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2018届高考物理二轮复习:专题限时集训13 力学实验

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            专题限时集训(十三) 力学实验

                           (对应学生用书第       141 页)
                               (限时:40   分钟)

1.(8  分)(2017·成都市石室中学二诊)图          13­17 甲中游标卡尺的读数是
    ________cm,图乙中螺旋测微器的读数是________mm.


                                  图  13­17

      【解析】 (1)游标卡尺的主尺读数为:2.9               cm,游标尺上第       9 个刻度和主
      尺上某一刻度对齐,所以游标读数为                9×0.1 mm=0.9 mm=0.09 cm,
      所以最终读数为:2.9 cm+0.09 cm=2.99 cm.
      (2)螺旋测微器的固定刻度为           5.5 mm,可动刻度为       18.1×0.01 mm=0.181 
      mm,所以最终读数为         5.5 mm+0.181 mm=5.681 mm.

      【答案】 2.99 5.681
2.(8  分)(2017·天津高考)如图      13­18 所示,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,利用此装置验证机械能守恒定律.


                                  图  13­18

      ①对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是________.
      A.重物选用质量和密度较大的金属锤
      B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 
      C.精确测量出重物的质量
      D.用手托稳重物,接通电源后,撒手释放重物
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      ②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到                    50 Hz 的交流电源上,按正
      确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如

      图 13­19 所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中                       O 点为纸
      带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测

      出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________.


                                  图  13­19

      A.OA、AD    和  EG 的长度
      B.OC、BC    和 CD  的长度
      C.BD、CF    和 EG 的长度
      D.AC、BD    和 EG  的长度
      【解析】 ①A      对:验证机械能守恒定律时,为降低空气阻力的影响,重
      物的质量和密度要大.
      B 对:为减小纸带与打点计时器间的摩擦,两限位孔要在同一竖直平面内
      上下对正.

                                              1
      C 错:验证机械能守恒定律的表达式为                mgh=2mv2,重物的质量没必要测
      量.
      D 错:此做法对减小实验误差无影响.

                                1
      ②利用纸带数据,根据          mgh=2mv2  即可验证机械能守恒定律.要从纸带
      上测出重物下落的高度并计算出对应的速度,选项                      A、D   的条件中,下落
      高度与所能计算的速度不对应;
      选项  B 的条件符合要求,可以取重物下落                OC 时处理;
      选项  C 中,可以求出       C、F  点的瞬时速度,又知         CF 间的距离,可以利用

      1     1
      2mv2-2mv21=mgΔh  验证机械能守恒定律.
      【答案】 ①AB ②BC
3.(8  分)[2017·高三第一次全国大联考(新课标卷Ⅲ)]一个实验小组在“探究弹力
    和弹簧伸长的关系”的实验中:
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                                  图  13­20

      (1)甲同学在做该实验时,通过处理数据得到了图                    13­20 甲所示的   F­x 图象,
      其中  F 为弹簧弹力,x      为弹簧长度.请通过图甲分析并计算,该弹簧的原

      长 x0=________cm,弹簧的弹性系数          k=________N/m.该同学将该弹簧制
      成一把弹簧秤,当弹簧秤的示数如图乙所示时,该弹簧的长度                           x=
      ________cm.
      (2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧              a 和 b,得到弹力与弹簧长度的图象如
      图丙所示.下列表述正确的是________.
      A.a  的原长比    b 的长
      B.a  的劲度系数比      b 的大
      C.a  的劲度系数比      b 的小
      D.测得的弹力与弹簧的长度成正比
                                                         ΔF

      【解析】 (1)x0    为甲图中    F=0  时的  x 值,即   x0=8  cm.k=Δx=25   N/m.测
      力计示数    F=3.0  N,由甲图知弹簧长度          x=20 cm.(2)在图象中横截距表示
      弹簧的原长,故       b 的原长比    a 的长,故    A 错误;在图象中斜率表示弹簧
      的劲度系数     k,故   a 的劲度系数比      b 的大,故    B 正确,C   错误;弹簧的弹
      力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故                      D 错误.

      【答案】 (1)8 25 20 (2)B
4.(8  分)某同学用如图       13­21 所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数.图中
   长木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在
   O 点相切,一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置,圆弧曲面与标尺竖直面相
   切.
      (1)在 A 点由静止释放物块,物块经圆弧轨道滑上长木板,最后停在                          a 点,
      改变滑块释放的位置于          B 点,物块最后停在长木板上的             b 点,量出    A、
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      B 间的高度    h,a、b  间的距离     L,重力加速度为       g,则物块与长木板间的
      动摩擦因数为      μ=________.


                                  图  13­21

      (2)为了减小实验误差,多次改变物块释放的位置,测出每次物块释放的
      位置离   A 点的高度    h,最后停在长木板上的位置离              O 点的距离    x,作出
      x­h 图象,则作出的图象应该是________(填“过原点”或“不过原点”
      )的一条倾斜的直线,求出图象的斜率为                 k,则物块与斜面间的动摩擦因
      数为  μ=________. 
                                                  【导学号:19624159】
                                                   h
      【解析】 (1)由能量守恒可知,mgh=μmgL,得                μ=L
                                                    1   1
      (2)设 OA 间的高度为     H,则   mg(h+H)=μmgx,得     x=μh+μH,因此图线
                                             1        1
      是一条不过原点的倾斜直线,图线的斜率                  k=μ,得    μ=k.
                  h              1
      【答案】 (1)L (2)不过原点 k
5.(8  分)(2017·皖南八校联考)为了“测量当地重力加速度                  g 的值和木块与木块
    间的动摩擦因数        μ”,某同学设计了如下实验方案:
      第一步:他把带有定滑轮的木板的有滑轮的一端垫起,把质量为                            M 的滑
      块通过细绳与质量为         m 的带夹重锤相连,然后跨过定滑轮,重锤后连一
      纸带,穿过打点计时器,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板

      做匀速运动,如       13­22 图甲所示.
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                                  图  13­22
      第二步:保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮
      处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使其穿过打点计时器,如图
      乙所示.然后接通电源释放滑块,使之从静止开始加速运动,打出纸
      带.打出的纸带如图丙所示.
      试回答下列问题:

      (1)已知  O、A、B、C、D、E、F        相邻计数的时间间隔为           T,OA、AB、

      DE、EF  间距分别为      x1、x2、x3、x4,根据纸带求木块下滑的加速度                a=
      ________.
      (2)已知质量    m、M  和加速度     a,则当地的重力加速度          g=________.
      (3)已知质量    m、M  和长木板的倾角        θ,则木块与木板间的动摩擦因数              μ=
      ________. 
                                                  【导学号:19624160】

                            2                 2             2
      【解析】 (1)根据      Δx=aT  可知:x3-x1=4a1T     ;x4-x2=4a2T   ,则  a=

      1         x3+x4 - x1+x2 

      2(a1+a2)=       8T2       ;
      (2)(3)由题意  Mgsin θ-μMgcos   θ=mg,Mgsin   θ-μMgcos   θ=Ma,解得

         Ma             m
      g= m ,μ=tan θ-Mcos θ.
                   x3+x4 - x1+x2       Ma             m
      【答案】 (1)           8T2        (2) m  (3)tan θ-Mcos θ
6.(9  分)(2017·揭阳市揭东一中检测)某同学用图              13­23 甲所示的实验装置探究
    加速度与力的关系.他在气垫导轨旁安装了一个光电门                         B,滑块上固定一
    遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,力传感
    器可直接测出绳中拉力大小,传感器下方悬挂钩码.改变钩码数量,每次
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都从   A 处由静止释放滑块.已知滑块(含遮光条)总质量为                    M,导轨上遮光
条位置到光电门位置的距离为              L.请回答下面相关问题.


                              图  13­23

  (1)如图乙,实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为                     d=________cm.某次
  实验中,由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为                        t,由力传感器记
  录对应的细线拉力大小为           F,则滑块运动的加速度大小             a 应表示为
  ________(用题干已知物理量和测得物理量字母表示).
  (2)下列实验要求中不必要的是________.
  A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
  B.应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些
  C.应将气垫导轨调节至水平
  D.应使细线与气垫导轨平行
  【解析】 (1)游标卡尺的主尺读数为              9   mm,游标尺上第       12 个刻度和主
  尺上某一刻度对齐,所以游标读数为                12×0.05  mm=0.60   mm,所以最终
  读数为:9 mm+0.60 mm=9.60 mm=0.960 cm;
  已知初速度为零,位移为           L,要计算加速度,需要知道末速度,故需要由

                                                     d
  数字计时器读出遮光条通过光电门               B 的时间   t,末速度     v=t,由   v2=
            v2   d2
  2aL,得  a=2L=2Lt2;
  (2)拉力是直接通过传感器测量的,故与小车质量和钩码质量大小关系无
  关,故   A 错误.应使      A 位置与光电门间的距离适当大些,有利于减小误
  差,故   B 正确.应将气垫导轨调节水平,使拉力等于合力,故                        C 正确.
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      要保持拉线方向与气垫导轨平行,拉力才等于合力,故                        D 正确.本题选
      择不必要的,故选:A.

                         d2
      【答案】 (1)0.960 2Lt2 (2)A
7.(11  分)(2017·江苏高考)利用如图        13­24 所示的实验装置探究恒力做功与物体
    动能变化的关系.小车的质量为               M=200.0 g,钩码的质量为        m=10.0  g,打
    点计时器的电源为         50 Hz 的交流电.


                                  图  13­24

      (1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向
      左轻推小车观察到________.
      (2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图                   13­25 所示,选择某一点
      为 O,依次每隔      4 个计时点取一个计数点.用刻度尺量出相邻计数点间的

      距离  Δx,记录在纸带上.计算打出各计数点时小车的速度                       v,其中打出

      计数点“1”时小车的速度           v1=________m/s.


                                  图  13­25

      (3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取                 g=9.80       m/s2,利用   W=
                                          1
                                             2
      mgΔx 算出拉力对小车做的功          W.利用   Ek=2Mv  算出小车动能,并求出动

      能的变化量     ΔEk.计算结果见下表.

                W/×10-3J    2.45  2.92  3.35  3.81  4.26

                        -
                ΔEk/×10
                            2.31  2.73  3.12  3.61  4.00
                    3J

      请根据表中的数据,在图           13­26 中作出   ΔEk­W 图象.
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                            图  13­26

(4)实验结果表明,ΔEk       总是略小于     W.某同学猜想是由于小车所受拉力小
于钩码重力造成的.用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实

际拉力   F=______N. 
                                            【导学号:19624161】
【解析】 (1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车,小车做匀速运动.
(2)两计数点间的时间间隔          T=5×0.02 s=0.1 s

   x02   2.06+2.50  × 0.01

v1= 2T =     2 × 0.1   m/s=0.228 m/s
(3)确定标度,根据给出数据描点.作图如图所示.


(4)从图线上取两个点(4.5,4.24),(2.15,2.0)

             4.24-2.0
图线的斜率     k=4.5-2.15≈0.953   ①
       ΔEk   Mv2
又有  k=ΔW=2mgΔx               ②
根据运动学公式有        v2=2aΔx      ③
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根据牛顿第二定律有
F=Ma                         ④
由①②③④式解得        F≈0.093 N

【答案】 (1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)见解析 (4)0.093
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