专题17力学实验（练）-2017年高考物理二轮复习讲练测（解析版） 21页

专题17力学实验 ‎1．【2016·四川卷】（6分）用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x。‎ ‎（1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_______。‎ ‎（2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_______。‎ A．弹簧原长 B．当地重力加速度 C．滑块（含遮光片）的质量 ‎（3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_____。‎ A．增大 B．减小 C．不变 ‎【答案】（1）（2）C （3）B ‎【名师点睛】此实验比较简单，实验的原理及步骤都很清楚；实验中引入的计时器装置可与刻度尺结合测量速度；首先要知道测量的物理量的表达式，然后才能知道要测量的物理量.‎ ‎2．【2016·北京卷】利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。‎ ‎①为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的。‎ A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 ‎②除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是。‎ A．交流电源 B．刻度尺 C．天平（含砝码）‎ ③实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。‎ 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打Ｏ点到打Ｂ点的过程中，重物的重力势能变化量＝　　　　　，动能变化量＝　　　　　。‎ ④大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是。‎ A．利用公式计算重物速度 B．利用公式计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 ‎⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。‎ ‎【解析】①根据机械能守恒定律可得，故需要比较动能变化量与势能变化量，A正确；②电磁打点计时器使用的是交流电源，故A正确；因为在计算重力势能的变化量时，需要用到纸带上两点之间的距离，所以还需要刻度尺，故B正确；根据可得等式两边的质量抵消，故不需要天平，C错误；③重力势能改变量为 ‎，由于下落过程中是匀变速直线运动，所以根据中间时刻重物速度的规律可得B点的速度为，所以。④实验过程中存在空气阻力，纸带运动过程中存在摩擦力，C正确。⑤该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据　　可知，v2-h图像就是过原点的一条直线。要向通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。‎ ‎【方法技巧】解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定器材，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小，做分析匀变速直线运动情况时，其两个推论能使我们更为方便地解决问题，一、在相等时间内走过的位移差是一个定值，即，二、在选定的某一过程中，中间时刻瞬时速度等于该过程中的平均速度。‎ ‎3．【2015·福建·19（1）】某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。‎ ‎①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm，图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量△l为cm;‎ ‎②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是；（填选项前的字母）‎ A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 ‎③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量△l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是。‎ ‎【答案】 6.93cm；A；钩码重力超过弹簧弹力范围 ‎【方法技巧】：本题主要是对弹簧的理解，涉及刻度尺的读数与弹簧的形变范围 ‎4．【2015·江苏·11】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，实验装置如题11-1图所示，打点计时器的电源为50Hz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）该同学按照正确的步骤进行试验（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、3…….8，用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离，记录在纸带上，如题11-2图所示 计算相邻计时点间的平均速度，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 ‎（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是为了说明说明？对比实验①和②的结果得到什么结论？‎ ‎【答案】（1）CD（2）39.0 （3）逐渐增大到39.8 cm/ s 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.‎ ‎【方法技巧】本题主要是对纸带的处理，能利用纸带分析物体的运动，从而得到阻尼的效果，并能准确计算一定时间内的平均速度，由现象分析规律。‎ ‎5．【2014·全国Ⅰ·22】（6分）某同学利用图（a）所示实验装置即数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示，实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：‎ ‎（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成（填“线性”或“非线性”）的关系。‎ ‎（2）由图（b）可知，图线不经过远点，可能的原因是。‎ ‎（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是，钩码的质量应满足的条件是。‎ ‎【答案】（1）非线性（2）存在摩擦力（3）调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量 ‎【方法技巧】从原理出发，即F=ma，分析不过原点，不成正比的原因，重点是对原理的理解。‎ ‎1．在“探究力的平行四边形定则”的实验中，首先用两个弹簧秤分别钩住绳套，在保证弹簧秤与木板平行的条件下，互成角度地拉长橡皮条，使结点到达O点，用铅笔记下O点位置及两细绳的方向，如图中的OA、OB方向，读出两弹簧秤的示数FOA＝2.7 N、FOB＝3.3 N.‎ ‎（1）根据平行四边形定则，在图中利用图示法求FOA与FOB的合力，其大小F＝______.‎ ‎（2）为了完成本实验，还要进行的一项关键操作是________，在本操作中需要记录的是________和________．‎ ‎【答案】（1）5.0N（2）只用一个弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O点，弹簧秤的示数，拉力的方向 ‎【解析】‎ ‎：（1）取如图所示的1cm表示1.5N，作出平行四边形，即其对角线的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，故两个力及它们的合力图示如下所示：‎ 其大小 ‎（2）为了完成本实验，还要进行的一项关键操作是只用一个弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O点，在本操作中需要记录的是弹簧秤的示数和拉力的方向．‎ ‎【名师点睛】本实验关键理解实验原理，根据实验原理分析实验步骤中有无遗漏或缺陷，因此掌握实验原理是解决实验问题的关键．考查力的合成时平行四边形的画法，画出后求合力时按照选定的标度求解即可 ‎2．某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示．已知小车质量M＝214.6 g，砝码盘质量m0＝7.8 g，所使用的打点计时器交流电频率f＝50 Hz.其实验步骤是：‎ A．按图中所示安装好实验装置；‎ B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；‎ C．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；‎ D．将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；‎ E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B－D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度．‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________（填“是”或“否”）．‎ ‎（2）某同学将有关测量数据填入他所设计的如下表格中 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 砝码盘中砝码的重力F/N ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.29‎ ‎0.39‎ ‎0.49‎ 小车的加速度a/（m·s－2）‎ ‎0.88‎ ‎1.44‎ ‎1.84‎ ‎2.38‎ ‎2.89‎ 他根据表中的数据画出a－F图象造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是________________________________________，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是________________________，其大小为________．‎ ‎【答案】（1）不需要（2）在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力、砝码盘的重力、砝码盘的重力大小、0.08N ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】解答实验问题的关键是正确理解实验原理，加强基本物理知识在实验中的应用，同时不断提高应用数学知识解答物理问题的能力．‎ ‎3．在探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车以及车中的砝码质量用M表示，盘以及盘中的砝码质量用m表示。‎ ‎（1）实验过程中，电火花计时器接在频率为f=50Hz的交流电源上，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行。‎ ‎（2）若已平衡好摩擦，在小车做匀加速直线运动过程中，绳子拉力=________，当M与m的大小关系满足_______时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。‎ ‎（3）某小组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是___________。‎ A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车 D．用天平测出m以及M，小车运动的加速度可直接用公式求出 ‎（4）某小组同学保持小车以及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系时，由于他们操作不当，这组同学得到的a-F关系图像如图所示，①图线不过原点的原因是__________；②图线上端弯曲的原因是__________________。‎ ‎（5）某小组在操作完全正确且满足（2）中质量关系的情况下，下图为实验时小车在长木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻计数点间还有4个打点未画出。从纸带上测出，、、。则小车加速度大小a=________（保留三位有效数字）‎ ‎（6）（5）中实验小组用所得数据探究动能定理，测得上图纸带计数点1、5间距离为x，该小组最终要验证的数学表达式为____________。（用m、M、f，x、、以及重力加速度g表示）‎ ‎【答案】（2）M>>m（3） C （4）①没平衡摩擦力；②不满足M>>m（5）1.30‎ ‎（6）‎ ‎【解析】‎ ‎：（2）设小车的质量为M，砝码盘总质量为m，将两者看做一个整体，对整体有，对小车有，联立可得，只有当时，‎ ‎（4）当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢．该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；‎ 而后者：随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．‎ ‎（5）由于相邻两计数点间还有4个点未画出，所以相邻的计数点间的时间间隔．‎ 根据匀变速直线运动的推论公式得，解得：．‎ ‎（6）重力做功，计数点1时的速度为，5点的速度为，增加的动能为，联立可得 ‎【名师点睛】掌握实验原理是正确解决实验题目的前提条件；实验时要平衡摩擦力，平衡摩擦力不足或过平衡摩擦力都是错误的．要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．‎ ‎4．“探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，P为橡皮条与细绳的结点，用两个互成角度的弹簧秤把结点P拉到位置O.‎ ‎（1）从图甲可读得弹簧秤B的示数为________ N（结果保留2位有效数字）。‎ ‎（2）为了更准确得到合力与分力的关系，要采用作力的________（填“图示”或“示意图”）来表示分力与合力．‎ ‎（3）该实验中与F1、F2效果相同的力是________（填“F或“F′”）．‎ ‎（4）图乙中方向一定沿AO方向的力是________（填“F或“F′”）．‎ ‎【答案】（1）3.8 ；（2）图示；（3）F′；（4）F′‎ ‎【解析】‎ ‎（4）一定沿AO方向的力是F′，用平行四边形定则求得的合力F。‎ ‎【名师点睛】本题主要考查了验证力的平行四边形定则。本实验采用的是“等效替代”的方法，明确“理论值”和“实验值”的区别。弹簧测力计读数时，首先要明确其分度值，读数时视线与指针所在刻线相垂直，注意力的示意图与力的图示的区别。‎ ‎5．一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。‎ ‎①如图（a），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶______时电子秤的示数F；‎ ‎②如图（b），将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、____________________和电子秤的示数F1；‎ ‎③如图（c），将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上．手握电子秤沿着②中L2的方向拉开细线L2，使____________和三根细线的方向与②中重合，记录电子秤的示数F2；‎ ‎④在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力的图示，若________________________，则平行四边形定则得到验证．‎ ‎【答案】①静止 (或稳定、平衡、不动) ；②三细线的方向 (至少记录L1、L3的方向)；③结点O的位置；④与F的图示重合（或基本重合）（大小与F相等，方向相同）‎ ‎【解析】‎ ‎：①要测量装满水的水壶的重力，当水壶处于平衡状态时电子秤的拉力等于水壶的重力，故需记下水壶静止时电子秤的示数F。‎ ‎②要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1。‎ ‎③已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O点位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与（2）中重合，记录电子秤的示数F2。‎ ‎④根据平行四边形定则作出F1、F2的合力的图示，若F和在误差允许范围内重合，则验证了平行四边形定则。‎ ‎6．某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的小钩码探究加速度与力的关系，实验装置如图甲所示。‎ ‎（1）图乙是实验中得到的一条纸带，图中打相邻两计数点的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可得小车的加速度a为m/s2；‎ ‎（2）该实验小组以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F为横轴，作出的图象如丙图中图线1所示，发现图象不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改装，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力，作a—图如丙图中图线2所示，则图象不过原点的原因是，对于图象上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是；‎ ‎（3）该实验小组在正确操作实验后，再以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F和传感器测得的为横轴作图象，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方案。‎ ‎【答案】（1）0.195；（2）未平衡摩擦力或平衡不足，钩码的重力比细线的拉力大；（3）将n个钩码都放在小车上，每次从小车上取一个钩码挂在细线上，其余钩码留在小车上随小车一起运动。‎ ‎【解析】‎ ‎：（1）用逐差法求加速度：。‎ ‎（2）小车沿木板运动，不可避免的会受到摩擦力的作用，根据牛顿第二定律有，加速度，可知图象不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡不足 ‎，横轴截距表示摩擦力的大小；被吊起的砝码和小车有共同加速度，平衡摩擦力后，根据牛顿第二定律，对砝码：，对小车：，可得绳的拉力，本实验使用砝码的重力mg代替绳的拉力，而绳的拉力小于砝码的重力，传感器的示数等于砝码的重力，故用传感器测得的加速度偏大。‎ ‎（3）改进方法是：将n个钩码都放在小车上，每次从小车上取一个钩码挂在细线上，其余钩码留在小车上随小车一起运动。将n个钩码都放在小车上，取下k个挂在细线上，对，对小车：，整理的：，系统的总质量不变，加速度与k成正比。只要满足k<