预测17 力学实验之纸带类问题 -【临门一脚】 高考物理三轮冲刺过关

2021年高考物理【临门一脚】（全国通用）

预测17   力学实验之纸带类问题

1．区别“计时点和计数点”

①计时点是打点计时器打在纸带上的实际点，打点计时器所用电源的频率为50 Hz时，打下两相邻点间的时间间隔为0.02 s。

②计数点是人们根据需要选择的一定数目的点，两个相邻计数点间代表的时间间隔由选择点的个数而定。

2．利用纸带判定物体的运动性质（如图所示）

（1）若x1、x2、x3、…、x6基本相等，在误差允许的范围内可认为物体做匀速直线运动。

（2）利用x1、x2、x3、…、x6计算出相邻相等时间内的位移差x2－x1、x3－x2、…、x6－x5，若大致相等，则在误差允许的范围内认为Δx＝aT2可判定物体做匀变速直线运动。

2．平均速度法求速度：如图所示，做匀变速直线运动的物体在某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝。

3．利用纸带求加速度的三种方法

（1）利用第m个T时间内的位移和第n个T时间内的位移求a，即a＝。

（2）逐差法：如从纸带上得到6个连续相等时间间隔内的位移，则a＝。

处理纸带问题的三点关注

（1）长度计算：常用逐差法处理题中得到的数据，得出所求长度。逐差法是把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减的方法。

（2）单位换算：题给单位一般是cm，最后算出来的加速度一般以m/s2为单位等。

（3）周期选择：常见的打点计时器的频率为50 Hz，频闪相机的闪光频率为10 Hz，即它们的周期分别为0.02 s、0.1 s，若每5个计时点取一个计数点，则它们的周期分别变为0.1 s、0.5 s。

1．（2020·全国高考真题）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。

已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。

若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。

2．（2020·浙江高考真题）做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：

（ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；

（ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；

（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。

①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小_____（保留两位有效数字）；

②需要满足条件的方案是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作图象时，把作为F值的是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。

一、实验题

1．（2020·山西高三一模）取一根长空心铝管竖直放置，把一枚圆柱形小磁铁从铝管上端放入管口，磁铁的直径略小于铝管的内径。在磁铁的上端粘上一条纸带，提住纸带的上端，如图（a）所示。闭合电源开关，松开手指，打点计时器在纸带上记录下磁铁的运动情况如图（b）所示，其中O点为打出的第一个点；打下K点时，磁铁尚未穿过铝管。已知打点计时器所用交流电的频率为，纸带上标出的数值为相邻两计数点间的距离，每两个相邻计数点间还有1个点未画出，回答下列问题；

（1）在打下点的过程中，磁铁最大速度的大小是_______（保留3位有效数字）；

（2）在打下各点时，磁铁加速度最大时对应的点是________；

（3）在打下点的过程中，磁铁受到阻力大小的变化规律是______。

2．（2021·广东高三其他模拟）利用图（甲）示装置可以做力学中的许多实验

（i）以下说法正确的是______；

A．利用此装置“研究匀变速直线运动” 时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响

B．利用此装置探究 “小车的加速度与质量的关系” 并用图象法处理数据时，如果画出的a-M关系图象不是直线，就可确定加速度与质量成反比

C．利用此装置探究“功与速度变化的关系”实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响

（ii）甲同学在利用此装置进行“探究加速度a与力F的关系”的实验过程中，打出了一条纸带。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图（乙）所示。 已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。求：

①从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离s1 =______cm；

②该小车的加速度a =______m/s2。

③实验的过程中，甲同学不断增加所挂钩码的个数，导致钩码的质量远远大于小车的质量， 则小车加速度a的值随钩码的个数的增加将趋近于______的值。

3．（2021·江西高三二模）某同学利用如图所示的装置来验证牛顿第二定律。

(1)现提供如下器材：

A．小车    B．钩码    C．一端带滑轮的长木板

D．细绳    E.电磁式打点计器（带复写纸）   F.纸带

G.天平    H.游标卡尺    I.低压交流电源    J。220V交流电源

上述器材中哪两件是本实验不需要的___________（填写器材前的字母），还需要的器材是___________。

(2)平衡摩擦后，消除了摩擦力对本实验的影响，为使钩码重力近似为小车所受合外力，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足___________。

(3)该同学完成实验，得到一条纸带，去掉前面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号为0-6，相邻点的打点周期为T），测出相关距离如图所示，要求比较准确的计算加速度，加速度平均值表达式=___________（用图中字母及周期T表示）。

4．（2021·天津高三一模）用如图甲所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒。从高处由静止开始下落，上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），所用电源的频率为。已知。则（结果均保留两位有效数字）

(1)在打下0点到打下计数点5的过程中系统重力势能的减少量_____J；（当地的重力加速度g取）

(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量_____J；

(3)某同学测出多个计数点的速度大小v及对应下落的高度h，作出的图像如图丙所示，则图像的斜率表达式_____。（用、和g表示）

5．（2021·广东高三其他模拟）某实验小组组装了如图甲所示的实验装置来完成验证动量守恒定律的实验。在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。

（1）下列操作正确的是___________；

A．本实验无需平衡摩擦力

B．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源

C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车

（2）若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。A为运动起始的第一点，则应选___________段来计算A的碰前速度，应选___________段来计算A和B碰后的共同速度（以上两空均选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）；

（3）已测得小车A的质量m1=400 g，小车B的质量m2=500 g，由以上测量结果可得碰前总动量为___________kg·m/s，碰后总动量为___________kg·m/s。实验结论：___________。（计算结果保留三位有效数字）

6．（2021·辽宁丹东市·高三一模）下图是某同学利用打点计时器探究匀变速直线运动规律时打出的一条纸带的一部分，相邻两个计数点之间的时间为，由测量数据可知：做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间内的位移差_______（填“相等”或“不相等”），对应相邻的两个计数点速度的变化量______（填“相等”或“不相等”），位移差、速度的变化量和时间的关系为_____。

7．（2021·浙江温州市·高三二模）（1）赵同学用如图甲所示的装置做“探究加速度与力的关系”实验。正确补偿阻力后，挂上装有砂的砂桶，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器所使用的交流电频率为，则小车的加速度为_______（保留两位有效数字），由此可判断砂桶质量________（选填“满足”或“不满足”）本实验要求。

钱同学仍用图甲装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验。重新调整实验装置后，获取了一条新的纸带，利用实验数据绘制成如图丙所示的“”图像，发现其图线末端发生了弯曲，以下四个操作中，你认为最可能是___________（单选）。

A．实验前没有补偿阻力                B．实验前补偿阻力时板垫起的太高

C．砂桶质量不满足实验要求        D．没有调节好定滑轮的高度

8（2021·北京门头沟区·高三一模）打点验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。

（1）除图示器材外，下列器材中，必需的一组是__________（只有一个选项符合要求，填选项前的符号）

A．直流电源及导线、天平及砝码

B．直流电源及导线、刻度尺

C．交流电源（，）及导线、天平及砝码

D．交流电源（，）及导线、刻度尺图

（2）下图中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器打下O点（中未标出）时，重锤开始下落，a、b、c是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的刻线与O点对齐，a、b、c三个点所对刻度如图所示。打点计时器在打出b点时锤下落的高度 = __________，下落的速度为vb = __________（计算结果保留3位效数字）。

（3）某同学用上述方法测出各计数点到O点的距离h，算出对应的速度平方，并作出图像，设当地重力加速度为g。下列说法正确的是__________。（填选项前的符号）

A．图像一定过原点

B．若图像是一条过原点的直线，则机械能一定守恒

C．若图像是一条过原点的直线，则斜率等于g

D．若图像是一条过原点的直线，则斜率略小于