高考物理备考优生百日闯关系列专题16力学实验含解析 33页

专题 16 力学实验 第一部分 名师综述 综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的 基本概念和基本规律。 考纲要求 1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。 2、了解打点计时器的构造，会使用打点计时器；会计算纸带上各点的瞬时速度；会利用 纸带计算加速度；会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。 3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。 命题规律 1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器 主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差 分析。 2、力学中有多个实验都要用到打点计时器,能否正确使用打点计时器,并根据纸带进行正 确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研 究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关 或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出 很多与纸带有关的力学实验。 3、图象法是一种重要的实验数据处理方法．图象具有既能描述物理规律，又能直观地反 映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点．当前高考试题对数据处理、 结果分析考查的频率较高。 第二部分 精选试题 1、【安徽省淮北一中、马鞍山二中、安师大附中 2016 届高三 11 月期中联考（第二次模 拟）物理试题】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数”的实验中，实 验装置如图 1 所示。所用的每隔钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力，实验时先 测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测量相应的弹簧 的总长度 （1）某同学通过以上实验测量后把 6 组实验数据描点在坐标系图 2 中，请作出 F-L 图线 （2）由此图线可得出该弹簧的原长 0L =________cm，劲度系数 k=_______N/m （3）试根据该同学以上的实验情况，帮组他设计一个记录实验数据的表格（不必填写其 实验测得的具体数据） （4）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点在于：____________________________________________________________ 缺点在于：_____________________________________________________________ 【答案】（1）如图所示（2）5cm、 20N / m （3）如图所示（4）优点在于：可以避免弹簧自 身重力对实验的影响，缺点在于：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差 （2）图像的横截距表示弹力为零时的弹簧的长度，此时弹簧的长度为原长，所以弹簧的原长 0 5L cm ，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，故有 1.6 20N / m0.08 Fk x    【名师点睛】实验中需要测量多组弹力的大小和弹簧的长度，根据要求设计出表格．作出 F-L 的关系图线．当弹簧弹力为零时，弹簧处于原长，结合图线得出弹簧的原长，根据图线的斜 率求出劲度系数的大小．误差分析 2、【江西省上高县第二中学 2016 届高三上学期第三次月考物理试题】如图所示为“探究加速 度与物体受力的关系”的实验装置图。图中 A 为小车，质量为 m1，连接在小车后面的纸带穿 过电火花打点计时器 B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，p 的质量 为 m2 ，C 为弹簧测力计，实验时改变 p 的质量，读出测力计不同读数 F，不计绳与定滑轮、动 滑轮之间的摩擦。 （1）下列说法不正确的是 A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平 B．实验时应先接通电源后释放小车 C．实验中 m2 应远小于 m1 D．测力计的读数始终为 2 1 2 m g （2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的 a—F 图像，可 能是下图中的图线。 【答案】（1）ACD（2C （2）由于遗漏了平衡摩擦力，需要当外力达到一定时，小车才开始做加速运动，故图像的横 截距不为零，故 C 正确。 【名师点睛】本题与以往的风格不同，因为由于该实验的连接方式，重物和小车不具有共同 的加速度，小车是在绳的拉力下加速运动，此拉力可由测力计示数获得，不需要用重物的重 力来代替，故不要求重物质量远小于小车质量。 3、【2016•宁夏六盘山高中高三上期中】某兴趣小组利用图甲所示实验装置，验证“合外力 做功和动能变化的关系”．小车及车中砝码的质量为 M，沙桶和沙的质量为 m，小车的速度可 由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到． （1）在实验中，下列说法正确的有（ ） A．将木板的右端垫起，以平衡小车的摩擦力 B．每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力 C．用直尺测量细线的长度作为沙桶下落的高度 D．在小车运动过程中，对于 M、m 组成的系统，m 的重力做正功 （2）图乙是某次实验时得到的一条纸带，O 点为静止开始释放沙桶纸带上打的第一个点，速 度为 0。相邻两个计数点之间的时间间隔为 T，根据此纸带可得出小车通过计数点 E 时的速度 vE＝． （3）若用 O、E 两点来研究合外力做功和动能变化的关系，需要验证的关系式为 （用所测物理量的符号表示）． 【答案】（1）AD （2） T ss 2 46  （3）     2 4625 8 1 ssmMTmgs  【名师点睛】本题考查探究功与速度变化的关系，首先掌握实验原理，由平均速度公式可求 得 E 点的速度；根据机械能守恒即可正确回答。 4、【2016•合肥一中高三第二次诊断】在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学的实 验情况如图所示，其中 A 为固定橡皮筋的图钉，O 为橡皮筋与细绳的结点，OB 和 OC 为细绳。 （1）本实验中，采用下列哪些方法和步骤可以减小实验误差。 A、两个分力 1F 、 2F 间的夹角尽量小些 B、两个分力 1F 、 2F 间的夹角尽量大些 C、橡皮筋的细绳要稍短一些 D、实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度 （2）为了完成实验，在用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有 。 A、两细绳的方向 B、橡皮筋的原长 C、两弹簧秤的示数 D、结点 O 的位置 （3）本实验采用的是等效替代法，但若将细绳也换成橡皮筋，则实验结果是否会发生变化？ 答：（选填“变化”或“不变化”）。 （4）若保持结点 O 的位置及 OB 绳方向不变，而将 OC 顺时针缓慢转动一小角度，其他操作均 正确，则。 A．弹簧秤甲的示数不变 B．弹簧秤甲的示数一直减小 C．弹簧秤乙的示数可能增大 D．弹簧秤乙的示数一定先减小后增大 【答案】（1）D （2）ACD （3）不变化 （4）BC 【名师点睛】本题考查验证力的平行四边形定则，要了解具体操作和有关数据处理的方法以 及误差分析，了解整个实验过程的具体操作，以及这些具体操作的意义，同时要熟练应用所 学基本规律来解答实验问题。 5、【重庆市第一中学 2016 届高三上学期第二次月考考试理科综合试题】（9 分）用如图甲所示 装置来探究功和动能变化的关系.木板上固定两个完全相同的遮光条 A、B，用不可伸长的细线 将木板通过两个滑轮与弹簧测力计 C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道 D 上，轨 道放在水平桌面上，P 为小桶（内有沙子），滑轮质量、摩擦不计，重力加速度 g. （1）实验中轨道应倾斜一定角度，这样做目的是. A.为了使释放木板后，木板能匀加速下滑 B.为了增大木板下滑的加速度 C.可使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功 D.可使得木板在未施加拉力时能匀速下 滑 （2）用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度 d=cm. （3）实验主要步骤如下： 第 23 题图（甲） BA C P 光电门 D 木板 0 1 2 第 23 题图（乙） 2 1 2 2 11 tt  F b 0 第 23 题图（丙） ①测量木板、遮光条的总质量 M，测量两遮光条的距离 L；按甲图正确连接器材. ②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示 数 F 及遮光条 B、A 先后经过光电门的时间为 1t 、 2t .则遮光条 B、A 通过光电门的过程中木板 动能的变化量 kE  ，合外力对木板做功W  ，（用字母 1 2M t t d L F、 、 、 、 、 表示）. ③在小桶中增加沙子，重复②的操作. ④比较 kW E、 的大小，得出实验结论. （4）若再本实验中轨道水平放置，其它条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦 因数为  .测得多组 1 2F t t、 、 的数据，并得到 F 与 2 1 2 2 1 1 t t  的关系图像如图丙.已知图像在纵轴 上的截距为b ，直线的斜率为 k ，求解   （用字母b d L k g、 、 、 、 表示）. 【答案】（1）CD ; （2）0.170; （3） 2 2 2 2 1 1 1( )2 Md t t  , FL ， 2 2 bd kgL 【名师点睛】这个实验对于我们可能是一个新的实验，但该实验的原理都是我们学过的物理 规律．做任何实验问题还是要从最基本的物理规律入手去解决．对于系统问题处理时我们要 清楚系统内部各个物体能的变化． 6、【2016•合肥一中高三第二次诊断】为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计 了如图 1 所示的实验装置。 （1）实验时，一定要进行的操作是。 A．为减小误差，实验中一定要保证钩码的质量 m 远小于小车的质量 M． B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力． C．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的 示数． D．改变钩码的质量，打出几条纸带。 （2）该同学在实验中得到如图 2 所示的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7 是计数 点，每相邻两计数点间还有 4 个打点（图中未标出）。已知打点计时器采用的是频率为 50Hz 的交流电，计数点间的距离如图所示，根据图中数据计算的加速度 a （结果保留两位有效数 字）。 （3）以拉力传感器的示数 F 为横坐标，加速度 a 为纵坐标，画出的 a F 图像是一条直线， 测得图线的斜率为 k ，则小车的质量为。 【答案】（1）BD （2） 20.496 /m s （3） 1m k  （3）对 a F 图来说，图象的斜率表示小车质量的倒数，故小车质量为 1m k  【名师点睛】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注 意事项；依据逐差法可得小车加速度；小车质量不变时，加速度与拉力成正比，对 a F 图来 说，图象的斜率表示小车质量的倒数。 7、【湖北省龙泉中学、宜昌一中 2016 届高三 10 月联考物理试题】（6 分）如图 13 甲所示为 验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸 带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题。 （1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的一个器材是______（2 分） A．螺旋测微器 B．秒表 C．多用电表 D．交流电源 （2）下面列举了该实验的几个操作步骤中，其中操作不当的一个步骤是____（2 分） A．用天平测出重锤的质量 B．按照图示的装置安装器件 C．先释放纸带，后接通电源 D．测量纸带上某些点间的距离 （3）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连 续的五个点 A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图 13 乙所示。使用交流电的频率为 f， 则计算重锤下落的加速度的表达式 a＝_______（2 分）（用 x1、x2、x3、x4 及 f 表示） 图 13 乙 【答案】（1）AD（2）B （3）纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带 上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定；（4） a= 4 2 2143 fxxxx ）（  【解析】 （1）为完成此实验，除了所给的器材外，测量需要米尺，电源需要 0～12V 的交流电源 （2）其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流 电源 （3）纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差； 计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定 （4）由△x＝aT2 得：a= 2 2143 4T xxxx ）（  ＝ 4 2 2143 fxxxx ）（  【名师点睛】只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义， 这点要在平时训练中加强练习． 8、【2016•株洲市二中高三第二次月考】实验：用如图 11 所示的装置探究加速度 a 与力 F 的 关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上． （1）实验时，一定要进行的操作是（填选项前的字母）． A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，根据纸带的数据求出加 速度 a，同时记录弹簧测力计的示数 F。 B．改变小车的质量，打出几条纸带 C．用天平测出沙和沙桶的总质量 D．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 （2）若要把小车所受拉力视为小车所受的合力，在进行上述实验操作之前，首先应该完成的 实验步骤是。 （3）根据实验数据，画出了如图 12 所示的 a-F 图像，测得斜率为 k，则小车的质量为。 （4）若某次实验，求得小车的加速度为 a，则此时沙和沙桶的加速度为。 （5）若弹簧秤的读数为 F，则 Fmg（m 为沙和桶的总质量）（填“大于”、“等于”或“小于”） 。 【答案】（1）A（2）平衡摩擦力 （3） km 2 （4） 2a（5） 小于 （3）对 a-F 图象来说，图象的斜率表示小车质量的倒数，此题，弹簧测力计的示数 合FF 2 1 ， 故小车质量为 km 2 。 （4）两股细绳拉小车，所以小车与沙桶的加速度是 2 倍关系，所以沙和沙桶的加速度为 2a。 （5）因为沙和沙桶有加速度，所以绳的拉力小于沙和沙桶的重力，即弹簧秤的读数小于沙和 沙桶的重力。 【名师点睛】在探究加速度与力和质量的关系的实验中，加速度通过对纸带的处理求得，小 车的质量用天平测量或用倍数关系给出，提供力的方式有多种，在实际实验中要具体分析， 通常实验中把沙和沙桶的重力作为小车所受的合力，就要注意实验前平衡摩擦力并满足 mM  。 9、【重庆市第一中学 2016 届高三上学期第二次月考考试理科综合试题】（6 分）（1）关于“验 证机械能守恒定律”的实验中，以下说法中正确的是 A．实验时需要称出重物的质量 B．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦做的功就少，误 差就小 C．纸带上打下的第1、2点间距超过2mm，则无论怎样处理数据，实验误差都会很大 D．实验处理数据时，可直接利用打下的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法 （2）若正确的操作完成实验，正确的选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O 的距离如下图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），当地重力加速度的值为9.8m/s2，那么（结 果均保留两位有效数字） O A B C 14.3 01.5 06.7 单位：cm 第 22 题图 ①纸带的端与重物相连 ②打下计数点B时，重物的速度 Bv m/s ③在从起点O到打下计数点B的过程中，测得重物重力势能的减少量 PE 略大于动能的增加量 kE ，这是因为. 【答案】（1）D；（2）①左，②0.98，③存在阻力做功 【名师点睛】正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验 器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果．通过该题理解验证性实验的特点， 把握实验原理，提升实验能力，该题是考查基础实验知识的好题． 10、【2016•山东省实验中学高三第二次诊断】为“探究加速度与力、质量的关系”，现提供 如图所示的实验装置，请回答下列问题： （1）为了消除小车与水平木板之间的摩擦力的影响应采取的方法是。 A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上 （2）在实验中，有同学得到一条打点的纸带，取打点清晰部分做如下标记，如图所示，已知 相邻计数点间还有 4 个点没有画出来，打点计时器的电源频率为 50Hz，则小车加速度的大小 为 a  2/m s 。（结果保留 3 位有效数字） （3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度 a 与所受外力 F 的关系，他们 在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条 a F 图线，如图所示，其中图线（选 填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中的砝码总质量 m  kg。 【答案】（1）C （2）1.93 （3）① 0.5 （3）由图象可知，当 0F  时， 0a  ，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同 学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高，所以图线 ①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。根据 F ma 得： Fa m  ，所以小车运动的加速 度 a 和所受拉力 F 的关系图象斜率等于小车和砝码的总质量的倒数。由图形的关系图象斜率 k=2，所以小车和砝码的总质量 1 0.5m Kgk   。 【名师点睛】该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要， 纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的两个 推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度。 11、【2016•甘肃省兰州一中高三 12 月月考】如图所示是利用自由落体运动进行“验证机械能 守恒定律”的实验装置，所用的打点计时器通以 50Hz 的交流电。 （1）甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图所示，其中 O 点为重物刚要下落 时打点计时器打下的第一个点，A、B、C 为三个计数点，用刻度尺测得 OA=12.41cm，OB=18.60cm， OC=27.21cm，在计数点 A 和 B、B 和 C 之间还各有一个点。已知重物的质量为 1.00kg，取 g =9.80m/s2 。在 OB 段运动过程中，重物重力势能的减少量ΔEp=J；重物的动能增加量ΔEk=J （结果均保留三位有效数字）。 （2）该实验没有考虑各种阻力的影响，这属于本实验的误差（选填“偶然”或“系统”）。由 此看，甲同学数据处理的结果比较合理的应当是ΔEpΔEk（选填“大于”、“等于”或“小于”）。 （3）乙同学想利用该实验装置测定当地的重力加速度。他打出了一条纸带后，利用纸带测量 出了各计数点到打点计时器打下的速度为零的点的距离 h，算出了各计数点对应的速度 v，以 h 为横轴，以 21 2 v 为纵轴画出了如图所示的图线。由于图线没有过原点，他又检查了几遍，发 现测量和计算都没有出现问题，其原因可能是：。 乙同学测出该图线的斜率为 k，如果不计一切阻力，则当地的重力加速度 g k（选填“大于”、 “等于”或“小于”）。 （4）丙同学利用该实验装置又做了其它探究实验，分别打出了标号为①、②、③、④的 4 条 纸带，其中只有一条是做“验证机械能守恒定律”的实验时打出的。为了找出该纸带，丙同 学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的 4 个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为 x1、x2、x3。请你根据下列 x1、x2、x3 的测量结果确定该纸带为________（选填标号）。（取 g =9.80m/s2） ①6.13 cm，6.52 cm，6.91 cm ②6.05 cm，6.10 cm，6.15cm ③4.12 cm，4.51 cm，5.30 cm ④6.10 cm，6.58 cm，7.06 cm 【答案】（1）1.82J，1.71J；（2）系统 大于（3）先释放重物再接通打点计时器 等于 （4） ① 【解析】 （1）当打点计时器打到 B 点时重物的重力势能比开始下落时减少了： △Ep=mgh=1×9.8×0.186J≈1.82J．B 点的瞬时速度等于 AC 段的平均速度为： vB=xAC/4T= 08.0 1241.0-2721.0 m/s≈1.85m/s 则重物动能的增加量为： △Ek= 2 1 mv B 2= 2 1 ×1×1.85 2≈1.71J。（2）该实验没有考虑各种阻力的影响，这属于本实验 的系统误差；重力势能的减小量大于动能增加量的原因是纸带通过打点计时器受摩擦阻力、 空气阻力。 【名师点睛】解决本题的关键知道实验的原理以及知道实验误差形成的原因，掌握纸带的处 理方法，会通过纸带求解瞬时速度以及加速度的大小．（1）根据物体下落的高度求出重力势 能的减小量，结合某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度得出 B 点的瞬时速度，从而 得出动能的增加量．通过能量守恒的角度确定误差形成的原因．（2）根据图象中下落的高度 为 0 时，动能不为零，确定图线不过原点的原因． 12、【黑龙江省实验中学 2016 届高三 10 月月考物理试题】（7 分）某同学用如图所示的实验装 置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题： （1）该同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材： A．交流电源、导线 B．天平（含配套砝码）C．秒表 D．刻度尺 E．细线、砂和小砂桶 其中不必要的器材是（填代号）。 （2）打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况。其中一部 分纸带上的点迹情况如图甲所示，已知打点计时器打点的时间间隔 T=0.02s，测得 A 点到 B、 C 点的距离分别为 x1=5.99cm、x2=13.59cm，则在打下点迹 B 时，小车运动的速度 vB=m/s；小 车做匀加速直线运动的加速度 a= m/s2。（结果保留三位有效数字） （3）在验证“质量一定，加速度 a 与合外力 F 的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图 乙所示的 a-F 图象，其中图线不过原点的原因是，图线在末端弯曲的原因是。 【答案】（1） C ； （2）0.680 ，1.61 ； （3）平衡摩擦力过度；砂和小砂桶的总质量 m 不远小于小车和砝码的总质量 M. 【名师点睛】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注 意事项，然后结合物理规律去解决实验问题，会通过纸带求解瞬时速度和加速度． 13、【广西桂林市第十八中学 2016 届高三上学期第三次月考理综试题】一个有一定厚度的圆 盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对 应之间Δt 的比值定义为角加速度β（即 t   ）．我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡 尺、纸带、复写纸来完成下述实验：（打点计时器所接交流电的频率为 50Hz，A、B、C、D…… 为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出） ①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后 固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上； ②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动； ③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量． （1）用 20 分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示，圆盘的半径 r 为 cm； （2）由图丙可知，打下计数点 D 时，圆盘转动的角速度为 rad/s；（结果保留两位有效数字） （3）纸带运动的加速度大小为 m/s2，圆盘转动的角加速度大小为 rad/s2。（结果保留两位有 效数字） 【答案】（1）.6.000 （2）6.5 （3） 0.60 10 【名师点睛】难度中等。旨在考查用打点计时器结合纸带测速度、线速度、角速度和周期， 同时考查考生灵活运用物理知识处理实际问题的能力。本题重在理解题意，列出物理方程后 要求准确算出最终数据，平时要刻意加强数据处理运算的能力。 14、【山东师范大学附属中学 2016 届高三上学期第二次模拟考试物理试题】用如图所示的装 置探究加速度与合外力和质量的关系，现有如下一些操作： ①在实验中，要进行“平衡摩擦力”的操作，下列关于“平衡摩擦力”的说法正确的是 A．平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于小车受到绳子的拉力 B．平衡摩擦力的目的是为了使小车受到绳子的拉力等于所挂砂桶的总重力 C．平衡摩擦力时，绳子上不挂砂桶，也不挂纸带，只通过改变斜面的倾角，使小车在斜面上 能匀速下滑 D．平衡摩擦力时，不改斜面的倾角，绳子挂上质量适当的砂桶，使小车在斜面上能匀速下滑 ②选择适当的小车和砝码的总质量、砂和砂桶的总质量，让小车由靠近打点计时器位置无初 速释放，得到如图所示的一条纸带，A、B、C、D、F 为 5 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。用刻度尺测量计数点间的距离如图所示。已知打点计时器的工作频 率 50Hz，则小车的加速度_____m／s2（结果保留 2 位有效数字）。 ③保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车和砝码的总质量，重复上述实验操作，得到对应的 加速度，这是为了探究“_______不变，加速度与______的关系”。 【答案】①A；②a=0.40m/ ③合外力、小车和砝码的总质量； 【名师点睛】只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据 的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握，同时要熟练应用所学基本规 律解决实验问题 15、【湖南师范大学附属中学 2016 届高三月考（三）物理试题】（8 分）要测量两个质量不等 的沙袋的质量，由于没有直接测量工具，某实验小组应用下列器材测量：轻质定滑轮（质量 和摩擦可忽略）、砝码一套（总质量为 m＝0.5 kg）、细线、米尺、秒表，他们根据已学过的物 理学知识，改变实验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图 线的斜率和截距求出沙袋的质量．请完成下列步骤。 （1）实验装置如图，设左右两边沙袋的质量分别为 m1、m2； （2）从 m 中取出质量为 m′的砝码放在右边沙袋 B 中，剩余砝码都放在左边沙袋 A 中，发现 A 下降 B 上升； （3）用刻度尺测出沙袋 A 从静止下降的距离 h（其间 A 没有与其它物体发生碰撞），用秒表测 出沙袋 A 下降时间 t，则可知 A 的加速度大小为 a＝________ （4）改变 m′，测量相应的加速度 a，得到多组 m′及 a 的数据，作出________（选填“a～m′” 或“a～ ' 1 m ”）图线； （5）若求得图线的斜率 k＝4 m/kg·s2，截距 b＝2 m/s2，沙袋的质量 m1＝________kg，m2＝ ________kg。 【答案】（3） 2 2ha t  （4）a～m′（5）3kg，1.5kg 【解析】 （3）根据匀变速直线运动的位移时间公式得，h= 1 2 at2，解得 2 2ha t  ． 【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律的应用问题；也是加速度不同的连接体问题，运用隔 离法研究加速度，得到 a 与△m 的关系式，再根据图线的数学意义求解两个沙袋的质量；此实 验设计新颖，考查学生处理实验问题的能力. 16、【安徽省屯溪第一中学 2016 届高三上学期期中（第三次月考）考试物理试题】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。 ⑴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 2 1a m  图象 ⑵实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得 1F m g ，作出 a F 图像， 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．钩码的质量太大 D．所用下车和砝码的质量太大 （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 2 1a m  图像， 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  =＿＿ ＿＿＿，钩码的质量 1m =＿＿＿＿＿。 （4）实验中打出的纸带如图所示．相邻计数点间的时间是 0.1 s，其中 cmx 05.71  cmx 68.72  cmx 33.83  cmx 95.84  cmx 61.95  ， cmx 26.106  ，由此可以算出小车运动的加速度是________m/s2.（结果保留两位有效数字） 【答案】（1）D（2）甲，C（3） g b ， g k （4）0.64 m/s2 （4）根据逐差法可得 2 6 3 3x x aT  、 2 5 2 3x x aT  、 2 4 1 3x x aT  ，三式相加可得 6 4 5 3 2 1 29 x x x x x xa T      ，代入数据可得 20.64 /a m s 【名师点睛】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解决问题，一、 在相等时间内走过的位移差是一个定值，即 2x aT  ，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 17、【宁夏银川市第二中学 2016 届高三上学期统练（三）物理试题】如图所示为山丹一中两 位同学探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验装置图． （1）实验中，两位同学安装好实验装置后，首先平衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高 些后，在不挂砝码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接通电源，后用手轻拨小车， 小车便拖动纸带在木板上自由运动。若打点计时器第一次在纸带上打出的计时点越来越稀疏 （从打出的点的先后顺序看），则第二次打点前应将长木板底下的小木块垫的比原先更加 _______（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步骤，直到打点计时器在纸带上打出一系 列___________的计时点，便说明平衡摩擦力合适。 （2）平衡摩擦力后，在____________的条件下，两位同学可以认为砝码盘（连同砝码）的总 重力近似等于小车的所受的合外力。 （3）接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的条件下，研究小车的加速度与受到的合外 力的关系；下图为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标出了 5 个计数点，在相邻的 两个计数点之间还有 4 个点未标出，图中数据的单位是 cm。实验中使用的是频率 f＝50 Hz 的 交变电流．根据以上数据，可以算出小车的加速度 a＝________m/s2。（结果保留三位有效数 字） （4）然后，两位同学在保持小车受到的拉力不变的条件下，研究小车的加速度 a 与其质量 M 的关系。他们通过给小车中增加砝码来改变小车的质量 M，得到小车的加速度 a 与质量 M 的数 据，画出 a－ 1 M 图线后，发现：当 1 M 较大时，图线发生弯曲。于是，两位同学又对实验方 案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象，那么，两位同学的修正方案可 能是 （ ） A．改画 a 与（M＋m）的关系图线 B．改画 a 与 m M 的关系图线 C．改画 a 与 1 M m 的关系图线 D．改画 a 与  2 1 M m 的关系图线 （5）探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”实验完成后，两位同学又打算测出 小车与长木板间的动摩擦因数。于是两位同学先取掉了长木板右端垫的小木块，使得长木板 平放在了实验桌上，并把长木板固定在实验桌上，具体的实验装置如图所示；在砝码盘中放 入适当的砝码后，将小车靠近打点计时器，接通电源后释放小车，打点计时器便在纸带上打 出了一系列的点，并在保证小车的质量 M、砝码（连同砝码盘）的质量 m 不变的情况下，多次 进行实验打出了多条纸带，分别利用打出的多条纸带计算出了小车运动的加速度 a ，并求出平 均加速度 a ，则小车与长木板间的动摩擦因数  =________。（用 m、M、 a 、g 表示） 【答案】（1）低点间隔相等（2）砝码盘（连同砝码）的总质量远小于小车的质量（3）0.343 （4）C（5） Mg aMmmg )(  （5）对小车和砝码（连同砝码盘）整体进行受力分析，砝码（连同砝码盘）的重力和摩擦力 的合力提供加速度，根据牛顿第二定律得： mg Mga M m   解得：μ＝ Mg aMmmg )(  【名师点睛】明确实验原理是解决有关实验问题的关键．在验证牛顿第二定律实验中，注意 以下几点：（1）平衡摩擦力，这样绳子拉力才为合力；（2）满足砝码（连同砝码盘）质量远 小于小车的质量，这样绳子拉力才近似等于砝码（连同砝码盘）的重力；（3）用“二分法” 求出小车的加速度 18、【2016•黑龙江省大庆市铁人中学高三上期中】（1）图中游标卡尺的读数为______ mm，螺 旋测微器的读数为____ mm. （2）某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关 系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝ v，②W∝v，③W∝v2.他们的实验装置 如图 7 甲所示，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 点时的速度），每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放． 图 7 同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中 L1、L2、L3、L4……代表物体分别从不同初始位 置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4……表示物体每次通过 Q 点 的速度. 实验次数 1 2 3 4 …… L L1 L2 L3 L4 …… v v1 v2 v3 v4 …… 他们根据实验数据绘制了如图乙所示的 L－v 图象，并得出结论 W∝v2.他们的做法是否合适， 你有什么好的建议？ ________________________________________________________________________ 在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________（填“会”或“不会”）影响探究出的结果． 【答案】（1） 29.8 ， 0.760（2）不合适，得出结论 W∝v2 理由不充分；不会。 【解析】 （1）游标卡尺的主尺读数为 29mm，游标尺上第 8 个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为 0.1×8mm=0.8mm，所以最终读数为：主尺读数+游标尺读数为：29mm+0.8mm=29.8mm．螺旋测 微器的固定刻度读数 0.5mm，可动刻度读数为 0.01×26.0=0.260mm，所以最终读数为：固定 刻度读数+可动刻度读数为：0.5mm+0.260mm=0.760mm． （2）在数据处理中，由曲线不能直接确定函数关系，一般都是在直线上确定各个物理量之间 的函数关系，所以该方法是不合适的，应进一步绘制 L-v2 图象．在运动过程中，由于物体受 力是恒定的，所以得出合外力做功与物体速度变化的关系．因此在实验中物体与木板间的摩 擦力不会影响探究的结果． 【名师点睛】通过实验数据列表、描点、作图从而探究出问题的结论．值得注意的是：由于 合力恒定，因此合外力做的功与发生的位移是成正比．故可先探究位移与速度变化有何关 系．通过实验来探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．每次实验物体从不同初位置处静 止释放，量出初位置到速度传感器的位移、读出物体到传感器位置的速度．根据实验数据列 出数据表并描点作出图象，从而找到位移与速度变化的关系，在运动过程中，由于物体受力 是恒定的，所以得出合外力做功与物体速度变化的关系．因此在实验中物体与木板间的摩擦 力不会影响探究的结果． 19、【2016•辽宁省抚顺市一中高三上第一次模拟】某同学利用自由落体运动验证机械能守恒 定律，它在同一竖直线上不同高度处安装两个光电门，然后在高处的光电门正上方一定距离 处由静止释放小球，下落中小球球心经过两光电门的细光束，光电门显示的遮光时间分别为 1t 和 2t 。 （1）为验证机械能守恒定律，它还必须测出的物理量有________ A、小球的质量 m B、小球的直径 D C、两光电门中心的距离 L D、小球在两光电门中心间运动的时间 t （2）为验证机械能守恒定律，需要比较小球在两光电门间运动时重力势能的减少量 pE 与小 球增加的动能 kE 是否相等，若运用所测量物理量及相关常量表示，则 pE =________； kE =________； （3）为了减小实验误差，对选择小球的要求是___________________ 【答案】（1）BC（2） pE mgL  、 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 ( )2k t tE mD t t   （3）质量大，体积小，外表面光 滑 （3）为了减小实验误差，需要减小小球受到的空气阻力，则应选取质量大，体积小，外表面 光滑的小球 【名师点睛】无论采用什么样的方法来验证机械能守恒，明确其实验原理都是解决问题的关 键，同时在处理数据时，要灵活应用所学运动学的基本规律 20、【2016•福建省厦门双十中学高三上期中】兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进 行了如下实验： ①用天平测出电动小车的质量为 0.4kg； ②将电动小车、纸带和打点计时器按如图甲所示安装； ③接通打点计时器（其打点周期为 0.02s）； ④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时 再关闭打点计时器（设小车在整个过程中小车所受的阻力恒定）。 在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图乙所示（纸带自左向右运动）。 请你分析纸带数据，回答下列问题： （1）该电动小车运动的最大速度为 m/s； （2）该电动小车的额定功率为 W。 【答案】（1） 1.5 （2） 1.2 6.01 5.99 6.00 5.78 5.35 5.04 4.71 4.40 4.076.00 单位：cm图乙 打点计时器 纸带 图甲 【名师点睛】机车启动三个重要关系式 （1）无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即 vm＝ P Fmin ＝ P F 阻 （式中 Fmin 为最小牵引力，其值等于阻力 F 阻）。 （2）机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大， 即 v＝P F ”或“=”或“<”）；乙 同学用 T hhv BD C 2  来计算，可以推断|ΔEp|_____ΔEk（填“>”或“=”或“<”）；丙同学用 CC ghv 2 来计算，可以推断|ΔEp|_____ΔEk（填“>”或“=”或“<”）。其中_______同 学的计算方法更符合实验要求。 【答案】（1）接通电源，放开纸带（2）<、>、= 、乙 O A B C D E F 【名师点睛】 注意事项 1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减 少摩擦阻力． 2．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． 3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落． 4．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 vn＝dn＋1－dn－1 2T ，不能用 vn＝ 2gdn或 vn＝gt 来计算． 22、【河北省衡水中学 2016 届高三上学期四调考试物理试题】与打点计时器一样，光电计时 器也是一种研究物体运动情况时常用的计时仪器，如图甲所示：a、b 分别是光电门的激光发 射器和接收装置。现利用如图乙所示的装置验证滑块所受外力做功与其动能变化的关系。方 法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上（滑块在该导轨上运动时 所受阻力可忽略），通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好 1、2 两个光电门，在图示位 置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为 1t 、 2t 。已知滑块（含遮光板）质量为 M、钩码质量为 m、两光电门间距为 s、遮光板宽度为 L、 当地的重力加速度为 g （1）用游标卡尺（20 分度）测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_________mm （2）本实验想用钩码的重力表示滑块受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中需 要满足的条件是 M___________m（填“远大于”“小于”“远小于”） （3）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为： 1v =________、 2v =________（用 题中的字母表示） （4）本实验中，验证滑块运动的动能定理的表达式为________（用题中所给字母表示） 【答案】（1）5.70mm（2）远大于（3） 1 1 Lv t   ， 2 2 Lv t   （4） 2 2 2 1 1 1( ) ( )2 2 L LM M mgst t    【解析】 （1）游标卡尺的读数为 5 0.05 14 5.70L mm mm mm    （2）对整体有 ( )mg M m a  ，对滑块有T Ma ，联立可得 1 Mmg mgT Ma mM m M     ， 只有当 M m 时，T mg 【名师点睛】（1、2）解决本题的关键掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法，以及掌握用 钩码重力表示小车所受合力的处理方法．（3、4）解决本题的关键知道极短时间内的平均速 度可以表示瞬时速度，以及掌握该实验的原理，滑块的机械能守恒 23、【2016•黑龙江省实验中学高三上第二次月考】“探究功与速度变化的关系”的实验装置 如图所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为 W；当用 2 条、3 条、 4 条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次、第 4 次……实验时，橡皮筋对小车 做的功记为 2W、3W、4W……每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测 出。 （1）关于该实验，下列说法正确的是________。 A．打点计时器可以用干电池供电 B．实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力 C．每次实验小车必须从同一位置由静止弹出 D．利用每次测出的小车最大速度 vm 和橡皮筋做的功 W，依次作出 W－vm、W－v2 m、W－v3 m，W2－ vm、W3－vm……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。 （2）如图所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带， 测得 A、B、C、D、E 相邻两点间的距离分别为 AB＝1.48 cm，BC＝1.60 cm，CD＝1.62 cm，DE ＝1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为 0.02 s，则小车获得的最大速度 vm＝________m/s。 （结果保留两位有效数字） 【答案】（1）CD（2）0.81 【解析】 （1）无论什么打点计时器都是使用的交流电源，A 错误；该实验需要橡皮筋的拉力即为小车 受到的合力，所以需要平衡摩擦力，B 错误；小车获得的动能应该等于橡皮筋对其做的功，所 以小车必须从同一位置由静止弹出；橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足： 2 2 1 mvW  的关系，所以当小车质量一定时，W 与 2v 成正比，所以最好做W 与 2v 的关系，实验时需要 画多个图象找最好的，CD 正确 （2）纸带在橡皮条的作用下做加速运动，橡皮条做功完毕，则速度达到最大，此后做匀速运 动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带 的 CD 段或 DE 段，最大速度： 21.62 10 / 0.81 /0.02 CDxv m s m st    【名师点睛】本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，如本实验中，明 确小车的运动情况，先加速，再匀速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，故需要测 量匀速阶段的速度 24、【2016•大庆实验中学高三上期中】气垫导轨是研究与运动有关的实验装置，也可以用来 研究功能关系。如图甲所示，在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧，轨道上有一滑块 A 紧靠弹 簧但不连接，滑块的质量为 m。 （1）用游标卡尺测出滑块 A 上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度 d =cm； （2）利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小；某同学打开气源，调节装置，使滑块可以静止 悬浮在导轨上，然后用力将滑块 A 压紧到 P 点，释放后，滑块 A 上的挡光片通过光电门的时 间为 t ，则弹簧对滑块所做的功为 。（用题中所给字母表示） （3）利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数；关闭气源，仍将滑块 A 由 P 点释放，当光 电门到 P 点的距离为 x 时，测出滑块 A 上的挡光片通过光电门的时间为 t,移动光电门，测出 多组数据（滑块都能通过光电门），并绘出 2 1 t x  图像。如图丙所示，已知该图线斜率的绝对 值为 k ，则滑块与导轨间的滑动摩擦因数为。 【答案】（1）0.960（2） 2)(2 1 t dm  （3） gk d 2 2 【解析】 （1）游标卡尺的读数为 19 12 9.60 0.96020d mm mm mm cm     （2）由于光电门非常窄，所以通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度，故通过光电门的速 度为 dv t   ，故根据动能定理可得弹簧对滑块所做的功为 2 21 102 2 dW mv m t        【名师点睛】游标卡尺的读数方法为：先读主尺，在读游标尺，游标尺不能估读，那个对齐 就读那个．由滑块 A 上的挡光片通过光电门的时间可得此时滑块的平均速度，由于滑块此阶 段做匀速运动，故瞬时速度等于平均速度，由能量转化和守恒可得弹簧弹性势能．每次都有 P 释放，则每次弹簧弹性势能都相同，由能量转化和守恒可得结果 25、【2016•辽宁省抚顺市一中高三 10 月月考】某同学设计了一个如图所示的装置来测定滑块 与木板之间的动摩擦因数，其中 A 为滑块，B 和 C 是质量可调的砝码，不计绳和滑轮的质量以 及它们之间的摩擦，实验中该同学在砝码总质量（ 0'm m m  ）保持不变的条件下，改变 m 和 'm 的大小，测出不同 m 下系统的加速度，然后通过实验数据的分析就可以求出滑块与木板 之间的动摩擦因数。 （1）该同学手中有打点计时器，纸带，10 个质量均为 100g 的砝码，滑块，一端带有定滑轮 的长木板，细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还应有（ ） A、秒表 B、毫米刻度尺 C、天平 D、低压交流电源 （2）实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图所示，从清晰的 O 点开始，每隔 4 个点 取一个计数点（中间 4 个点没画出），分别记为 A、B、C、D、E、F，各计数点到 O 点的距离为 1.61OA cm ， 4.02OB cm ， 7.26OC cm ， 11.30OD cm ， 16.14OE cm ， 21.80OF cm ，打点计时器打点频率为 50Hz，则由纸带可得打 E 点时滑块的速度 v=___________m/s，此次实验滑块的加速度 a=____________ 2/m s （结果均保留两位有效数 字） （3）在实验数据处理中，该同学以 m 为横轴，以系统的加速度 a 为纵轴，绘制了如图所示的 实验图线，结合本实验可知滑块与木板间的动摩擦因数为  =____________（ 210 /g m s ） 【答案】（1）BD（2）v=0.53m/s a=0.81m/s2（3）0.3 【名师点睛】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解决问题，一、 在相等时间内走过的位移差是一个定值，即 2x aT  ，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