高考物理二轮复习考点练习专题（11）力学实验（解析版）

力学实验（解析版）【专题考向】近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。在复习过程中，应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本，同时从常规实验中，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。【知识、方法梳理】纸带的三大应用(1)由纸带确定时间(2)求瞬时速度：如图所示，打n点时的速度vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。(3)用“逐差法”求加速度：如图所示，有连续的偶数段数据：a＝eq\f(（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）,（3T）2)。【热点训练】1、某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为________cm，高度为________mm。解析：图(a)为20分度的游标卡尺，其精度为0.05mm。主尺读数为12mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12mm＋4×0.05mm＝12.20mm＝1.220cm。螺旋测微器的精度为0.01mm，由图(b)知固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm。【答案】1.2206.8602、某探究小组为了研究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(a)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(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。(结果均保留两位有效数字)解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的。(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝eq\f(30,46－1)s≈0.67s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝eq\f(0.117＋0.133,2×0.67)m/s≈0.19m/s。根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝eq\f(x4＋x5－x1－x2,6T2)≈－0.037m/s2，因此加速度的大小为0.037m/s2。【答案】(1)从右向左(2)0.190.0373、某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验装置如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，已知实验过程中操作正确。(1)乙图中F1、F2、F、F′四个力，其中力________(填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的。实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是________(填正确选项前字母)。A．两个弹簧测力计拉力F1和F2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小B．橡皮条沿同一方向伸长C．橡皮条伸长到同一长度D．橡皮条沿同一方向伸长同一长度(2)丙图是测量中某一弹簧测力计的示数，读出该力大小为________N。解析：(1)F在以F1与F2为邻边的平行四边形的对角线上，不是由弹簧测力计直接测出的。该实验采用了“等效替代”法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度，选项A、B、C错误，D正确。(2)根据丙图读出力的值为9.0N。【答案】(1)FD(2)9.0(8.8～9.2均可)4、某同学利用图示装置，验证以下两个规律：①两物块通过不可伸长的细绳相连接，沿绳分速度相等；②系统机械能守恒。P、Q、R是三个完全相同的物块，P、Q用细绳连接，放在水平气垫桌上，物块R与轻质滑轮连接，放在正中间，a、b、c代表三个光电门，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光，整个装置无初速度释放。(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还必须测量的物理量有________。A．P、Q、R的质量MB．两个定滑轮的距离dC．R的遮光片到c的距离HD．遮光片的宽度x(2)根据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，需要验证的表达式为____________________。(3)若要验证物块R与物块P的沿绳分速度相等，则验证表达式为____________________。(4)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为____________________。解析：(1)验证系统机械能守恒，需验证的表达式是MgH＝eq\f(1,2)MvP2＋eq\f(1,2)MvQ2＋eq\f(1,2)MvR2，可知质量M可以约去，对实验结果不会有影响，因此不需要测量P、Q、R的质量M，A错误；根据验证的表达式可知，两个定滑轮的距离d不需要测量，B错误；根据验证的表达式可知，需要测量R的遮光片到c的距离H，这样才能计算出系统减少的重力势能，C正确；根据验证的表达式可知，要测量P、Q、R三个物块遮光片的速度，速度v＝eq\f(x,t)，因此需要测量遮光片的宽度x，D正确。(2)物块P的速度vP＝eq\f(x,t1)，物块Q的速度vQ＝eq\f(x,t2)，因此分析出P、Q的速度大小相等，即需要验证表达式t1＝t2。(3)物块R的速度vR＝eq\f(x,t3)，要验证物块R与物块P的沿绳分速度相等，则需要验证表达式vR·eq\f(H,\r(H2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2))＝vP，将vP、vR代入得eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))。(4)整个系统减少的机械能是ΔE＝MgH，增加的机械能是ΔE′＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x2,t12)＋\f(x2,t22)＋\f(x2,t32)))，要验证机械能守恒，则ΔE＝ΔE′，即验证表达式gH＝eq\f(x2,2t32)＋eq\f(x2,2t22)＋eq\f(x2,2t12)。【答案】(1)CD(2)t1＝t2(3)eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))(4)gH＝eq\f(x2,2t32)＋eq\f(x2,2t22)＋eq\f(x2,2t12)5、如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝______mm。(2)小球经过光电门B时的速度表达式为________。(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出eq\f(1,t2)随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：________时，可判断小球下落过程中机械能守恒。(4)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(选填“增加”、“减小”或“不变”)。解析：(1)小球的直径d＝7mm＋0.05mm×5＝7.25mm；(2)小球经过光电门B时的速度表达式为v＝eq\f(d,t)；(3)若机械能守恒，则满足mgH＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2，整理可得：eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)H，由图线可知，当满足eq\f(1,t\o\al(2,0))＝eq\f(2g,d2)H0时，可判断小球下落过程中机械能守恒；(4)因小球下落时受空气阻力作用，故使得动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减小量ΔEp；若增加下落高度后，则空气阻力做功增加，则ΔEp－ΔEk将增加。【答案】(1)7.25(2)eq\f(d,t)(3)eq\f(1,t\o\al(2,0))＝eq\f(2g,d2)H0或2gH0teq\o\al(2,0)＝d2(4)增加6、如图甲所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G1和G2为两个光电门，A、B均为弹性滑块，质量分别为mA、mB，且mA大于mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状态；②轻推滑块A，测得A通过光电门G1的遮光时间为t1；③A与B相碰后，B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3.回答下列问题：(1)用螺旋测微器测得遮光片的宽度如图乙所示，读数为________mm；(2)实验中选择mA大于mB的目的是__________；(3)利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为：__________________。解析：(1)遮光片的宽度为d＝1mm＋19.5×0.01mm＝1.195mm。(2)A和B发生弹性碰撞，若用质量大的A碰质量小的B，则不会发生反弹。(3)滑块经过光电门时挡光时间极短，则平均速度可近似代替滑块的瞬时速度，则碰前A的速度vA＝eq\f(d,t1)，碰后A的速度vA′＝eq\f(d,t3)，碰后B的速度vB′＝eq\f(d,t2)；弹性碰撞，系统动量守恒，有：mAvA＝mAvA′＋mBvB′，化简可得表达式：eq\f(mA,t1)＝eq\f(mA,t3)＋eq\f(mB,t2)。【答案】(1)1.195(1.193～1.197均可)(2)碰撞中滑块A不反弹(3)eq\f(mA,t1)＝eq\f(mA,t3)＋eq\f(mB,t2)7、某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，将橡皮筋改为劲度系数为400N/m的轻质弹簧AA′，将弹簧的一端A′固定在竖直墙面上．不可伸长的细线OA、OB、OC，分别固定在弹簧的A端和弹簧秤甲、乙的挂钩上，其中O为OA、OB、OC三段细线的结点，如图所示(俯视图)。在实验过程中，保持弹簧AA′伸长0.01m不变。(1)若OA、OC间夹角为90°，弹簧秤乙的读数是______N。(2)在(1)问中若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，则弹簧秤甲的读数大小将________，弹簧秤乙的读数大小将________。解析：(1)根据弹簧秤的读数方法可知，乙的读数为3.00N；(2)若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，如图中实线变到虚线，由图可知弹簧秤甲的读数将一直变小，而弹簧秤乙的读数将先变小后变大。【答案】(1)3.00(2)一直变小先变小后变大8、某物理小组在一次探究活动中测量小滑块与木板之间的动摩擦因数μ。实验装置如图甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，P为连接数字计时器的光电门且固定在B点。实验时给带有遮光条的小滑块一个初速度，让它沿木板从左侧向右运动，小滑块通过光电门P后最终停在木板上某点C。已知当地重力加速度为g。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数d＝________cm。(2)为了测量动摩擦因数，除遮光条宽度d及数字计时器显示的时间t外，下列物理量中还需测量的有________。A．木板的长度L1B．木板的质量m1C．小滑块的质量m2D．木板上BC间的距离L2(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________(用题中所涉及的物理量的符号表示)。解析：(1)由题图乙所示游标卡尺可以知道，主尺示数为0.3cm，游标尺示数为15×0.05mm＝0.75mm，游标卡尺读数d＝0.3cm＋0.075cm＝0.375cm。(2)滑块通过光电门的速度为：v＝eq\f(d,t)根据动能定理有：－μm2gL2＝0－eq\f(1,2)m2v2要测量动摩擦因数，需要知道木板上BC间的距离L2，所以选D。(3)根据动能定理有：－μm2gL2＝0－eq\f(1,2)m2v2计算得出：μ＝eq\f(d2,2gL2t2)。【答案】(1)0.375(2)D(3)eq\f(d2,2gL2t2)9、利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电