高考物理必考8类重要图象讲与练专题07 力学实验中的图象Word版含答案及解析Word文件下载.docx
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【针对训练1】某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
①下列做法正确的是________（填字母代号）．
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．（填“远大于”、“远小于”或“近似等于”）
③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码、在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到上图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木块间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙．（填“大于”、“小于”或“等于”）
【针对训练2】某兴趣小组要测量木块与较粗糙木板之间的动摩擦因数，他们先将粗糙木板水平固定，再用另一较光滑的板做成斜面，倾斜板与水平板间由一小段光滑曲面连接，保证木块在两板间通过时速度大小不变。
（1）使木块从相对水平木板高h处由静止滑下，并在水平板上滑行一段距离x后停止运动，改变h大小，进行多次实验，若忽略木块与倾斜板间的摩擦，以x为横坐标、h为纵坐标，从理论上得到的图象应为________________；
（2）如果考虑木块与倾斜板之间的摩擦，在改变h时，他们采取的办法是：
每次改变倾斜板的倾角，让木块每次由静止开始下滑的位置在同一条竖直线上，且测出该竖直线与两板连接处的水平距离为l，如图甲所示。
将每次实验得到的h、x相关数据绘制出的
h—x图象如图乙所示，图线的延长线与两坐标轴的交点坐标分别为（－a，0）和（0，b），则木块与倾斜板间的动摩擦因数μ1＝_____________，木块与水平板间的动摩擦因数μ2＝_____________。
（以上两空用a、b和l中的某些物理量表示）
【针对训练3】某同学设计了一个如图所示的装置来测定滑块与水平木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是钩码，个数可调．A的左端与打点计时器的纸带（未画出）相连，通过打点计时器打出的纸带测出系统的加速度．实验中该同学在钩码总质量（m+m’=m0）保持不变的条件下，多次改变m和m’的钩码个数，重复测量．不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦．
①实验中除电磁打点计时器、纸带、若干个质量均为50克的钩码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线外，为了完成本实验，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．现从清晰的O点开始，每隔4个点取一计数点（中间4个点没画出），分别记为A、B、C、D、E、F．测得各计数点到OD点的距离分别为OA=1.61cm，OB=4.02cm，OC=7.26cm，OD=11.30cm，OE=16.14cm，OF=21.80cm，打点计时器打点频率为50Hz．由此纸带可得到打E点时滑块的速度v=m/s，此次实验滑块的加速度a=m/s2．（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，由此可知滑块与木板间的动摩擦因数µ
=．（g取10m/s2，保留两位有效数字）
考查方向2.图象的描绘
【例2】某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度（圈数）的关系．实验装置如图（a）所示：
一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；
通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；
挂有质量为0.100kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示（n为弹簧的圈数，重力加速度取9.80m/s2）．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm.
图（a）
（1）将表中数据补充完整：
①________；
②________．
P1
P2
P3
P4
P5
P6
x0（cm）
2.04
4.06
6.06
8.05
10.03
12.01
x（cm）
2.64
5.26
7.81
10.30
12.93
15.41
n
10
20
30
40
50
60
k（N/m）
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
（m/N）
0.0061
②
0.0179
0.0229
0.0296
0.0347
（2）以n为横坐标，
为纵坐标，在图（b）给出的坐标纸上画出
－n图像．
图（b）
（3）图（b）中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k＝____③__N/m；
该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0（单位为m）的关系的表达式为k＝____④__N/m.
（1）①81.7
②0.0122
（2）略
（3）③
（在
～
之间均同样给分）
④
【针对训练1】现要通过实验验证机械能守恒定律．
图甲
实验装置如图甲所示：
水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；
导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；
遮光片两条长边与导轨垂直；
导轨上的B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t.用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度．用g表示重力加速度．完成下列填空和作图：
（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为______，动能的增加量可表示为________．若在运动过程中机械能守恒，
与x的关系式为
＝________________________________________________________________________.
（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的x与t值．结果如下表所示：
1
2
3
4
5
x/（m）
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
t/（ms）
8.22
7.17
6.44
5.85
5.43
/（×
104s－2）
1.48
1.95
2.41
2.92
3.39
以x为横坐标，
为纵坐标，在图乙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；
根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k＝________×
104m－1·
s－2（保留三位有效数字）．
图乙
由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出
－x直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律．
【针对训练2】为测定木块与桌面之间的动摩擦因数,小亮设计了如图所示的装置进行实验。
实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时,重物B刚好接触地面。
将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点。
分别测量OP、OQ的长度h和s。
改变h，重复上述实验,分别记录几组实验数据。
（1）实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮，请提出两个解决方法。
（2）请根据下表的实验数据作出s-h关系的图象。
（3）实验测得A、B的质量分别为m=0.40kg、M=0.50kg.根据s-h图象可计算出A块与桌面间的动摩擦因数
=_________。
（结果保留一位有效数字）
（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果_________（选“偏大”“偏小”）
综合训练
1.在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的．用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F—x图象如图所示，由图可知弹簧的劲度系数为__________．图线不过原点的原因是由__________________造成的．
2.为了用实验“验证牛顿第二定律”，现提供如图甲所示的实验装置．请回答下列问题：
（1）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是________；
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，得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则小车加速度的表示式为a＝________；
图丙
（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，研究加速度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，如图丙所示．图线________是在轨道倾斜情况下得到的（选填“①”或“②”）；
小车及车中的砝码总质量m＝________kg.
3.某学习小组利用自行车的运动“探究阻力做功与速度变化的关系”．人骑自行车在平直的路面上运动，当人停止蹬车后，由于受到阻力作用，自行车的速度会逐渐减小至零，如图甲所示．在此过程中，阻力做功使自行车的速度发生变化．设自行车无动力后受到的阻力恒定．
（1）在实验中使自行车在平直的公路上获得某一速度后停止蹬车，需要测出人停止蹬车后自行车向前滑行的距离s，为了计算自行车的初速度v，还需要测量________（填写物理量的名称及符号）．
（2）设自行车受到的阻力恒为f，计算出阻力做的功W及自行车的初速度v.改变人停止蹬车时自行车的速度，重复实验，可以得到多组测量值．以阻力对自行车做功的大小为纵坐标，自行车初速度为横坐标，作出W－v曲线．分析这条曲线，就可以得到阻力做的功与自行车速度变化的定性关系．在实验中作出W－v图象如图所示，其中符合实际情况的是________．
4.用如图所示的装置来探究小车的加速度与所受合力的关系。
将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，当小车匀速运动时，记下传感器的示数F0。
按住小车，小桶中增加细砂，然后释放小车，记下传感器的示数F1。
（1）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与合力F（F=F1-F0）的关系图像。
则得到图像是（）
（2）同一次实验中，小车释放前传感器示数F与小车加速运动时传感器示数F1的关系是FF1（选填“＜”、“=”或“＞”）。
5.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学利用图甲所示的实验装置，将一端带滑轮的长木板固定在水平桌面上，滑块置于长木板上，并用细绳跨过定滑轮与托盘相连，滑块右端连一条纸带，通过打点计时器记录其运动情况．开始时，托盘中放少许砝码，释放滑块，通过纸带记录的数据，得到图线a.然后在托盘上添加一个质量为m＝0.05kg的砝码，再进行实验，得到图线b.已知滑块与长木板间存在摩擦，在滑块运动过程中，绳中的拉力近似等于托盘和所加砝码的重力之和，g取10m/s2，则
（1）通过图乙可以得出，先后两次运动的加速度之比为________；
（2）根据图乙，可计算滑块的质量为________kg.
6.如图甲所示为阿特武德机的示意图，它是早期测量重力加速度的器械，由英国数学家和物理学家阿特武德于1784年制成．他将质量同为M（已知量）的重物用绳连接后，放在光滑的轻质滑轮上，处于静止状态．再在一个重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物的重力而使系统做初速度为零的缓慢加速运动并测出加速度，完成一次实验后，换用不同质量的小重物，重复实验，测出不同m时系统的加速度．
（1）若选定如图甲左侧物块从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有
A．小重物的质量m
B．绳子的长度
C．重物下落的距离及下落这段距离所用的时间
（2）经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出﹣图象，如图乙所示，已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g=，并可求出重物质量M=．
7.某兴趣小组的实验装置如图甲所示，通过电磁铁控制的小球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t，测出A、B之间的距离h．实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．
（1）若用该套装置验证机械能守恒，已知重力加速度为g，还需要测量的物理量为
A．A点与地面间的距离HB．小球的质量m
C．小球从A到B的下落时间tABD．小球的直径d
（2）用游标卡尺测得小球直径如图乙所示，则小球直径为cm，某次小球通过光电门毫秒计数器的读数为3ms，则该次小球通过光电门B时的瞬时速度大小为v=m/s
（3）若用该套装置进行“探究做功和物体速度变化关系”的实验，大家提出以下几种猜想：
W∝v；
W∝v2；
W∝
…．然后调节光电门B的位置，计算出小球每次通过光电门B的速度v1、v2、v3、v4…，并测出小球在A、B间的下落高度h1、h2、h3、h4…，然后绘制了如图丙所示的h﹣v图象．若为了更直观地看出h和v的函数关系，他们下一步应该重新绘制
A．h﹣v2图象B．
图象C．
图象D．
图象．
8.如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。
有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H>
>
d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。
则：
⑴如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d=mm。
⑵小球经过光电门B时的速度表达式为。
⑶多次改变高度H，重复上述实验，作出
随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：
▲时，可判断小球下落过程中机械能守恒。
⑷实验中发现动能增加量△EK总是稍小于重力势能减少量△EP，增加下落高度后，则
将▲（选填“增加”、“减小”或“不变”）。
9.用如图所示装置完成“探究加速度与力、质量的关系”实验。
①下列操作需要且正确的有。
A.将长木板的带定滑轮的一端适当垫高，以消除摩擦力的影响
B.用天平测出小车的质量M和钩码的质量m，当M远大于m时，可认为小车受到的拉力F=mg
C.正确安装好装置后，将小车停在靠近打点计时器处，接通电待计时器工作稳定后再释放小车
D.选取点迹清晰的纸带，必须以打的第一个点为计数起始点进行测量
②某小组的同学在用该实验装置探究加速度与质量之间的关系，保持拉力不变，改变小车的质量，打出的纸带如图，O为计数起始点，选取的测量点为1、2、3、4、5、6，相邻两点之间还有四个点没标出，纸带上标出了各测量点到O点的距离，打点计时器的工作频率为50Hz。
实验次数
6
小车质量M/kg
0.200
0.300
0.400
0.500
0.700
小车加速度a/m﹒s-2
1.99
1.32
？
0.670
0.570
小车质量的倒数
/kg-1
5.00
3.33
2.50
2.00
1.67
1.43
得到的数据记录在上表中，第3次实验测得小车的加速度是_____m/s2。
根据实验测得的数据，为探究加速度与质量的关系，请建立合理的坐标系，描出相应的关系图像。
10.如图（甲），一端带有定滑轮的水平放置的长木板上固定有A、B两个光电门，与通过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示小车所受的拉力。
（1）在探究“合外力一定，加速度与质量的关系”时，某同学在实验中得到的五组数据，为了更直观地描述物体的加速度跟其质量的关系，请你根据他的描点在图（乙）的坐标系中画出
图象。
若不计空气阻力及一切摩擦，则该图线斜率值表示的意义是。
（2）如图（丙），将长木板的左端抬高，小车遮光片装在右侧，使小车从靠近光电门A处由静止开始运动，读出测力计的示数F及小车在两光电门之间的运动时间t，改变木板倾角，测得多组数据，据此数据得到的
的图线如图（丁）。
实验中测得两光电门的距离L＝1.0m，砂和砂桶的总质量m1=0.5kg，则图线的斜率为（计算结果保留两位有效数字）；
若小车与长木板间的摩擦不能忽略，则测得的图线斜率将（选填“变大”、“变小”或“不变”）
答案及解析
【针对训练1】【答案】①AD ②远小于 ③小于 大于
即a＝
F－μg.
上式与图象结合可知：
＞
，μ甲g＞μ乙g.
即：
m甲＜m乙，μ甲＞μ乙
【针对训练2】【答案】
（1）一条过坐标原点的倾斜向上直线（或正比例函数）
（2）
、
解得：
，
【针对训练3】【答案】
（1）BD
（2）0.52；
0.81（3）0.3
【小结】可以看出，力学实验中给出的图象大多为直线，需要分析的便是直线斜率、截距、特殊点的含义，若出现曲线，则需要分析其成因。
把关系式与函数图象结合起来是方向图象的直接有效方式。
【针对训练1】【答案】
（1）
；
；
（2）描点与作图见解析 2.40
在图中直线上取相距较远的两点，读出两点坐标，由k＝
可得k＝2.40×
s－2.
（1）减小B的质量
增加细线的长度（或增大A的质量；
降低B的起始高度）
（2）（见图）
（3）0.4
（4）偏大
点拨：
从设置的情境看，本题是一个从能量守恒角度或动能定理角度考查动摩擦因数测量的题目，所列方程需要围绕动摩擦因数以及与动摩擦因数有关联的物理量。
【小结】描绘图象，心中要有大方向：
图象是直线还是曲线，向上倾斜还是向下倾斜，与坐标轴交点的位置在坐标原点的哪一侧，这些是必须考虑的。
若图象微一次函数，需要根据相应规律列出对应的表达式，把图与式结合起来，对比分析。
1．【答案】 200N/m 弹簧自身所受重力
2．【答案】
（1）C
（2）
（3）① 0.5
3．【答案】
（1）人停止蹬车后自行车滑行的时间t
（2）C
【解析】
（1）人停止蹬车后做匀减速运动，初速度v＝2
＝
，则还需要测量自行车滑行的时间t.
（2）由动能定理得，W＝
mv2，则W－v图象为抛物线，即图C.
4．【答案】
（1）B
（2）＞
【点拨】通常情况下，在平衡摩擦力之后，满足
的前提下，才可以认为砂和沙桶的重力等于小车受的合力，随着砂和沙桶质量的增加，不在满足
的条件时，
图象出现A选项中的形状，若未平衡摩擦力，且随着砂和沙桶质量的增加，不在满足
图象出现C选项中的情况，但本题应用了力传感器，可以准确测出小车受的合力，不需要
的条件。
5．【答案】
（1）3∶4
（2）2.5
6．【答案】
（1）AC
（2）
所以需要测量的物理量有：
小重物的质量m，重物下落的距离及下落这段距离所用的时间．故A、C正确．
（2）因为a=
，则
知图线斜率k=
，b=
解得g=
，M=
．
7．【答案】
（1）D
（2）1.14，3.8（3）A
8．【答案】⑴7.25；
⑵
⑶
⑷增加
9．【答案】
（见解析）
10．【答案】
图象斜率
斜率的物理意义是合外力。
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