人教版物理高三二轮复习专题训练力学实验突破.docx
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人教版物理高三二轮复习专题训练力学实验突破
力学实验突破
专题训练
1.利用如图甲装置可以做力学中的许多实验:
（1）以下说法正确的是 。
A.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响
B.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须调整滑轮高度使连接小车的细绳与长木板平行
C.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力
D.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,应使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
（2）本装置中要用到打点计时器,如图乙所示为实验室常用的两种计时器,其中b装置用的电源要求是 。
A.交流220VB.直流220V
C.交流4～6VD.直流4～6V
（3）在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图丙,已知打点计时器接在频率为50Hz
的交流电源上,则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为 m/s。
（结果保留两位有效数字）
解析:
（1）小车与长木板间存在的摩擦力不会影响小车做匀变速直线运动,故不需要平衡摩擦力,选项A错误;为保持小车所受拉力方向不变,需要调整滑轮高度使连接小车的细绳与长木板平行,选项B正确;平衡摩擦力后,有mgsinθ=μmgcosθ,即tanθ=μ,即只需要调整好轨道倾角即可,与砝码和砝码盘总质量无关,选项C错误;F=
M=
·mg,所以为确保小车所受拉力近似等于砝码盘和盘内砝码总重力,盘及盘内砝码总质量应远小于小车总质量,选项D正确。
（2）b为电磁打点计时器,使用4～6V低压交流电源,选项C正确;a为电火花计时器,使用交流220V电源。
（3）纸带中A点的瞬时速度等于以它为中间时刻某段位移的平均速度,即vA=
m/s=0.53m/s。
答案:
（1）BD
（2）C （3）0.53（0.51～0.53均对）
2.在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上,将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。
用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面上某一位置,如图所示。
请将以下的实验操作和处理补充完整:
①用铅笔描下结点位置,记为O;
②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2,沿每条细绳（套）的方向用铅笔分别描出几个点,用刻度尺把相应的点连成线;
③只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录测力计的示数F3, ;
④按照力的图示要求,作出拉力F1,F2,F3;
⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;
⑥比较 的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并做出相应的改进后再次进行实验。
解析:
③用铅笔描出绳上的几个点,用刻度尺把这些点连成直线（画拉力的方向）,目的是画出同两分力产生相同效果的这个力的方向。
⑥F与F3作比较,即比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实际的力是否相同,即可验证力的平行四边形定则的正确性。
答案:
用铅笔描出绳上的几个点,用刻度尺把这些点连成直线 F与F3
3.在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中,
（1）下列仪器需要用到的是 （多选）;
（2）下列说法正确的是 （多选）;
A.先释放纸带再接通电源
B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行
C.纸带与小车相连端的点迹较疏
D.轻推小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡
（3）如图所示是实验时打出的一条纸带,A,B,C,D……为每隔4个点取的计数点,据此纸带可知小车在D点的速度大小为 m/s（小数点后保留两位）。
解析:
（1）本实验通过打点纸带分布求物体的加速度,需要打点计时器,通过控制变量法从而研究加速度、质量、合外力之间的关系,需要天平测重物和小车的质量,所以选择仪器A,D;
（2）实验时应先接通电源,后释放小车,A错误;为了保证绳子拉力就是小车受到的合力,细线要与木板平行,B正确;小车做匀加速直线运动,刚释放时的速度小,与小车相连端纸带上打下的点较为密集,选项C错误;本实验需要平衡摩擦力,小车在适当倾斜的木板上匀速下滑,则重力沿斜面的分力与摩擦力平衡,D正确。
（3）由题可知,相邻计数点间的时间间隔t=0.1s,根据匀变速直线运动规律,中间时刻的速度等于整个过程的平均速度,则vD=
≈0.21m/s。
答案:
（1）AD
（2）BD （3）0.21
4.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示,轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接,向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
（1）实验中涉及下列操作步骤:
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是 （填入代表步骤的序号）。
（2）图乙中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。
打点计时器所用交流电的频率为50Hz。
由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s。
比较两纸带可知, （填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。
解析:
（1）启动打点计时器前,应把纸带拉直以减小因纸带受到摩擦力而产生的误差。
实验时应先接通打点计时器的电源,再释放物块。
故正确的操作顺序是④①③②。
（2）物块脱离弹簧前,在弹簧弹力作用下沿光滑水平面加速运动,脱离弹簧后做匀速运动,故物块脱离弹簧时的速度即为匀速运动时的速度,由纸带数据可知vM=
m/s=1.29m/s。
弹簧被压缩后的弹性势能转化成了物块的动能,由纸带数据知M纸带对应的物块最终的速度大,则动能也大,故对应的弹簧被压缩后的弹性势能大。
答案:
（1）④①③②
（2）1.29 M
5.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。
实验步骤:
①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直
方向。
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1,O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1,O2间的距离（即橡皮筋的长度l）。
每次将弹簧测力计示数改变
0.50N,测出所对应的l,部分数据如表所示。
F（N）
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l（cm）
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O,O′,橡皮筋的拉力记为FOO′。
④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。
用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A,B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。
完成下列作图和填空:
（1）利用表中数据在图丙中画出F
l图线,根据图线求得l0= cm。
（2）测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为 N。
（3）根据给出的标度,在图丁中作出FOA和FOB的合力F′的图示。
（4）通过比较F′与 的大小和方向,即可得出实验结论。
解析:
（1）根据表格数据描点,作出F
l图线,图线的横截距即表示橡皮筋原长,因此l0=10.0cm。
（2）橡皮筋总长l=OA+OB=13.60cm,根据F
l图线,可读出弹簧长度l=13.6cm时橡皮筋的拉力为1.80N。
（3）根据平行四边形定则作图,对角线表示合力F′。
（4）若F′与FOO′在误差范围内大小相等、方向相同,就表明力的平行四边形定则是正确的。
答案:
（1）如图所示 10.0（9.8,9.9,10.1均正确）
（2）1.80（1.70～1.90均正确）
（3）如图所示
（4）FOO′
6.某班级同学用如图1所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系。
甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上,小车甲上固定一个加速度传感器,小车乙上固定一个力传感器,力传感器和小车甲之间用一根不可伸长的细线连接,在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始向下运动,利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车甲受到的拉力和加速度的大小。
（1）下列关于实验装置和操作的说法中正确的是 。
A.轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力
B.轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力
C.弹簧弹力应远小于小车甲所受的重力
D.弹簧弹力应远小于小车乙所受的重力
（2）四个实验小组选用的小车甲（含加速度传感器）的质量分别为m1=
1.0kg,m2=2.0kg,m3=3.0kg和m4=4.0kg,其中有三个小组已经完成了a
F图象,如图2所示。
最后一个小组的实验数据如表所示,请在图2中完成该组的a
F图线。
实验次数
1
2
3
4
5
6
拉力F（N）
49.0
40.0
35.0
24.0
16.2
9.6
加速度a（m·s-2）
16.3
13.3
11.7
8.0
5.4
3.2
（3）在验证了a和F的关系后,为了进一步验证a和m的关系,可直接利用图2中的四条图线收集数据,然后作图。
请写出具体的做法:
①如何收集数据?
。
②为了更直观地验证a和m的关系,建立在坐标系应以 为纵轴;以 为横轴。
解析:
（1）实验中记录的是甲车的数据,因此研究对象是甲车,平衡摩擦力是对甲采取的措施,A项正确,B项错误;本实验中力的大小直接由力传感器测量,与弹簧弹力无关,选项C,D错误。
（2）作图的基本要求是不可用折线连接各点,要用直线作图,点应该均匀分布在线的两侧,图线如图所示。
（3）实验采用控制变量法,因此在研究a和m的关系时,要控制力F不变,所以在收集数据时,找到相同力下的加速度,具体做法:
a
F图线上作一条垂直于横轴的直线,与四条图线分别有四个交点,记录下四个交点的坐标a,分别与图象对应的m组成四组数据（能说明主要观点即可）;由于直接画a和m的关系图线,得到的是曲线,不利于直观地得出a和m的规律,当改画a和
的关系图线时,可以得到一条直线,直线更能直观地得出两个物理量的规律关系,因此建立的坐标系应以a为纵轴,以
为横轴。
答案:
（1）A
（2）见解析
（3）①见解析 ②加速度a 质量的倒数
（填a和
也可,两格内容也可互换）
7.在“探究功与速度变化关系”的实验中,采用如图甲所示装置,水平正方形桌面距离地面高度为h,将橡皮筋的两端固定在桌子边缘上的两点,将小球置于橡皮筋的中点,向左移动距离s,使橡皮筋产生形变,由静止释放后,小球飞离桌面,测得其平抛的水平射程为L。
改变橡皮筋的条数,重复实验。
（1）实验中,小球每次释放的位置到桌子边缘的距离s应 （选填“不同”“相同”或“随意”）。
（2）取橡皮筋对小球做功W为纵坐标,为了在坐标系中描点得到一条直线,如图乙所示,应选 （填“L”或“L2”）为横坐标。
若直线与纵轴的截距为b,斜率为k,可求小球与桌面间的动摩擦因数为
（使用题中所给符号表示）。
解析:
（1）为保证每根橡皮筋的形变量相等,即每根橡皮筋弹力做的功相等,故小球每次释放的位置到桌子边缘的距离s要相同;
（2）小球抛出后做平抛运动,由h=
gt2,
得t=
初速度v=
=L
由动能定理W-μmgs=
mv2=
m
L2,
得W=
+μmgs
故应选L2为横坐标,则有k=
b=μmgs,
得μ=
。
答案:
（1）相同
（2）L2
8.某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。
打点计时器的工作频率为50Hz。
（1）实验中木板略微倾斜,这样做 。
A.是为了使小车释放后能匀加速下滑
B.是为了增大小车下滑的加速度
C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条,2条,3条……挂在小车的前端进行多次实验,每次都把小车拉到同一位置再释放。
将第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1,第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1……小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。
根据第4次的纸带（如图乙所示）求得小车获得的速度为
m/s（保留三位有效数字）。
（3）若根据多次测量的数据作出W
v图象,则下列符合实际的是
。
解析:
（1）使木板倾斜,让小车受到的摩擦力与小车所受重力沿木板向下的分力大小相等,在不施加拉力时,小车在木板上受到的合力为零,小车可以在木板上静止或做匀速直线运动。
小车与橡皮筋连接后,小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力,橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功,故选项C,D正确。
（2）相邻各点之间的距离相等时,小车做匀速直线运动,由题图乙可知,小车做匀速直线运动时相邻两点之间的距离是4.00cm,打点时间间隔t=
=
s=0.02s,小车获得的速度v=
=
m/s=2.00m/s。
（3）由动能定理得W=
mv2,可知W与v是二次函数关系,选项C正确。
答案:
（1）CD
（2）2.00 （3）C
9.用落体法验证机械能守恒定律的实验中,打点计时器的打点频率为50Hz,重力加速度为9.8m/s2。
（1）运用公式
mv2=mgh时,对实验条件的要求是重锤由静止出发,为达到此目的,所选择的纸带第1,2两点间的距离应接近 。
（2）若实验中所用重锤的质量m=1kg,打点纸带如图所示,则打下B点时,重锤的动能Ek= J;从开始下落至打下B点,重锤的重力势能的减少量ΔEp= J（结果保留三位有效数字）。
（3）由上述实验可得出的结论是 。
解析:
（1）用公式
mv2=mgh验证机械能守恒定律时,对实验条件的要求是纸带上打下第1点时,重锤的初速度为零,打点计时器的打点频率为50Hz,打点周期为0.02s,重锤开始下落后,在第一个打点周期内下落的高度为h=
gT2=
×9.8×（0.02）2m≈2mm,所以所选择的纸带第1,2两点间的距离应接近2mm。
（2）由题图,利用匀变速直线运动规律,有vB=
=
m/s=
0.58m/s,打下B点时重锤的动能EkB=
m
=0.168J;从开始下落至打下B点,重锤的重力势能的减少量ΔEp=mgh=1×9.8×0.0176J=
0.172J。
（3）由以上数据,可得出的结论是在误差允许的范围内,重锤下落过程中机械能守恒。
答案:
（1）2mm
（2）0.168 0.172
（3）在误差允许的范围内,重锤的机械能守恒
10.小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时,利用牛顿第二定律测量聂海胜的质量后深受启发,在学校实验室里设计了如图甲所示的实验装置,测量手机电池的质量,为使滑块平稳运动,小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧。
接通气源,当空气从导轨两侧稳定喷出时,发现滑块与气垫导轨没有直接接触,装置能正常使用。
调节导轨水平,把细线的一端固定在滑块上,另一端固定在钩码上。
（1）小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L= mm。
（2）将附带手机电池的滑块由图甲所示位置从静止释放,在钩码的牵引下滑块先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1=7.2×10-3s,通过第二个光电门的时间为Δt2=2.3×10-3s,遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt=0.592s,则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1= m/s（保留两位有效数字）,经过光电门2时的瞬时速度v2=
m/s（保留三位有效数字）,重力加速度g取10m/s2,手机电池的加速度a= m/s2（保留两位有效数字）。
（3）已知钩码的质量为m1=200g,滑块与遮光条的总质量为m2=510g,则一块手机电池的质量为m= g（保留两位有效数字）。
解析:
（1）遮光条宽度L=5mm+0×0.01mm=5.000mm。
（2）v1=
=
m/s=0.69m/s,
v2=
=
m/s=2.17m/s,
a=
=
m/s2=2.5m/s2。
（3）对钩码、滑块、遮光条和手机电池整体,由牛顿第二定律得m1g=（m1+m2+2m）a,解得m=45g。
答案:
（1）5.000
（2）0.69 2.17 2.5 （3）45
11.一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与对应时间Δt的比值定义为角加速度β。
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源的频率为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,圆盘停止转动和打点,取下纸带,进行测量。
（计算结果保留3位有效数字）。
（1）用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示,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;
（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。
解析:
（1）游标卡尺的读数d=6×10mm+0×0.05mm=60.00mm,
即d=6.000cm,故r=3.00cm;
（2）t=0.1s,打下计数点D时,vD=
=0.389m/s,
则ω=
=
rad/s≈13.0rad/s。
（3）纸带运动的加速度a=
≈0.593m/s2,
因β=
ω=
故角加速度为β=
≈19.8rad/s2。
答案:
（1）3.00
（2）13.0 （3）0.593 19.8
12.科学探究活动通常包括以下环节:
提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、评估交流等。
一组同学研究“运动物体所受空气阻力与运动速度关系”的探究过程如下
A.有同学认为运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关
B.他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象,用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律,以验证假设
C.在相同的实验条件下,同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离,将数据填入表中。
图甲是对应的位移—时间图线,然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落,分别测出它们的速度—时间图线,如图乙中图线所示（1,2,3,4,5分别为纸杯个数）
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后,证实了他们的假设。
回答下列提问:
（1）与上述过程中C步骤相应的科学探究环节是 ;
（2）结合表格与图甲,表中x处的值应为 ;
时间（s）
下落距离（m）
0.0
0.000
0.4
0.036
0.8
0.469
1.2
0.957
1.6
1.447
2.0
x
（3）根据图乙中图线的特点,可知“小纸杯”在达到平衡状态之前做 运动,空气阻力Ff与最终运动速度v的大致关系为 。
解析:
（1）步骤C是按照一定的原理测量出需要的数据,以便对假设进行验证,故为搜集证据。
（2）图中AB段是直线,表示匀速直线运动;根据匀速直线运动的规律知,在相等的时间内通过的位移相同,则x=1.447m+（1.447-0.957）m
=1.937m。
（3）图中五条曲线都逐渐变平,故都表示加速度逐渐减小;因杯子个数慢慢增大,重力关系为1∶2∶3∶4∶5,则匀速运动时阻力之比也为1∶2∶3∶4∶5;由数据得速度之比为1.2∶1.7∶2.1∶2.4∶2.7,则速度平方之比可近似为1∶2∶3∶4∶5;由此得阻力应和速度的平方成正比,故关系为Ff∝v2。
答案:
（1）搜集证据
（2）1.937
（3）加速度逐渐减小的加速 Ff∝v2
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