平速度为___________m/s(均可用根号表示) 。 , (3) 已测得小球抛也前下滑的高度为 0.50m,设 E1 和 E2 分别为开始下滑时和抛也时的机械能, 则小球从开始下滑到抛出的 过程中机械能的相对损失,

E1 ? E2 × 100%=_______%(保留两位有效数字) E1

水平方向

P1

P2

图2 图1 P3

答案(1)0.61 1.61 0.60 (2)0.20 3.0 (3)8.2 【解析】本题考查研究平抛运动的实验。由图可知 P1 到 P2 两点在竖直方向的间隔为 6 格, P1 到 P3 两点在竖直方向的间隔为 16 格所以有 y1? y2 =0.60m. y1 ? y3 =1.60m. P1 到 P2 两点在水平方向的距离为 6 个格.则有 x1 ? x2 =0.60m.
2 (2)由水平方向的运动特点可知 P1 到 P2 与 P2 到 P3 的时间相等,根据 ?x ? at ,解得时间约为 0. 2s,则有 v0 ?

x 0.60 ? ? 3.0m / s t 0.2

(3)设抛出点为势能零点,则开始下滑时的机械能为 E1=mgh=mg/2,抛出时的机械能为 E2= 3、 (2009 年安徽卷)21.Ⅲ.探究力对原来静止的物体做的功与物 的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下: (1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W、2W、3W、……; ( 2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度 v1 、 v 2 、 (3)作出 W ? v 草图; 打点计时器

1 E ? E2 mv0 2 =4.5m,则根据 1 ? 0.082 2 E1
橡皮筋 体获得的速度

纸带

v3 、……;

2 W ? v3 、 (4) 分析 W ? v 图像。 如果 W ? v 图像是一条直线, 表明 W∝ v ; 如果不是直线, 可考虑是否存在 W ? v 、 W? v

等关系。 以下关于该试验的说法中有一项不正确 ,它是___________。 ... A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W、2W、3W、……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡 皮筋拉伸的长度保持一致。当用 1 条橡皮筋进行是实验时,橡皮筋对小车做的功为 W,用 2 条、3 条、……橡皮筋并在一 起进行第 2 次、第 3 次、……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是 2W、3W、……。 B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜。 C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因,可能是没有使木板 倾斜或倾角太小。 D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。 答案:D。 解析:本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度,而不整个过程的平 均速度,所以 D 选项是错误的。 4、 (2009 年福建卷)19. (1)在通用技术课上,某小组在组装潜艇模型时,需要一枚截面 为外方内圆的小螺 母,如图所示。现需要精确测量小螺母的内径,可选用的仪器有: A.50 等分的游标卡尺 B. 螺旋测微器 ①在所提供的仪器中应选用 。 ② 在 测 量 过 程 中 , 某 同 学 在 小 螺 母 中 空 部 分 360°范 围 内 选 取 不 同 的 位 置 进 行 多 次 测 量 取 平 均 值 的 目 的 是 。 答案. ①A ②较小实验的偶然误差 【解析】①游标卡尺方便地测量内径、外径和深度,而螺旋测微器 只能测外径。故选 A。 ②多次测量取平均值的目的就是减小偶然误差。

5、 (2009 年广东物理)15.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图 12,他们将拉力传感器固定在小 车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录通过 A、B 时的速度大小。小车中可以放置砝码。 (1)实验主要步骤如下: ①测量__________和拉力传感器的总质量 M1;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;正确连接 所需电路; ②将小车停在 C 点,________,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过 A、B 时的速度。 ③在小车中增加砝码,或___________,重复②的操作。
2 2 (2)表 1 是他们测得的一组数据,其中 M 是 M1 与小车中砝码质量之和, v2 ? v1 是两个速度传感器记录速度的平方差,可以

据此计算出动能变化量 ? E , F 是拉力传感器受到的拉力, W 是 F 在 A、 B 间所作的功。 表格中的 ΔE3=_________, W3=________。 (结果保留三位有效数字) (3)根据表 1,请在图 13 中的方格纸上作出 ?E ? W 图线。

答案: (1)小车;接通电源后释放小车;减少钩码的个数 (2)0.619;0.610 (3)图 【解析】 (1)略; (2)由各组数据可见规律 ?E ?

?E

1 2 m v2 ? v12 , 2
W





△ E3=0.600;观察 F-W 数据规律可得数值上 W=F/2=0.610; (3)在方格纸上作出△ E-W 图线如图所示

6、 (2009 年海南卷)13.某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一薄的金属圆片的直径和厚度,读出图中的示数,该金属圆 片的直径的测量值为 cm,厚度的测量值为 mm。

答案:1.240 , 1.682 (或 1.683) 【解析】游标卡尺的读数,按步骤进行则不会出错。首先,确定游标卡尺的精度为 20 分度,即为 0.05mm,然后以毫米为单位 从主尺上读出整毫米数 12.00mm,注意小数点后的有效数字要与精度一样,再从游标尺上找出对的最齐一根刻线,精度 ? 格数 =0.05 ? 8mm=0.40mm,最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据,12.00mm+0.40mm=12.40mm=1.240cm。螺旋测微 器的读数 1.5mm+0.01 ? 18.2mm=1.682mm。 7、 (2009 年江苏物理)11.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示. (1) 在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中, 打出了一条纸袋如图乙所示。 计时器大点的时间间隔为 0.02s.从比较清晰的点起, 每 5 个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度 a=______m/s2.(结果保留两位有效数字)

小车 打点计时器

砝码 砝码盘

1 2 3 4 ·· · · · · · · · · · · · · · · 3.68 3.52 3.83 甲 第 11 题图 乙

(2)平衡摩擦力后,将 5 个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车 的加速度。小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的实验数据如下表: 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 砝码盘中砝码总重力 F(N) 96 92 88 84 80 加速度 a(m· s-2) 9 请根据实验数据作出 a-F 的关系图像. a/m· s-2 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 a/m· s-2 0.6 8 1.1 6 1.6 8 2.1 0 2.7

· · · · ·

0.5 F/N O F/N O 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

(3)根据提供的试验数据作出的 a-F 图线不通过原点,请说明主要原因。 答案: (1) 0.16 (0.15 也算对) (2) (见图) (3)未计入砝码盘的重力 【解析】 (1)处理匀变速直线运动中所打出的纸带,求解加速度用公式 ?x ? at ,关键弄清公式中各个量的物理意义, ?x 为
2

?x ? 连续相等时间内的位移差, t 为连需相等的时间间隔, 如果每 5 个点取一个点, 则连续两点的时间间隔为 t=0.1s, (3.68-3.52)

?10 ?2 m,带入可得加速度 a =0.16m/s2。也可以使用最后一段和第二段的位移差求解,得加速度 a =0.15m/s2.
(2)根据图中的数据,合理的设计横纵坐标的刻度值,使图线倾斜程度太小也不能太大,以与水平方向夹角 45° 左右为宜。由 2 此确定 F 的范围从 0 设置到 1N 较合适,而 a 则从 0 到 3m/s 较合适。设好刻度,根据数据确定个点的位置,将个点用一条直 线连起来,延长交与坐标轴某一点。如图所示。 (3)处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义,能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。与纵 坐标相交而不过原点,该交点说明当不挂砝码时,小车仍由加速度,即绳对小车仍有拉力,从此拉力的来源考虑很容易得到答 案,是因为砝码盘的重力,而在(2)问的图表中只给出了砝码的总重力,而没有考虑砝码盘的重力。 8、 (2009 年宁夏卷)22.某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度 l ,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径 d ,示数如图。由图可 读出 l = cm, d = mm

答案 2.25,6.860 【解析】游标卡尺的读数 x ? 22mm ? 0.1mm ? 5 ? 22.5mm ? 2.25cm ; 螺旋测微器的读数 y ? 6.5mm ? 0.01mm ? 36.0 ? 6.860mm 。 9、 (2009 年山东卷)23. (1)某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到 (遵循胡克定律)和若干小事物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、 验:将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子 A、B 上,另一端与第二条橡 将第三条橡皮筋的另一端通过细胞挂一重物。 ①为完成实验,下述操作中必需的是 。 a.测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后像皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点 O 的位置 ②钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次实验证,可采用的方法是 答案:①bcd ②更换不同的小重物 三条相同的橡皮筋 钉字,设计了如下实 皮筋连接, 结点为 O,

10、 (2009 年上海物理)17.如图为“用 DIS(位移传 感器、数据 位移传感器(发射器) 位移传感器(接收器) 采集器、计算机)研究加速度和力的关系 ”的实验装 置。 小车 (1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持 轨道 ___________ 不 变 , 用 钩 码 所 受 的 重 力 作 为 钩码 ___________,用 DIS 测小车的加速度。 (2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次 实验中根 据测得的多组数据可画出 a-F 关系图线(如图所示) 。 a/ms -2 ①分析此图线的 OA 段可得出的实验结论是____________________。 B ②(单选题)此图线的 AB 段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是( ) A (A)小车与轨道之间存在摩擦 (B)导轨保持了水平状态 (C)所挂钩码的总质量太大 (D)所用小车的质量太大 【答案】 (1)小车的总质量,小车所受外力, (2)①在质量不变的条件下,加速度与外力成正比,②C, O F /N 【解析】 (1)因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变,钩码 所受的重力作为 小车所受外力; (2)由于 OA 段 a-F 关系为一倾斜的直线,所以在质量不变的条件下,加速度与外力成正比;由实验原理:

mg ? Ma 得 a ?

mg F mg ? ,而实际上 a? ? ,可见 AB 段明显偏离直线是由于没有满足 M>>m 造成的。 M M ( M ? m)

11、 (2009 年四川卷)22. (2)气垫导轨(如图甲)工作时,空气 从导轨表面的小孔喷 出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使 滑块不与导轨表面直 接接触,大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定 律,在水平气垫导轨上 放置两个质量均为 a 的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点 计时器的纸带相连,两 个打点计时器所用电源的频率均为 b.气垫导轨正常工作后,接 通两个打点计时器的 电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在 一起继续运动。图乙为 某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以同间 距的 6 个连续点为一段 划分纸带,用刻度尺分别量出其长度 s1、s2 和 s3.若题中各物理量的单位均为国际单位,那么,碰撞前两滑块的动量大小分别为

_________、_________,两滑块的总动量大小为_________;碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验,多做几 次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则动量守恒定律得到验证。

答案: (2)0.2abs3 0.2abs1(两空可互换) ,0.2ab(s1-s3); 0.4abs2 解析: 动量 P=mv, 根据 v=S/ (5T) 可知两滑块碰前的速度分别为 v1=0.2s1b、 v2=0.2s3b, 则碰前动量分别为 0.2abs1 和 0.2abs3, 总动量大小为 av1-av2=0.2ab(s1-s3);碰撞后两滑块的总动量大小为 2av=2a s2/(5T)=0.4abs2。 12、 (2009 年天津卷)9. (3)如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可 以测定重力和速度。 ① 所需器材有打点计时器(带导线) 、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带 夹子的重物,此 铁架台 外还需 (填字母代号)中的器材。 纸带 A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺 打点计时器 铁夹 ② 通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度。 为使图线的斜 接电源 率等于重力加速度,除作 v-t 图象外,还可作 图象,其纵轴表 示 的 · 是 ,横轴表示的是 。
重物

答案: ①D,

v ? h ,速度平方的二分之一,重物下落的高度。 2

2

【解析】本题考查用打点计时器测重力加速度。涉及器材的选取和用图像处理数据的方法。 ①打点计时器需接交流电源。重力加速度与物体的质量无关,所以不要天平和砝码。计算速度需要测相邻计数的距离,需要刻 度尺,选 D。 ②由公式 v ? 2 gh ,如绘出
2

v2 ? h 图像,其斜率也等于重力加速度。 2

13、 (2009 年浙江卷)22.Ⅱ.(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中,两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙 所示。测量方法正确的是___________(选填“甲”或“乙”) 。

图甲

图乙

(2)实验时,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、 右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图甲所示。光敏电阻与某一自动记录相连,该仪器显示的光敏电阻阻值 R 随时间 t 变化图线如图乙所示,则该单摆的振动周期为 。若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径 2 倍的另 一小球进行实验,则该单摆的周期将 (填“变大”、“不变”或“变小”) ,图乙中的 Δt 将 (填“变大”、“不变”或“变 小”) 。

R
Δt Δt Δt

O 图甲

t1

t1+t0 图乙

t1+2t0

t

答案: (1)乙(2)2t0,变大,变大 【解析】 (1)应将待测物体正确地放在测脚中如乙图; (2)单摆 1 个周期遮光两次;单摆周期与小球质量、大小无关,但若 改用直径变为原小球直径的 2 倍,周期变大,但遮光时间 Δt 变大 14、 (2009 年重庆卷)23. (1)某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作,请判断是否恰当(填 “是”或“否”) 。 ①把单摆从平衡位置拉开约 5° 释放; ②在摆球经过最低点时启动秒表计时; ③把秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期。 该同学改进测量方法后,得到的部分测量数据见表。用螺旋测微器测量其中 一个摆 球直径的示数见 题 22 图 1。该球的直径为 mm。根据表中数据可以初步判断单摆周期随 的增大而增大。

数据组编号 1 2 3 4 5

摆长/mm 999.3 999.3 799.2 799.2 501.1

摆球质量/g 32.2 16.5 32.2 16.5 32.2

周期/s 2.0 2.0 1.8 1.8 1.4

答案:①是,②是,③否,20.685(20.683-20.687),摆长 解析:单摆作简谐运动要求摆角小,单摆从平衡位置拉开约 5° 释放满足此条件;因为最低点位置固定、容易观察,所以在最低 点启动秒表计时;摆球一次全振动的时间太短、不易读准、误差大,应测多个周期的时间求平均值;表中数据可以初步判断单 摆周期随摆长的增大而增大。


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