2014年版高考物理11力学实验中常考的3个问题目二轮典型例题目

2014年版高考物理11力学实验中常考的3个问题目二轮典型例题目

训练11　力学实验中常考的3个问题 ‎1．读出图11－17甲、乙中给出的螺旋测微器和游标卡尺的示数，螺旋测微器的示数为________mm，游标卡尺的示数为________cm.‎ 图11－17‎ ‎2．(2012·济南模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m＝‎200 g的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图11－18所示．O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点．已知打点计时器每隔T＝0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g＝‎9.8 m/s2，那么 图11－18‎ ‎(1)计算B点瞬时速度时，甲同学用v＝2gsOB，乙同学用vB＝.其中所选择方法正确的是________(填“甲”或“乙”)同学．‎ ‎(2)同学丙想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力，为此他计算出纸带下落的加速度为________m/s2，从而计算出阻力f＝________N.‎ ‎(3)若同学丁不慎将上述纸带从OA之间扯断，他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的？________.(填“能”或“不能”)‎ ‎3．(2012·安徽卷，21·Ⅰ)图11－19为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．‎ ‎(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是 ‎ ‎(　　)．‎ 图11－19‎ A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 ‎(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 (　　)．‎ A．M＝‎200 g，m＝‎10 g、‎15 g、‎20 g、‎25 g、‎30 g、‎‎40 g B．M＝‎200 g，m＝‎20 g、‎40 g、‎60 g、‎80 g、‎100 g、‎‎120 g C．M＝‎400 g，m＝‎10 g、‎15 g、‎20 g、‎25 g、‎30 g、‎‎40 g D．M＝‎400 g，m＝‎20 g、‎40 g、‎60 g、‎80 g、‎100 g、‎‎120 g ‎(3)图11－20是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB＝‎4.22 cm、sBC＝‎4.65 cm、sCD＝‎5.08 cm、sDE＝‎5.49 cm，sEF＝‎5.91 cm，sFG＝‎6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度大小a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)．‎ 图11－20‎ ‎ ‎ 图11－21‎ ‎4．(2012·江苏卷，11)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图11－21所示的装置进行实验．实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面，将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点，分别测量OP、OQ 的长度h和s.改变h，‎ 重复上述实验，分别记录几组实验数据．‎ ‎(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮．请提出两个解决方法________________________________________________________________________．‎ ‎(2)请根据下表的实验数据作出s－h关系的图象.‎ h/cm ‎20.0‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ s/cm ‎19.5‎ ‎28.5‎ ‎39.0‎ ‎48.0‎ ‎56.5‎ ‎(3)实验测得A、B的质量分别为m＝‎0.40 kg、M＝‎0.50 kg.根据s－h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________.(结果保留一位有效数字)‎ ‎(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(选填“偏大”或“偏小”)．‎ ‎5．某探究小组利用如图11－22甲所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒．在斜槽轨道的末端安装一个光电门B，调节激光束与球心等高，斜槽末端水平．地面上依次铺有白纸、复写纸，让小球从斜槽上固定位置A点无初速释放，通过光电门后落在地面的复写纸上，在白纸上留下打击印．重复实验多次，测得小球通过光电门的平均时间为2.50×10－3 s．计算保留三位有效数字．‎ ‎(1)用游标卡尺测得小球直径如图乙所示，则小球直径为d＝________cm，由此可知小球通过光电门的速度vB＝________m/s；‎ ‎(2)实验测得轨道离地面的高度h＝‎0.441 m，小球的平均落点P到轨道末端正下方O点的距离x＝‎0.591 m，则由平抛运动计算小球的平抛初速度v0＝________m/s；‎ ‎(3)实验只要满足________≈________，就可以认为，在误差允许范围内，平抛运动中机械能是守恒的．‎ 图11－22‎ ‎6．在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实验中，某同学的实验设计方案如图11－23所示．则 图11－23‎ ‎(1)该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先要________，其次钩码和小车还需要满足的条件是 ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(2)实验中，除位移、速度外，还需要测出的物理量有________________________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________.‎ ‎(3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学打出的一段纸带如图11－24所示，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.(计算结果保留三位有效数字)‎ 图11－24‎ ‎ ‎ 图11－25‎ ‎7．在“验证力的平行四边形定则”实验中，将橡皮条的一端固定在竖直放置的木板上，另一端系上两根细绳OA、OB，O为两细绳与橡皮条的结点，细绳OA跨过钉在木板上的光滑的钉子C，下端挂重力已知的钩码，细绳OB用一个弹簧测力计钩住，如图11－25所示，可以通过改变钩码的个数和弹簧测力计的拉力调整橡皮条与两细绳的结点O的位置．‎ ‎(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的是________．‎ A．两细绳的夹角必须成90°，以便于算出两细绳的合力 B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D．只用弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时结点O到达的位置应与用钩码、弹簧测力计同时拉时相同 ‎(2)图中OC与橡皮条延长线的夹角为α，细绳OB与橡皮条延长线的夹角为β，且α＋β>90°，下列操作正确的是________．‎ A．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应减小β，同时减小弹簧测力计的拉力 B．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力 C．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力 D．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应减小β，同时增大弹簧测力计的拉力 ‎8．在科学探究活动中，对实验数据进行分析归纳得出结论是非常重要的环节．为探究物体做直线运动过程中x随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到表中的实验数据.‎ 物体运动的起止点 所测的物理量 测量次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ A―→B 时间t(s)‎ ‎0.89‎ ‎1.24‎ ‎1.52‎ ‎1.76‎ ‎1.97‎ 时间二次方t2(s2)‎ ‎0.79‎ ‎1.54‎ ‎2.31‎ ‎3.10‎ ‎3.88‎ 位移x(m)‎ ‎0.25‎ ‎0.50‎ ‎0.75‎ 图11－25‎ ‎1.00‎ ‎1.25‎ ‎ ‎ 现根据表格数据，请你在如图11－26所示的坐标系中，纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线．‎ 图11－26‎ 同时请你根据图线，分析得出物体从A―→B的过程中x随t2变化的关系式是______________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________.‎ 参考答案：‎ 训练11　力学实验中常考的3个问题 ‎1．解析　本题考查螺旋测微器与游标卡尺的读数．螺旋测微器固定刻度部分读数为‎5.0 mm，可动刻度部分读数为‎0.485 mm，故读数为‎5.485 mm；游标卡尺主尺读数为‎41 mm，游标尺读数为‎0.20 mm，所以游标卡尺读数为‎41.20 mm＝‎4.120 cm.‎ 答案　5.485　4.120‎ ‎2．解析　本题考查验证机械能守恒定律的实验．‎ ‎(1)由于纸带与限位孔之间有摩擦，故重物下落时的加速度小于重力加速度，利用vB＝计算B点瞬时速度的方法正确．‎ ‎(2)根据yBC－yAB＝aT2可得a＝‎9.5 m/s2，由牛顿第二定律可得mg－f＝ma，解得f＝0.06 N.‎ ‎(3)根据ΔEp＝ΔEk即重物重力势能的减少量等于其动能的增加量可知，能实现验证机械能守恒定律的目的．‎ 答案　(1)乙　(2)9.5　0.06　(3)能 ‎3．解析　(1)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使细线对小车的拉力大小等于小车所受的合外力，则需要平衡摩擦力，并使细线与长木板平行．平衡摩擦力的方法是只让小车牵引纸带(撤去砂及砂桶)，纸带穿过打点计时器，并垫高长木板不带滑轮的一端，打点计时器接通电源工作．如果打出纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动．故选项B正确、选项A、C错误．‎ ‎(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为使细线对小车的拉力等于砂及砂桶的总重力，则M≫m，且尽可能地多做几组．故选项C最合理．‎ ‎(3)根据题意，相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，‎ 根据Δs＝aT2，得，‎ sDE－sAB＝‎3a1T2　sEF－sBC＝‎3a2T2　sFG－sCD＝‎3a3T2‎ 所以小车的加速度 a＝＝＝‎0.42 m/s2.‎ 答案　(1)B　(2)C　(3)0.42‎ ‎4．解析　(1)A释放后撞到滑轮是因为B对A做的功过多或A克服摩擦力做功少，若要不撞滑轮则可减少B对A做的功或增大摩擦力做的功，方法有减小B的质量或减小h(B下落的高度)；增大A的质量或增大O到滑轮的距离；亦可增加细线长度，任选两法即可．(2)见下图．(3)设A到O点时速度为v，则PO段有：v2－0＝‎2a1h，OQ段有：0－v2＝‎2a2s，故sh图象的斜率k＝＝，由牛顿运动定律知：在PO段：Mg－μmg＝(M＋m)a1，得a1＝，OQ段：μmg＝ma2，a2＝μg，将a1、a2代入k＝可得：μ＝，由图象得出k＝，代入上式可得μ＝0.4.‎ ‎(4)因滑轮轴摩擦产生的效果相当于A与桌面间摩擦力比实际的大，即导致μ测量结果偏大．‎ 答案　(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度)　(2)见解析图　(3)0.4　(4)偏大 ‎5．解析　以斜槽末端为重力势能的零点，则小球平抛的初动能就等于小球运动时的机械能，也就等于小球落地时的机械能(认为是守恒的)，因此以平抛运动计算得到的初动能(初速度)如果近似等于用光电门测得初动能(初速度)，则可认为此过程机械能守恒．‎ ‎(1)d＝‎0.50 cm；vB＝＝ m/s＝‎2.00 m/s；‎ ‎(2)由平抛运动得x＝v0t，h＝gt2，‎ 解得v0＝x ＝‎1.97 m/s 答案　(1)0.50　2.00　(2)1.97　(3)势能减少量　动能增加量 ‎6．解析　(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力，其次为减小实验误差，由牛顿第二定律可知 mg＝(M＋m)a，即a＝，只有当M≫m时，a≈.‎ ‎(2)由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力和小车的总质量．‎ ‎(3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时v＝＝＝‎1.40 m/s.‎ 答案　(1)平衡小车与木板之间的摩擦力　钩码的质量远小于小车的质量 ‎(2)钩码的重力和小车的总质量 ‎(3)1.40‎ ‎7．解析　(1)两细绳的拉力大小是用作图法求得的不是计算出来的，两细绳的夹角没有必要成90°，同时，橡皮条也没有必要与两绳夹角的平分线在同一直线上，选项A、B均错误；弹簧测力计与木板平面平行是为了保证所有力在同一平面内，选项C正确；两次拉动的结果都是使橡皮条伸长到O点，作用效果相同，选项D正确．‎ ‎(2)O点受到细绳OA的拉力F1、细绳OB的拉力F2和橡皮条的拉力F3的作用三力平衡，则F1与F2的合力F3′＝F3，方向与F3的方向相反．如图甲所示，增加钩码的个数时，细绳OA的拉力由F1变化为F1′，但F1与F2的合力F3′，不变，弹簧测力计的拉力应由F2增大为F2′，同时β增大，选项A错误、B正确；如图乙所示，保持钩码的个数不变，将钉子向左移动一些，细绳OA的拉力大小不变，方向由F1的方向变化为F1′的方向，合力F3′不变，细绳OB的拉力应由F2增大为F2′，同时β减小，选项C错误、D正确．‎ 答案　(1)CD　(2)BD ‎8．解析　建立以x为纵轴，t2为横轴的图象如图所示，图线是一条过原点的直线，所以x 与t2成正比．所以x＝kt2，再由图线上的点可求出k＝0.322.‎ 答案　图见解析图 x＝0.322 t2‎