专题17力学实验（测）-2017年高考物理二轮复习讲练测（解析版）

专题17力学实验（测）-2017年高考物理二轮复习讲练测（解析版）

专题17力学实验 ‎【满分：110分时间：90分钟】‎ 实验题 ‎1．（9分）如图所示，质量为M的滑块A放在一端带有滑轮的粗糙长木板上，平衡摩擦力后，安装在水平桌边缘，1、2是固定在木板上的两个光电门，中心间的距离为L。滑块A上固定一宽度为d的遮光条，在质量为m的重物B牵引下从木板的顶端由静止滑下，光电门1、2记录的遮光时间分别为和。‎ ‎（1）用此装置验证牛顿第二定律，且认为A受到外力的合力等于B的重力，则实验必须满足的条件还有；实验测得的加速度为（用上述字母表示）；‎ ‎（2）用此装置研究外力做功与物体动能的改变，以A为研究对象，且认为A受到外力的合力等于B的重力，外力做功的表达式是，动能改变量是。‎ ‎【答案】（1），‎ ‎（2），‎ 根据速度位移公式得，加速度。‎ ‎（2）外力做功的表达式，动能该变量为。‎ ‎【名师点睛】‎ 解决本题的关键知道验证牛顿第二定律实验中的两个认为：1、认为绳子的拉力等于滑块的合力，（前提需平衡摩擦力），2、认为重物的拉力等于绳子的拉力，（前提是重物的质量远小于滑块的质量）。‎ ‎2．（9分）某实验小组用一只弹簧秤和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2。主要实验步骤如下：‎ ⅰ．弹簧秤挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧秤的示数F；‎ ⅱ．弹簧秤挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，此时绳套1沿0o方向，绳套2沿120o方向，记下弹簧秤的示数F1；‎ ⅲ．根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力=①；‎ ⅳ．比较②，即可初步验证；‎ ⅴ．只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）完成实验步骤：①；②；‎ ‎（2）将绳套1由0o方向缓慢转动到60o方向，同时绳套2由120o方向缓慢转动到180o方向，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120o不变。关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是（填选项前的序号）‎ A．逐渐增大B．先增大后减小C．逐渐减小D．先减小后增大 ‎【答案】①②F1和（2）A ‎【解析】（1）由平行四边形定则计算绳套1的拉力 通过比较F1和，在误差范围内相同，则可初步验证。‎ ‎（2）两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出图像，如下图所示：‎ 由图像可知，绳套1的拉力大小逐渐增大，故A对。‎ ‎3．（9分）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究功与速度变化的关系”（使用橡皮筋改变功的方案）实验。‎ ‎（1）图1中A、B、C、D、E、F为部分器材，甲同学应选择______，乙同学应选择_______（填写相应的字母）‎ ‎（2）图2是实验中得到的纸带①、②，计算可得vb =____m/s；纸带________是验证机械能守恒定律实验得到的（填“①”或“②”）（计算结果保留到小数点后两位）‎ ‎（3）关于这两个实验下列说法正确的是（）‎ A．甲同学可以在纸带上任意取6—7个连续分布的计时点完成验证 B．甲同学一定能得到物体动能的增加量等于重力势能的减少量 C．乙同学实验时倾斜轨道的目的是保证橡皮筋的弹力保持不变 D．乙同学应该利用平均速度来完成探究 ‎【答案】(1)AD DE(2) 1.40 0.70 ① ( 3) A ‎【解析】（1）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，故需要选用重锤和打点计时器，AD正确；乙同学准备做“探究功与速度变化的关系”。故需要选用打点计时器和砝码，DE正确；‎ ‎（2）根据匀变速直线运动中平均速度公式可得，打点计时器的频率为50Hz，所以，代入数据可得纸带①中，纸带②中 验证机械能守恒定律实验过程中，重锤向下做匀加速直线运动，后面的计数点间的位移越来越大，故①为验证机械能守恒定律实验 ‎（3）甲同学在做实验时，由于上面任意点的速度都可以根据计算得出，故可以在纸带上任意取6—7个连续分布的计时点完成验证，A正确；由于存在空气阻力，所以减小的重力势能大于重锤得到的动能，B错误；乙同学实验时倾斜轨道的目的是使得物体受到的拉力等于砝码的重力，即平衡摩擦力，C错误；乙同学应该利用最后点迹均匀时的速度来完成，不能用全程的平均速度，D错误；‎ ‎4．（9分）在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法做出了所持钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，根据图象回答以下问题。‎ ‎（1）弹簧的原长为______.‎ ‎（2）弹簧的劲度系数为______.‎ ‎（3）分析图象，总结出弹簧力F跟弹簧长度L之间的关系式为.‎ ‎【答案】（1）10cm （2） 1000N/m （3）F=1000L-100 （N）‎ ‎【名师点睛】本题比较简单，结合图象考查了胡克定律的基础知识，是一道考查基础知识的好题．在研究弹簧的伸长与拉力的关系问题时，一定要特别区分“弹簧的长度”与“弹簧的伸长”的不同。‎ ‎5．（9分）某同学用图示的装置来验证加速度和质量成反比，在自制的双层架子上固定平板玻璃，架子放在水平桌面上，连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连，实验步骤如下：‎ ‎①在两个小桶中装入适量细砂，并使两桶质量（含沙子）相同 ‎②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照，在照片上，通过装置上的刻度尺，‎ 测出甲、乙两车运动的距离s1，s2，‎ ‎③在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤②‎ ‎（1）本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车的质量成___，来验证合外力一定时加速度与质量成反比；‎ ‎（2）实验前，该同学将装置的左端适当垫高了一些，目的是；实验过程中___车（填“甲”或“乙”）受到的拉力更接近沙桶（含沙子）的重力.‎ ‎（3）若该同学以s1/s2为横坐标，以乙车（含砝码）的质量m为纵坐标，作出的图线是直线，该直线的斜率为___的质量（填“甲车”、“乙车”（含砝码）或“沙桶”（含沙子））.‎ ‎【答案】（1）反比（2）平衡摩擦力；乙；（3）甲车 ‎【名师点睛】该实验难度不大，但是题目比较新颖，注意利用题目给定的情形，结合课本此实验的注意事项可以解答；关键是记住此实验的几个重要的问题；平衡摩擦力和小车的质量远大于重物的质量.‎ ‎6．（9分）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系，弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d，开始时将木板置于MN处，现缓慢将瓶中加水，直到木板刚刚开始运动位置，记下弹簧测力计的示数，以此表示滑动摩擦力的大小，将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ的时间t，‎ ‎（1）木板的加速度可以用d、t表示为a=______；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是________________________________。‎ ‎（2）改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数 的关系，下列图像能表示该同学实验结果的是 ‎（3）用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_________。‎ A、可以改变滑动摩擦力的大小 B、可以更方便地获取多组实验数据 C、可以比较精确地测出摩擦力的大小 D、可以获得更大的加速度以提高实验精度 ‎【答案】（1），多次测量求平均值（2）c（3）BC ‎（3）缓慢向瓶中加水，可以更方便地获取多组实验数据，缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较精确地测出摩擦力的大小，BC正确；‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键知道实验的原理以及实验需注意的事项，掌握平衡摩擦力的方法，注意不能将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上，理解平衡摩擦力和的操作和要求的含义．‎ ‎7．（9分）某同学为验证系统机械能守恒定律，采用如图所示的试验装置；将气垫导轨调节水平后在上面放上A、B两个光电门，滑块通过一根细线与小盘相连．测得滑块质量M，小盘和砝码的总质量m，滑块上固定的挡光片宽度为d．实验中，静止释放滑块后测得滑块通过光电门A的时间为△tA，通过光电门B的时间为△tB．‎ ‎（1）实验中，该同学还需要测量；‎ ‎（2）实验测得的这些物理量若满足表达式即可验证系统机械能守恒定律．（用实验中所测物理量相应字母表示）‎ ‎【答案】（1）A、B两光电门之间的距离s；（2）‎ 系统的重力势能减少量可表示为：△Ep=mgs 则实验测得的这些物理量若满足表达式，则可验证系统机械能守恒定律．‎ ‎【名师点睛】此题考查了验证系统机械能守恒定律；了解光电门测量瞬时速度的原理．实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面。‎ ‎8．（9分）如图所示是探究加速度与力的关系的实验装置，在气垫导轨上安装了一个光电门，滑块上固定一宽度为d的遮光条，力传感器固定在滑块上，用细绳绕过光滑定滑轮与砂桶相连，每次滑块都从同一位置处由静止释放。开始时遮光条到光电门的距离为L。‎ ‎（1）实验时，将滑块由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间，则滑块经过光电门时的瞬时速度为______，滑块加速度为__________。‎ ‎（2）改变砂桶质量，读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间，用实验中的数据描绘出图像，若测得图像的斜率为k，则滑块和遮光条的总质量M=____________。‎ ‎【答案】（1）、（2）‎ ‎【名师点睛】本题要知道滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，知道图象斜率的含义，难度适中．‎ ‎9．（9分）在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图(a)所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐．将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心正上方．用手带动钢球，设法使它在空中做匀速圆周运动，通过俯视观察发现其做圆周运动的半径为r，钢球的质量为m，重力加速度为g．‎ ‎(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为：____________；‎ ‎(2)通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为h，那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为F=__________；‎ ‎(3)改变小球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图(6)所示的关系图象，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为___________．‎ ‎【答案】(1) (2) (3)‎ ‎【解析】‎ ‎(1)根据向心力公式：，而，，得：；‎ ‎②如图由几何关系可得：；‎ ‎③由上面分析得：，整理得：,故斜率表达式为.‎ ‎【名师点睛】通过实验数据来粗略验证向心力表示式，培养学生善于分析问题与解决问题的能力，同时运用力的分解寻找向心力的来源．‎ ‎10．（9分）如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。‎ ‎(1)为完成实验，还需要的实验器材有____________________________________。‎ ‎(2)实验中需要测量的物理量有__________________________________________。‎ ‎(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为____________ N/m。图线不过原点的原因是由于_________________________。‎ ‎(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：‎ A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；‎ B．记下弹簧不挂钩码时其下端的刻度尺上的刻度l0；‎ C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；‎ D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；‎ E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；‎ F．解释函数表达式中常数的物理意义；‎ G．整理仪器。‎ 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：________。‎ ‎【答案】(1)刻度尺； (2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)　(3) 200；弹簧自重(4)CBDAEFG ‎（4）实验中要先组装器材，即CB，然后进行实验，即D，最后数据处理，分析解释表达式，最后整理仪器；即AEFG．所以先后顺序为CBDAEFG；‎ ‎11．（10分）某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，下图甲为实验装置简图，电源交流电的频率为50 Hz。‎‎（图甲）‎ ‎（图乙）‎ ‎⑴图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小a = m/s2。（结果保留两位有效数字）‎ ‎⑵保持砂和小砂桶的总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的倒数，数据如下表所示：‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 加速度a/m·s－2‎ ‎1.90‎ ‎1.72‎ ‎1.49‎ ‎1.25‎ ‎1.00‎ ‎0.75‎ ‎0.50‎ ‎0.30‎ 质量m/kg ‎0.25‎ ‎0.29‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.71‎ ‎1.00‎ ‎1.67‎ 质量倒数/kg－1‎ ‎4.00‎ ‎3.45‎ ‎3.03‎ ‎2.50‎ ‎2.00‎ ‎1.41‎ ‎1.00‎ ‎0.60‎ 试在丙中绘制出a～图线，并根据图线写出a与之间的关系式：。‎ a/m·s－2‎ ‎/kg－1‎ ‎0‎ ‎1.00‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ ‎（图丙）‎ ‎（图丁）‎ ‎⑶若保持小车质量不变，改变砂和小砂桶的总质量，该同学根据实验数据作出了如右图丁所示的加速度a随合力F的变化图线，则该图线不通过原点O的主要原因是：。‎ ‎【答案】（1）3.2 （2）a=1/2m (3)平衡不足 ‎（3）由图像可知，当力F增加到一定值时小车才有加速度，故该图线不通过原点O的主要原因是平衡摩擦力不足或没平衡摩擦力.‎ ‎12．（10分）如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．‎ ‎（1）下列说法正确的是．‎ A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力 B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源 C．本实验m2应远小于m1‎ D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象 ‎（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中（选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是．‎ A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 ‎（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的a﹣图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=，钩码的质量m1=．‎ ‎（4）实验中打出的纸带如图4所示．相邻计数点间的时间是0.1s，由此可以算出小车运动的加速度是m/s2．‎ ‎【答案】（1）D（2）丙，C（3），（4）0.46‎ ‎（2）遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况．故图线为丙．‎ 当不满足时，随的增大物体的加速度a逐渐减小，故图象弯曲的原因是：所挂钩码的总质量太大，不满足沙和沙桶质量远小于小车的质量，故C正确．‎ ‎（3）根据牛顿第二定律可知，；结合图象，可得：a，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，因此钩码的质量，小车与木板间的动摩擦因数．‎ ‎（3）根据逐差法可知 ‎ ‎