2015届高考物理考前三个月名师考点点拨专题讲练12力学实验(二)(含14真题及原创解析)新人教版解析

1、2015届高考物理 考前三个月 名师考点点拨专题讲练12力学实验（二）（含14真题及原创解析）新人教版考题1探究动能定理例1（2014 天津 9（2）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小 车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳 拉力做功与小车动能变化的关系.此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等.组装的实验装置如图1所示.纸帚 接他源图1若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些 .实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行.他这样做的 目的是下列的哪个（填字母代号）.A.避免小车在运动

2、过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数 较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些.这一情况可能是下列哪些原因造成的 （填字母代号）.A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动，钩码重力

3、大于细绳拉力解析本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度.牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确.在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量祛码（或钩码）.当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量，故 拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确.答案刻度尺、天平（包括石I码）D 可在小

4、车上加适量祛码（或钩码）CDO突破训练1.某实验小组同学利用气垫导轨和光电门计时器等装置探究动能定理.如图2所示，他们通过改变滑轮下端的小沙盘中沙子的质量来改变滑块所受水平方向的拉力；滑块上安有宽度为 d的挡光片，实验中，用天平称出小盘和沙子的总质量为E滑块（带挡光片）的质量为M用最小分度为1 mm的刻度尺测量出光电门 1和2之间的距离x,计时器显示挡光片经过光电门的 时间分别为t1和t2. 光电门2 光电门I杵光片一 口口 工: I I I J, I I I I II I - I1 I I点沙子图2（1）用最小分度为1 mmB勺刻度尺测量出光电门1和2之间的距离x,以下数据合理的是（）A.

5、50 cmB. 50.00 cmC. 50.0 cmD. 50.000 cm（2）小组的某位同学探究得出结论的表达式为mgx= ：（Mk m）（ ）2-（-d）2,请问在这位同学的21211实验操作过程中是否需要满足“小沙盘和沙子的总质量m远远小于滑块（带挡光片）的质量M这个条件（填“是”或“否”）.（3）为减小实验误差可采取的方法是 .A.适当增大挡光片的宽度dB.适当减小挡光片的宽度dC.适当增大两光电门之间的距离xD.适当减小两光电门之间的距离x答案（1）B（2）否（3）BC解析（1）刻度尺的最小分度是 1 mm所以用cm做单位时小数点后保留两位，所以B正确，A、C D错误；（2）通过表

6、达式可以看出此同学的研究对象是系统，所以并不需要满足“小盘和沙 子的总质量 m远远小于滑块（带挡光片）的质量M'这个条件；（3）适当减小挡光片的宽度，或 适当增大光电门间的距离可减小误差.2 .在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图3所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T,实验的部分步骤如下:拉力传感器打点计时器小车图3(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器 在纸带上打出一系列 的点.(2)测量小车和拉力传感器的总质量M按

7、图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后 ，打出一条纸带，关闭电源.(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图4所示，在纸带上按打点先后顺序依次取QA B、C、D E 等多个计数点，各个计数点到O点间的距离分别用 hA、hB、he、hD、hE、表示，则小车和拉力传感器在计时器打下 D点时的动能表达式为 ,若拉力传感器的读数 为F,计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为 图4(4)某同学以A点为起始点，以 A点到各个计数点动能的增量A Ek为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点

8、的倾角为45。的直线，由此可以得到的结论是 .M hE he M hE he-3；拉力对小车做的功为 W F( hD- hA).8 I(4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45。，可得出方程式 AE=W故可得结论:外力所做的功等于物体动能的变化量.考题2验证机械能守恒定律【例2】为了探究机械能守恒定律，岳口高中的金金设计了如图5所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：答案(1)间距相等(2)释放小车 (3) M ha/一 F(hD- hA) (4)外力所做的功等于物体8 I动能的变化量解析(1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时，小车做匀速直线运动，受力 平衡.(2)在组装好

9、实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车. hE he . 1 o3 3) D点的瞬时速度等于 CE段的平均速度，即Vd= -2,故打下D点时的动能为 EkD= 2Mv2=小军屯火花计时器钩码图5A.小车 B.钩码C. 一端带滑轮的木板D.细线E.电火花af时器F.纸带G.毫米刻度尺H.低压交流电源I . 220 V的交流电源(1)根据上述实验装置和提供的实验器材，你认为实验中不需要的器材是 (填写器材 序号)，还应补充的器材是 .(2)实验中得到了一条纸带如图6所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号06),测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为di、d2、d3、d4

10、、d5、d6,打点周期为工则打点2时小车的速度V2=;若测得小车质量为 M钩码质量为mj打点1和点5时小车的速 度分别用vi、V5表示，已知重力加速度为 g,则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表不为图622， ，一 V , ， V 一一，(3)在实验数据处理时，如果以 万为纵轴，以d为横轴，根据实验数据绘出 一d图象，其图线的斜率表示的物理量的表达式为 .解析(1)电火花计时器需接通 220 V交流电源，因此低压交流电源用不着；另外还需要用到天平测出小车的质量 Md3 di d4(2)打点2时的速度等于点1到点3之间的平均速度，即 V2 = 一十或石；根据机械能守恒， 1O O整个系

11、统减少的重力势能等于整个系统增加的动能，即mg(d5- d1) =2( M+ m)( V5 V1 ).2V 根据v =2ad,因此2" d图线的斜率就是加速度，而对钩码进仃受力分析可知：mgr Ft=ma而对小车 Ft= Ma因此可得 a=T；jm-g. mmd3 d1d4答案(1)H 天平(2) 或石mg d5 d1) = 2( M+ m)( V52 V12)(3) Mmgo突破训练3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少量等于它动能的增加量，以下操作步骤中不必要的或错误的是()A.用天平称出重锤的质量B.把电火花打点计时器固定在铁架台上，并用导线把它与

12、低压交流电源连接起来C.把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D.用秒表测出重锤下落的时间答案 ABD解析 由于本实验中需要验证：mgl；mV,整理后为：gh=v2,即重锤的质量不用测量，选项A中操作不必要；电火花计时器用 220 V交流电源，故选项 B错误；将重锤提升一定高度, 然后释放，故选项 C正确；重锤下落时间可以通过纸带上的点计算，所以不用测量时间，故 选项D中操作不必要.4.某实验小组利用图 7所示装置验证机械能守恒定律.实验中先接通电磁打点计时器的低压交流电源，然后释放纸带.打出的纸带如图8所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C口 E,测出

13、A点距起点O的距离为X0,点A C间的距离为xi,点C E间的距离为X2.已知重f,从释放纸带到打出点C:(1)重物减少的重力势能图7.若算得的物的质量为 交流电的频率为-15 -值很接近，则说明：.(2) 一般来说，实验中测得的A日 A Ek(填“大于”、“等于”或“小于”)，这是因答案（1） mgxo+xi）mf2 xi + X2 232在误差允许的范围内，重物下落过程中机械能守恒(2)大于重物克服阻力做功解析 (1)打出点 C时的速度为 VC= x192= fx； x2 ,所以 AEk=1mC2 = mfx2 44232(2)由于阻力的存在，所以重物减少的重力势能一般大于增加的动能.考题

14、3力学创新实验的分析技巧【例3 一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速 度、半径的关系.(1)首先，让一祛码在一个比较光滑的平面上做半径r为0.08 m的圆周运动，数字实验系统得到若干组向心力 F和对应的角速度 3 ,他们根据实验数据绘出了F3的关系图象如图9中B图线所示，兴趣小组的同学猜测一定时，F可能与3 2成正比.你认为，可以通过进一步转换，做出 关系图象来确定他们的猜测是否正确.(2)将同一祛码做圆周运动的半径 r再分别调整为0.04 n 0.12 m,又得到了两条F- «图象， 如图中A、C图线所示.通过对三条图线的比较、分析、讨论，他们

15、得出3 一定时，F8r的结论，你认为他们的依据是 . 通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度3、半径r的数学关系式是F= kc/r,其中比例系数k的单位是 .r=0.12 m r-0.04 m解析(1)通过对图象的观察，兴趣小组的同学猜测 F与3 2成正比.可以通过进一步的转换，通过绘出F与-2关系图象来确定他们的猜测是否正确，如果猜测正确，做出的 F与-2的关 系式应当是一条过原点的倾斜直线.(2)在证实了 F8 32之后，他们将祛码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04 m 0.12 m,又得到了两条F- 3图象，取任意相同 9 , A B、C三图线对应向心力之比均

16、约为 3 ： 2 ： 1,与 其对应半径之比相同.如果比例成立则说明向心力与物体做圆周运动的半径成正比. 表达式 F= kw 2r 中 F、3、r 的单位分别是 N、rad/s、m,又由 v=cor 有：1 m/s = 1(rad/s) - m, 由 F= ma 有 1 N = 1 kg - m/s 2,则得：1 N = kx (1 ra d/s) 2x 1 m= k - m/s2；则得 k 的单位是 kg.答案(1) F与3 2 (2)取任意相同CO , A B C三图线对应向心力之比均约为3 ： 2 ： 1,与其对应半径之比相同(3)kgO突破训练5. (2014 广东 34(2)某同学根

17、据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩 量的关系.如图10(a)所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加祛码，测量相应 的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k =N/m.( g取9.8 m/s 2)图10祛码质里/g50100150弹黄长度/cm8.627.636.66映巾喑T)654321 (),虫o.ao.s取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图 (b)所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小 .用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v,释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为 .重复中的操作，得到 v与

18、x的关系如图(c),由图可知，v与x成 关系.由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的 成正比.答案 50 相等 滑块的动能 正比 压缩量的二次方解析 加50 g祛码时，弹簧弹力 Fi = mg= k(loli),加100 g祛码时F2=2mg= k(lo-l 2),AF= E Fi= k(l 1 I2),则k=49.5 N/m ,同理由加100 g祛码和加150 g祛码的情况可求得 一 k+ k'k'50.5 N/m ,则劲度系数 k =-2=50 N/m.使滑块通过两个光电门时的速度大小相等，就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动.弹性势能转化为滑块的动能.1 2

19、图线是过原点的直线， 所以v与x成正比，整个过程弹性势能转化为动能，即£弹=E<=-m2,弹性势能与速度的二次方成正比，则弹性势能与弹簧压缩量x的二次方成正比.知识专题练 训练12题组1探究动能定理1 .如图1甲是利用滑块验证动能定理的装置，除图示器材外，还有学生电源、导线、复写纸、 天平和细沙.(1)本实验还需要的实验器材有 .(2)实验前，需要 ,此步骤中 (填“需要”或“不需要”)挂着小沙桶.(3)设滑块质量为M沙与沙桶的总质量为m,本实验中要求M和m满足的条件是:(4)图乙是滑块做匀加速直线运动的纸带.测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点.(用题中周期为T,重力

20、加速度为g.则本实验最终要验证的数学表达式为 所给的字母表示)打点计时器滑坡细线滑轮小沙桶性木板水平全验a 甲图i答案(1)刻度尺 (2)平衡摩擦力不需要 m远远小于 M (4) mgXB= 乱(xB xA)8 I解析(1)因需测量纸带上的点间距离，故还需要刻度尺；(2)滑块在运动的过程中受摩擦力作用，为使拉力等于合外力，故应平衡摩擦力，平衡时，把木板的左端抬高，使重力的分力等于摩擦力，故不需要挂小沙桶；(3)平衡摩擦力后，对系统有：mg= (m Ma, XM M Ft= Ma联立解得Ft= M；Mmg =mg，为使Ft约等于mg需?t足m远远小于M (4)根据匀变速运动的1M规律可求打 A点

21、的速度va= 2T，打B点速度vb= 2T，从A到B,验证的表达式为 mgxB= 2Mv 2 ；Mm： 代入得 mg)AB= &(xb2xa2).2 81 2. (2014 东北三省三校模拟 )某同学利用如图2所示的装置验证动能定理.将木板竖直放置 在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸.将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H,并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下:图2高度H( h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h竖直位移y/cm30.015.010.07.5

22、6.05.04.33.83.3(1)在安装斜槽时，应注意 (2)已知斜槽倾角为0，小球与斜槽之间的动摩擦因数为科，木板与斜槽末端的水平距离为x,小球在离开斜槽后的竖直位移为y,不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程 中，若动能定理成立则应满足的关系式是 (3)若想利用图象直观得到实验结论，最好应以H为横坐标，以 为纵坐标，描点作图.答案(1)使斜槽末端 O点的切线水平(2) H1 ,八)=x- (3)-tan 04yy解析(1)本实验根据平抛运动的规律测量小球离开斜槽的速度，为保持小球做平抛运动，应使斜槽末端O点的切线水平.(2)设小球离开斜槽时的速度为 v,根据平抛运动的规律得：

23、,1 ,2x=vt , y=2gt联立得：v=x 2y小球在斜槽上滑下过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功为: H_ uW mgHmw0s e 而f =mg制一由下)小球动能的变化量 AR=；mV= 2m(x 岛2=甯则小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是:4一 4 111 tan1 根据上式可知：最好应以 H为横坐标，以y为纵坐标，描点作图.题组2验证机械能守恒定律3.为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一 套实验装置，如图 3所示.当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体 的挡光时间，所用的光电门传感器可测的最短

24、时间为0.01 ms.将具有很好挡光效果的宽度为d=3.8 X10 3 m的黑色磁带贴在透明直尺上.实验时，将直尺从一定高度由静止释放，并使 其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Ati与图中所示的高度差Ahi,并将部分数据进行了处理，结果如下表所示(表格中M为直尺质量，取g=9.8 m/s 2)._ 1 3A ti(10s)Vi = (m sAti)A E = 2Mv 之一 2Mv2A hi (m)M3 hi11.213.1321.153.310.58 M0.060.58 M31.003.782.24 M0.232.25 M40.954.003.10 M0.323.14 M

25、50.900.41(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi= 二求出的，请你简要Ati分析该同学这样做的理由是：.(2)请将表格中的数据填写完整. 通过实验得出的结论是： .(4)根据该实验，请你判断下列A Ek- A h图象中正确的是()答案(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度(2)4.224.01 M 4.02 M在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量C解析(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时一、一一， d ,速度可利用w =二1求出.A t id 3.8X10 3 m(2)第 5 点速度为 v5=

26、 a t5= 0.90 x 10 3 s ".22 m/s. 一1)1，.从第5点到第1点间动能的增加量为A Ec=2MV-2M2 = -xMx (4.22 2- 3.13 2)-4.01 M从第5点到第1点间重力势能的减少量为AEP=MgA h5=Mx 9.8X0.41=4.02 M(3)从表中数据可知，在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量.(4)根据动能定理可知： MS h=AE,故AEAh的图象是一条过原点的直线，故 C正确.4.如图4甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G-Atwood17461807）创制的一种著名力学实验装置，用来研

27、究匀变速直线运动的规律.某同学对该装 置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示.光也门 b 云 0c、抖aO宓士力J1甲乙图4（1）实验时，该同学进行了如下操作：将质量均为 M（A的含挡光片、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止 状态.测量出 （填“ A的上表面”、“ A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离 h.在B的下端挂上质量为 m的物块G让系统（重物A B以及物块。中的物体由静止开始运 动，光电门记录挡光片挡光的时间为At.测出挡光片的宽度 d,计算有关物理量，验证机械能守恒定律.（2）如果系统（重物A B以及物块Q的机械能守恒，应满足的关系式为 （

28、已知重力加速度为 g）.（3）引起该实验系统误差的原因有 （写一条即可）.（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统 （重物A、B以及物块。的机械能守恒，不断 增大物块C的质量m重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？ a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：写出a与m之间的关系式：（还要用到M和g）.a的值会趋于.答案（1）挡光片中心（2） mgh= 2（2 M+ m（壬 2（3）绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等mg ga= 2MTm=旷重力加速度g十 1 m解析（1）、（2）需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到

29、光电门中心的竖直距离，系统的末速度为:V=A t,则系统重力势能的减少量Ab=mgh系统动能的增加量为：AE<=1(2M n)v2 = 2(2M m)(2,若系统机械能守恒，则有:,1mgh= -(2M n)(At)2.(3)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验系统误差的原因可能有:绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等.根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg则系统加速度为:mg ga=2M+ m 2M+ 1m不断增大，则a趋于g.题组3力学创新实验5. (2014 山东 21)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度.实验步骤:用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G;将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；改变滑块上橡皮泥的质量,j滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(