2016高考物理复习专题演练专题十五 力学实验二 10页

考点 15 力学实验(二) 两年高考真题演练 1．(2015·浙江理综，21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律” 实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。 图 1 (1)图 1 中 A、B、C、D、E 表示部分实验器材，甲同学需在图中 选用的器材________；乙同学需在图中选用的器材________。(用字 母表示) 图 2 (2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图 2 所示 的两条纸带①和②。纸带________的加速度大(填“①”或“②”)， 其加速度大小为________。 2．(2015·江苏单科，11) 图 1 某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。 实验装置如图 1 所示，打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电。 (1)下列实验操作中，不正确的有________。 A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面 C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落 D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 (2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”)，将磁铁从管 口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为 O 点，每隔一个计时点取一个计数点，标为 1，2，…，8。用刻度尺量 出各计数点的相邻两计时点到 O 点的距离，记录在纸带上，如图 2 所示。 图 2 计算相邻计时点间的平均速度 v，粗略地表示各计数点的速度， 抄入下表。请将表中的数据补充完整。 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 v(cm/s) 24.5 33.8 37.8 ____ 39.5 39.8 39.8 39.8 (3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运 动速度的变化情况是________________；磁铁受到阻尼作用的变化情 况是___________________________________________________。 (4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述 实验操作(记为“实验②”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落 体运动规律几乎相同。请问实验②是为了说明什么？对比实验①和② 的结果可得到什么结论？ _______________________________________________________ ___________________________________________________________ ______________ 3．[2014·广东理综，34(2)]某同学根据机械能守恒定律，设计实 验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。 (1)如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依 次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表。由数据算得劲 度系数 k＝________N/m(g 取 9.80 m/s2)。 砝码质量(g) 50 100 150 弹簧长度(cm) 8.62 7.63 6.66 (2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示；调 整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小__________。 (3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x；释放滑块，记录滑块 脱离弹簧后的速度 v。释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为 __________。 (4)重复(3)中的操作，得到 v 与 x 的关系如图(c)。由图可知，v 与 x 成__________关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性 势能与弹簧的__________成正比。 考点 15 力学实验(二) 一年模拟试题精练 1．(2015·山东省日照市高三校际联考)在做“探究做功和物体速 度变化关系”的实验前，某探究小组的同学们通过讨论提出了以下几 种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝ v，……。 为了验证猜想，他们设计了如图甲所示的实验装置。PQ 为一块 倾斜放置的木板，在 Q 处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通 过 Q 点的速度)。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体 质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感 器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。 (1) 本 实 验 中 不 需 要 测 量 物 体 的 质 量 ， 理 由 是 什 么 ？ __________________________________________________。 (2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初位置到 速度传感器的距离 L1、L2、L3、L4……，读出物体每次通过速度传感 器 Q 的速度 v1、v2、v3、v4……，并绘制了如图乙所示的 L－v 图象。 根据绘制出的 L－v 图象，若为了更直观地看出 L 和 v 的变化关系， 他们下一步应该作出________。 A．L－1 v 图象 B．L－ 1 v 图象 C．L－ v图象 D．L－v2 图象 (3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的 结果？______________。 2．(2015·湖南省株州市高三检测)在实验验证自由落体的重物机 械能守恒时，打出一条纸带如图所示。图中 O 是打出的第一个点迹， A、B、C、D、E、F……是依次打出的点迹，量出 OE 间的距离为 x1， DF 间的距离为 x2，已知打点计时器打点的周期是 T。 (1)如果在实验误差允许的范围内 x1、x2、T 满足关系式________， 即验证了重物下落过程中机械能是守恒的。 (2)已知 T＝0.02 s。如果打出的纸带中有一条 OA 距离大约是 5 mm，则出现这种情况的原因可能是________________；如果操作正 确，但打出的纸带中有一条 OA 距离大约是 1 mm，则 ________(填 “能”或“不能”)利用这条纸带来进行验证。 3. (2015·湖南益阳高三月考)某同学利用自己设计的弹簧弹射器测 量弹簧的弹性势能。装置如图所示，水平放置的弹射器将质量为 m 的静止小球弹射出去。测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间 隔为 t，甲、乙光电门间距为 L，忽略一切阻力。 (1)小球被弹射出的速度大小 v＝________，求得静止释放小球时 弹簧弹性势能 Ep＝________；(用题目中的字母符号表示) (2)由于重力作用，小球被弹射出去后运动轨迹会向下有所偏转， 这对实验结果________影响(选填“有”或“无”)。 4．(2015·河南信阳一调) 如图为验证小球做自由落体运动时机械能守恒的装置图，图中 O 点为释放小球的初始位置，A、B、C、D 各点为固定速度传感器的位 置，A、B、C、D、O 各点在同一竖直线上。 (1)已知当地的重力加速度为 g，则要完成实验，还需要测量的物 理量是________。 A．小球的质量 m B．小球下落到每一个速度传感器时的速度 v C．各速度传感器与 O 点之间的竖直距离 h D．小球自初始位置至下落到每一个速度传感器时所用的时间 t (2)作出 v2－h 图象，由图象算出其斜率 k，当 k＝________时， 可以认为小球在下落过程中机械能守恒。 (3) 写 出 对 减 小 本 实 验 误 差 有 益 的 一 条 建 议 ： ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ______________。 参考答案 考点 15 力学实验(二) 两年高考真题演练 1．解析 (1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运 动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即 A、 B；“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以小车为研究对象， 需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、 小车、钩码，即 B、D、E。 (2)纸带①相邻相等时间位移之差Δx1＝0.1 cm，而②纸带的Δx2 ＝0.05 cm，由 a＝Δx T2 可知①纸带加速度大，且可算得 a＝Δx T2 ＝ 0.1×10－2 0.022 m/s2＝2.5 m/s2。 答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2 2．解析 (1)在实验时，应用手捏住纸带上端，保持静止，再接 通电源，让打点计时器工作，然后迅速释放纸带，故做法不对的是 C、 D，所以本题正确选项为 C、D。 (2)由 v＝x t 可求 v4＝（5.60－4.04）×10－2 2×0.02 m/s＝39.0 cm/s。 (3)由纸带上的测量数据可知，磁铁下落的速度逐渐增大，最后匀 速下落，所受阻力逐渐增大到大小等于重力。 (4)实验结果表明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，而磁铁在 铜管中下落时受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。 答案 (1)CD (2)39.0 (3)逐渐增大到 39.8 cm/s 且增加的越来 越慢 逐渐增大到等于重力 (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受 阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用 3．解析 (1)由 k＝ΔF |Δx| ＝ 0.1×9.80 （8.62－6.66）×10－2N/m＝50 N/m； (2)要调整气垫导轨水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的 速度相等；(3)根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转 化为滑块的动能；(4)由题图可知，x 与 v 成正比，即 v＝kx，由 Ep＝ Ek＝1 2 mv2＝1 2mk2x2，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成 正比。 答案 (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方 一年模拟试题精练 1．解析 (1)根据动能定理可知，mg(sin θ－μcos θ)L＝1 2 mv2， 等式两边都有 m，所以探究 W 与 v 的关系时可以不测量质量 m。(2) 由动能定理得出结论：g(sin θ－μcos θ)L＝1 2v2，为了更直观地看出 L 和 v 的关系，应作出 Lv2 的图象。D 项正确。(3)从(2)中表达式可以 看出，摩擦力大小不会影响 Lv2 的关系。 答案 (1)因为 W＝ΔEk，W＝mg(sin θ－μcos θ)L，ΔEk＝ 1 2mv2，等式两边都有 m，所以探究 W 与 v 的关系时可以不测量质量 m (2)D (3)不会 2．解析 (1)vE＝x2 2T ，若 mgx1＝1 2mv 2E则机械能守恒，则 v2E＝2gx1， gx1＝ x22 8T2。(2)若是接通电源的同时重物开始下落，则 xOA＝1 2gT2≈2 mm，若 OA 距离大约是 5 mm，说明先松开纸带后接通电源。如果操 作正确，但打出的纸带中有一条 OA 距离大约是 1 mm，可以不用第 一个点，在纸带上另找两个点，根据 v22－v21＝2gh 也能达到实验目的。 答案 (1)gx1＝ x22 8T2 (2)先松开纸带后接通电源 能 3．解析 (1)小球被弹出后做平抛运动，水平方向上做匀速直线 运动，则小球被弹出的速度为 v＝L t ，由机械能守恒定律得弹簧的弹 性势能为 Ep＝1 2mv2＝mL2 2t2 。(2)因小球被弹出时的速度等于小球被弹出 后做平抛运动在水平方向分运动的速度，该速度与竖直方向的分运动 无关，故小球运动轨迹向下偏转，对实验结果无影响。 答案 (1)L t mL2 2t2 (2)无 4．解析 (1)为验证小球做自由落体运动时机械能守恒，根据 mgh ＝1 2mv2 知，需要测量的物理量是速度 v 和高度 h，选项 B、C 正确。 (2)由 mgh＝1 2mv2 可得 v2＝2gh，v2h 图象的斜率 k＝2g。 (3)相邻速度传感器之间的距离适当大些，速度 v 和高度 h 的测 量相对误差小；选质量大、体积小的小球做实验，空气的阻力小，误 差小。 答案 (1)BC (2)2g (3)见解析