全国卷汇总力学实验(共11页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上考点7 力学实验1. (2013·大纲版全国卷)测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如图所示。AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道,与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切,C点在水平地面的垂直投影为C'。重力加速度大小为g。实验步骤如下:用天平称出物块Q的质量m;测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC'的长度h;将物块Q在A点从静止释放,在物块Q落地处标记其落地点D;重复步骤,共做10次;将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心到C'的距离s。(1)用实验中的测量量表示:(i)物块Q到达B点时的动能Ek

2、B=;(ii)物块Q到达C点时的动能EkC=;(iii)在物块Q从B运动到C的过程中,物块Q克服摩擦力做的功Wf=;(iv)物块Q与平板P之间的动摩擦因数=。(2)回答下列问题:(i)实验步骤的目的是。(ii)已知实验测得的值比实际值偏大,其原因除了实验中测量量的误差之外,其他的可能是。(写出一个可能的原因即可)【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)熟练应用动能定理分析动能变化和做功问题。(2)根据平抛运动的特点分析水平速度和竖直速度。2. (2013·新课标全国卷)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:用天平测量物块和遮光片的总质量M、重

3、物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;调整轻滑轮,使细线水平;让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB,求出加速度a;多次重复步骤,求a的平均值a;根据上述实验数据求出动摩擦因数。回答下列问题:(1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图乙所示,其读数为cm。(2)物块的加速度a可用d、s、tA和tB表示为a=。(3)动摩擦因数可用M、m、a和重力加速度g表示为=。(4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于(选填“偶然误差”或“系统误差”)。【解题指南】解答本题可按以下思

4、路进行:(1)正确读出20等份游标卡尺的读数;(2)用遮光片经过光电门A和光电门B的平均速度表示A、B位置的瞬时速度,再由速度位移公式求加速度;(3)对遮光片、物块和重物根据牛顿第二定律列方程求动摩擦因数。3. (2013·新课标全国卷)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连:弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图甲所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放,小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。回答下列问题:(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小

5、球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的()A.小球的质量mB.小球抛出点到落地点的水平距离sC.桌面到地面的高度hD.弹簧的压缩量xE.弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek=。(3)图乙中的直线是实验测量得到的s-x图线。从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-x图线的斜率会(选填“增大”“减小”或“不变”);如果m不变,h增加,s-x图线的斜率会(选填“增大”“减小”或“不变”)。由图乙中给出的直线关系和Ek的表达式可知,Ep与x的次方成正比。【解题指南】解答本题应理解以下两点:(1)弹簧的弹性势能转化为小球的动能;(2)

6、小球做平抛运动过程,水平方向为匀速直线运动,竖直方向为自由落体运动。4.(2014·新课标全国卷)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图乙所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题:(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成(选填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图乙可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力

7、mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是,钩码的质量应满足的条件是 。【误区警示】根据牛顿第二定律,只有在钩码质量远小于小车质量前提下,钩码重力近似等于绳子的拉力。5.(2014·新课标全国卷)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图甲所示;一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分

8、计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。P1P2P3P4P5P6x0/cm2.044.066.068.0510.0312.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/N·m-116356.043.633.828.81k/m·N-10.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)将表中数据补充完整:,。(2)以n为横坐标, 为纵坐标,在图乙给出的坐标纸上画出-n图像。(3)图乙中画出的直线可近似认为通过

9、原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k=N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k=N/m。【解题指南】解答本题时应注意以下三点:(1)挂有质量为0.100kg的砝码时,作用于每圈弹簧上的弹力均相等;(2)弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比;(3)弹簧的长度不同其劲度系数也不同。6.(2014·大纲版全国卷)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为

10、x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80m/s2。单位:cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度a=m/s2(保留3位有效数字)。(2)因为 可知斜面是粗糙的。7.(2015·全国卷)某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示,图中标出了五个连续点之间的距离。(1)物块下滑时的加速度a=m/s2,打C点时物块的速度v=m/s。(2)已

11、知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是(填正确答案标号)。A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角【解题指南】解答本题时注意以下三点：(1)加速度计算公式a=。(2)某一段的平均速度等于这一段中间时刻的瞬时速度。(3)物块在斜面上运动的加速度a=gsin-gcos。8.(2016·全国卷I·T22)某同学用图甲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、30 Hz和40 Hz,打出纸带的一部分如图乙所示。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他条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重

12、物匀加速下落,利用f和图乙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s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;当地重力加速度大小为9.80m/s2,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。【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)依据匀加速下落过程中的中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度测量速度。(2)可用“逐差法”测加速度。(3)依据牛顿第二定律求出加速度后,利用题给数据推算f。9.(2016·全国卷II·T22)某物理小

13、组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示。轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。(1)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是(填入代表步骤的序号)。(2)图乙中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s。比较两纸带可

14、知,(选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。10.(2016·全国卷III·T23)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均0.010kg。实验步骤如下:(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并

15、使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图乙所示;由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。n12345a/(m·s-2)0.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点,并作出a-n图象。从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为kg(保留2位有效数字,重力加速度g取9.8m/s2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(

16、1),下列说法正确的是(填入正确选项前的标号)。A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大11.(2017·全国甲卷·T22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下:如图甲,将光电门固定在斜面下端附近,将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t;用s表示挡光片沿运动方向的长度(如图乙所示), 表

17、示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小,求出;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;利用实验中得到的数据作出-t图,如图丙所示。完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与vA、a和t的关系式为=。(2)由图丙可求得vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留3位有效数字)【易错警示】本题需通过推导得出函数表达式,据此推知图象斜率代表a,应防止直接利用速度时间图象斜率代表加速度的认识误区。12(2017·全国乙卷·T22)某探究小组为了研究

18、小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图甲所示。实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图乙记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) (1)由图乙可知,小车在桌面上是(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为m/s,加速度大小为m/s2。(结果均保留2位有效数字)13.(2017·全国丙卷·T22)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,

19、将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示,F的大小为N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点,此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,

20、在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合。F合的大小为N,F合与拉力F的夹角的正切值为。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。 14. (2018·全国卷) 如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使

21、其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)示数，其读数为_cm当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m（保留3位有效数字）。考点7答案及解析1、【解析】(1)(i)由动能定理可得EkB=mgR。(ii)从C到D物块做平抛运动竖直方向上:h=gt2水平方向上:s=vCt解得vC=,故EkC=mv2C =。(iii)根据动能定理得:从B到C-Wf'=EkC-EkB故Wf'=mgR-,克服摩擦力做功Wf=Wf'=mgR-。(iv)由Wf=mgL得:=(2)(i)实验步骤是重复步骤,目的是多次测量减小实验误差。(ii)产生的误差可能是圆弧轨道存在误差(或接

22、缝B处不平滑等)【答案】(1)(i)mgR(ii) (iii)mgR- (iv) (2)(i)减小实验结果的误差(ii)圆弧轨道存在误差(或接缝B处不平滑等)2、【解析】(1)20等份游标卡尺的精确度为0.05mm,主尺读数0.9 cm,游标读数=12×0.005 cm=0.060 cm,所以游标卡尺的读数为0.960cm。(2)遮光片经过光电门A和B的平均速度分别表示A、B位置的瞬时速度,vA=,vB=,又由速度位移公式得:a=。(3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得:F-Mg=M,mg-F=m,即mg-Mg=(M+m),所以=。(4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差是实

23、验原理不完善引起的系统误差。【答案】(1)0.960 (2) (3) (4)系统误差3、【解析】(1)弹簧被压缩后的弹性势能Ep=Ek=mv2,小球以初速度v做平抛运动,s=vt,h=gt2,联立方程得Ep=,由此可知,需要测量m、s、h,选项A、B、C正确。(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek=。(3)弹性势能的大小与弹簧压缩量x有关,由s-x图线可知,s与x成正比,即s=kx;所以Ep=,Ep与x的2次方成正比,即Ep=k'(x)2=,所以有,由此可知,如果h不变,m增加,s-x图线的斜率会减小;如果m不变,h增加,s-x图线的斜率会增大。【答案】(1)A、B、C (2)

24、 (3)减小增大24、【解析】本题考查了验证牛顿第二定律。(1)根据图中描出的各点,作出的图像不是一条直线。(2)图像不过原点,有拉力但没有加速度,原因是摩擦力的影响。(3)平衡摩擦力之后,在满足钩码质量远小于小车质量的条件下,可以得出小车质量不变情况下拉力与加速度成正比的结论。答案:(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量5、【解析】(1)弹簧的劲度系数(2)如图所示(3)由图像知,直线的斜率为,故直线方程满足,即(N/m)(在之间均可)。由于60圈弹簧的总长度为11.88cm,所以n圈弹簧的原长满足,代入得: (N/m)(在之间均可)。答案:(1)81.7

25、0.0122(2)见解析图(3) (在之间均可)(在之间均可)6、【解析】(1)由x=aT2得(2)由于物块在斜面上所受重力的下滑分力为,所以如果斜面光滑时,物块下滑的加速度为,而物块的实际加速度4.30m/s2小于此值,所以斜面是粗糙的。答案:(1)4.30(2)物块的加速度小于7、【解析】(1)根据纸带上的点,物块下滑时的加速度a=m/s2=3.25m/s2根据纸带上的点,打C点时物块的速度v=m/s=1.79m/s(2)选C。由公式a=gsin-gcos可得=,所以还必须测量斜面的倾角,C项正确,A、B项错误。答案：(1)3.251.79(2)C8、【解析】(1)两点间时间间隔为T=,同

26、理,重物下落的加速度的大小为。(2)据mg-0.01mg=ma和,代入数据可得f为40Hz。答案:(1)(2)409、【解析】(1)实验中的操作步骤为首先向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量。在利用纸带打点之前,先把纸带向左拉直。为了使纸带上的点能记录物块的运动情况,应先接通打点计时器电源,再松手释放物块。所以实验操作步骤为。(2)脱离弹簧后物体做匀速直线运动,则纸带M运动的末速度vM=×10-2m/s=1.29 m/s,纸带L运动的末速度vL=×10-2m/s=0.77 m/s。由动能定理可知,松手释放物块后,弹性势能完全转化为动能,所以物体的末动能越大,则弹簧被压缩后的弹性势能越大,则EpM>EpL。答案:(1)(2)1.29M10、【解析】(3)由于小车做的是匀加速直线运动,由s=at2,将特殊点(2,0.80)代入得a=0.40m/s2。(4)利用描点法可得如图所示图线(5)根据牛顿第二定律可得nmg=(M+Nm)a。代入m=0.010kg,n=1、2、3、4、5以及相应的加速度可求得M=0.44kg。(6)若不平衡摩擦力,则有nm