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2019-2020年高考物理一輪復習 專題五 高考物理實驗 第11講 力學實驗提升訓練 1.(xx鹽城市高三模擬)(1)小明同學到實驗室去做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時看見實驗桌上有一把20分度的游標卡尺，他立即用游標卡尺測量了鋼筆套的長度，如圖1所示，則鋼筆套的長度為________mm。 圖1 (2)隨后小明開始做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，在水平放置的木板上墊上一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上的A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套，如圖2甲所示。先用兩個彈簧測力計鉤住細繩套，互成角度拉橡皮條使之伸長，結點到某一位置O，此時記下兩個彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2和兩細繩的方向。請完成下列問題： ①F1的讀數(shù)如圖乙所示(只畫出了彈簧測力計的一部分)，則F1＝________N。 圖2 ②小明再用一個彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條位長，應該使結點拉到________，記下彈簧測力計的讀數(shù)，并記下________。 ③在本實驗中，若保持F1和F2的大小不變，則關于這兩個力的合力的說法中正確的是(　　) A.合力F的大小隨F1與F2夾角的增大而增大 B.F1和F2的夾角在0到180之間時，夾角越小，合力F越大 C.F1或F2的大小總是小于合力F的大小 D.合力F的大小不一定大于F1或F2的大小 解析　(1)由題圖甲，游標尺上的第11條刻線與主尺上21 mm刻線對齊，且游標尺為20分度，故鋼筆套的長度為10 mm＋0.511 mm＝10.55 mm。(2)①彈簧測力計的最小格為0.1 N，需向下一位估讀，讀數(shù)為1.23 N。②合力與兩個分力的作用效果相同，故兩次將橡皮條應拉至同一位置O；力是矢量，應同時記錄力的大小和方向。③F1與F2大小不變時，兩力的夾角越小，合力越大，選項A錯誤，選項B正確；合力與分力是等效替代的關系，但合力不一定大，分力也不一定小，選項C錯誤，選項D正確。 答案　(1)10.55　(2)①1.22～1.24?、谕晃恢肙　細繩的方向?、跙D 2.(xx浙江理綜，21)甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質量的關系”實驗。 圖3 (1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材________；乙同學需在圖中選用的器材________。(用字母表示) 圖4 (2)某同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________。 解析　(1)“驗證機械能守恒定律”一般采用重錘自由落體運動，使用紙帶法測速度，所以要用到重錘和電火花打點計時器，即A、B；“探究加速度與力、質量的關系”實驗一般以小車為研究對象，需改變小車質量，要用到紙帶法測加速度，所以需要電火花計時器、小車、鉤碼，即B、D、E。 (2)紙帶①相鄰相等時間位移之差Δx1＝0.1 cm，而②紙帶的Δx2＝0.05 cm，由a＝可知①紙帶加速度大，且可算得a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2。 答案　(1)AB　BDE　(2)①　(2.50.2) m/s2 3.(xx金麗衢十二校高三聯(lián)考)用如圖5所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對圖中紙帶上的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律。 圖5 (1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A.按照圖示的裝置安裝器件； B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上； C.用天平測出重錘的質量； D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶； E.測量紙帶上某些點間的距離； F.根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。 其中沒有必要進行的步驟是________，操作不當?shù)牟襟E是________。 (2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖6所示。使用電流的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達式a＝________。(用s1、s2、s3、s4及f表示) (3)在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大小。若已知當?shù)刂亓铀俣葹間。還需要測量的物理量是________，試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示重錘和紙帶在下落的過程中AE段受到的平均阻力大小F＝________。 圖6 解析　(1)步驟C不必要，重錘的質量不需要測量，因為等式mgh＝mv2兩邊把質量約掉了；打點計時器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯誤的。 (2)為了減小實驗誤差，可以采用逐差法求加速度，有：s4－s2＝2at2，s3－s1＝2at2 由以上兩式得a＝； (3)由牛頓第二定律mg－F＝ma可知，要測阻力的大小，還要測重錘的質量m，將加速度表達式代入，即得F＝m[g－]。 答案　(1)C　B　(2) (3)重錘的質量m　m[g－] 4.在“探究物體運動加速度與外力關系”實驗中， (1)某些同學不能得到當小車的質量一定時加速度a與作用力F成正比的正確圖線，而是得出下列圖線，請分別說出得到圖中A、B、C三種圖的原因。 得到A圖的原因是___________________________________________________________； 得到B圖的原因是___________________________________________________________； 得到C圖的原因是___________________________________________________________。 (2)某同學在接通電源進行實驗之前，將實驗器材組裝如圖7所示，請你指出該裝置中的錯誤或不妥之處(只需指出二處錯誤或不妥之處)__________________________________ ___________________________________________________________________________。 圖7 (3)如圖8為某同學實驗中獲得的一條紙帶，A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出A、B兩點間距s＝________ cm；C點對應的速度是vC＝________ m/s；加速度是a＝________m/s2(計算結果保留兩位有效數(shù)字)。 圖8 解析　(1)A圖與縱軸有交點，說明沒有拉力時就產(chǎn)生了加速度，即平衡摩擦力時木板抬起角度偏大；B圖與橫軸有交點，說明拉力小時沒有加速度，拉力增大到一定值時才有加速度，說明平衡摩擦力時木板抬起角度偏?。籆圖雖過原點但力F大時發(fā)生彎曲，不滿足正比關系，即懸掛砂和砂桶的質量偏大，不滿足m?M，不能忽略砂和砂桶的質量；(2)實驗電源應該是4～6 V交流電；小車應?？吭诖螯c計時器附近；應該抬起木板右端用來平衡摩擦力；(3)由圖象可讀出AB之間的距離s＝0.70 cm；由于相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，所以相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，而C點的速度vC＝＝0.1 m/s；根據(jù)加速度一定時物體在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為一恒量，即aT2＝xCD－xBC，得a＝0.20 m/s2。 答案　(1)平衡摩擦力時木板抬起角度偏大 平衡摩擦力時木板抬起角度偏小 懸掛砂和砂桶的質量偏大，不滿足m?M (2)電源應該是4～6 V交流電；小車應該停靠在打點計時器附近；沒有抬起木板右端用來平衡摩擦力。 (3)0.70　0.10　0.20 5.為了探究在橡皮條彈力作用下小車的運動，某同學設計了如圖9甲所示的實驗，由靜止釋放小車，小車在處于伸長狀態(tài)的橡皮條彈力的作用下向左運動，打點計時器打下的紙帶如圖乙所示。0計數(shù)點為打下的第一個點，該同學在測出計數(shù)點2、3、4到起點0的距離x1、x2、x3后，將紙帶由圖示位置剪斷，將每段紙帶的下端對齊，依次并排粘貼在直角坐標系中，連接各段紙帶上端的中點畫光滑曲線如圖10所示。對該實驗結果的研究可知： 圖9 (1)在有橡皮條彈力作用時，小車做加速度________的運動。 圖10 A.不斷減小 B.不斷增大 C.先增大后減小 D.先減小后增大 (2)小車的最大速度出現(xiàn)在計數(shù)點________、________之間，設打點周期為T，則由紙帶測量數(shù)據(jù)可估算小車的最大速度vm＝________，該估算值________(選填“等于”、“大于”或“小于”)小車最大速度的真實值。 解析　(1)依題意，圖10可看作v－t圖象，由圖中曲線可知，小車速度達到最大后做減速運動，說明小車與桌面間有摩擦力，因此小車的加速度a＝。在橡皮條彈力F的作用下，小車向左運動，橡皮條伸長量減小，彈力減小，當彈力F減小到等于摩擦力Ff時，加速度為零，此時橡皮條仍然處于伸長狀態(tài)，之后由于彈力小于摩擦力小車做減速運動，在彈力為零后小車只受摩擦力而做勻減速運動，圖線為直線。故在橡皮條彈力作用下，小車先加速后減速，加速度先減小后反向增大，D選項正確。 (2)在相同時間T內(nèi)，速度越大，位移越大，因此小車的最大速度出現(xiàn)在位移大的一段，即計數(shù)點2、3之間。最大速度接近并大于計數(shù)點2、3之間的平均速度，可以用vm＝來估算。 答案　(1)D　(2)2　3　　小于 6.(xx新課標全國卷Ⅱ，22)某同學用圖11(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。 圖11 (1)物塊下滑時的加速度a＝________ m/s2，打C點時物塊的速度v＝________ m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是________(填正確答案標號)。 A.物塊的質量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角 解析　根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知， 加速度a＝＝3.25 m/s； 打C點時物塊的速度vC＝≈1.79 m/s (2)由牛頓第二定律得加速度a＝gsin θ－μgcos θ，所以要求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是斜面的傾角。 答案　(1)3.25　1.79　(2)C 7.某同學用如圖12甲所示的實驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關系”。 (1)實驗時，必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學是這樣操作的：如圖乙，將小車靜止地放在水平長木板上，并連著已穿過打點計時器的紙帶，調(diào)整木板右端的高度，接通電源，用手輕撥小車，讓打點計時器在紙帶上打出一系列______________________的點，說明小車在做__________________運動。 圖12 (2)如果該同學先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力為F，在小車質量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質量最終達到M，測小車加速度a，作a－F的圖象。下列圖線正確的是________。 (3)設紙帶上計數(shù)點的間距為s1和s2。如圖13為用米尺測量某一紙帶上的s1、s2的情況，從圖中可讀出s1＝3.10 cm，s2＝________cm，已知打點計時器的頻率為50Hz，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。 圖13 解析　(1)當打點計時器在紙帶上打出一系列均勻分布的點跡時，說明小車做勻速直線運動。 (2)設砂和砂桶的總質量為m，繩的拉力為FT，由牛頓第二定律對小車得FT＝Ma，對砂和砂桶得mg－FT＝ma，當m較大時，F(xiàn)T＜mg，則a＝＜，故C項正確。 (3)s2＝9.60 cm－4.10 cm＝5.50 cm a＝＝m/s2＝2.40 m/s2 答案　(1)點跡均勻　勻速　(2)C　(3)5.50　2.40