高考物理复习 课时过关题39 力学实验（含答案解析）

2020(人教版)高考物理复习 课时过关题39

力学实验

已知重力加速度g=9.8 m/s2，要求尽可能多地利用测量数据，计算弹簧甲的劲度系数k=________N/m(结果保留两位有效数字)．由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧乙的劲度系数．

(1)下列操作中必要的是________(填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行

B．为减小系统误差，应使钩码质量远小于小车质量

C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力

D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源

(2)如图是实验中获得的一条纸带的一部分，选取0、1、2、3计数点，但0与2之间的原始记录数据已模糊不清，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则小车运动的加速度大小为________m/s2(保留三位有效数字)．

3.用图甲所示的装置做验证力的平行四边形定则实验。

(1)某同学的实验操作如下,请完成相关内容。

①在桌面上放一方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上。

②用图钉把橡皮条一端固定在A点,另一端系上两根细绳,细绳的另一端系有绳套。

③用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点到达某一位置O。

记下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数,并　　　　　　　　　　　　。 

④按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F。

⑤只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,　　　　　　,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F'的图示。 

(2)某次实验中弹簧测力计的示数如图乙所示,则两弹簧测力计的拉力的大小分别为：

　　　 N、　　　　 N。 

(3)某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据如图丙,请选好标度在方框中作图完成该同学未完成的实验处理。

结论:                                                     　

(4)若两个弹簧测力计的读数分别为3.00 N、4.00 N,且两弹簧测力计拉力方向的夹角为锐角,则　　　　(选填“能”或“不能”)用一个量程为5 N的弹簧测力计测出它们的合力,

理由是　                                               　。 

4.为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同，体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：

步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；

步骤2：安装好实验装置如图，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；

步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；

步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图所示．

(1)由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置________．

①在P5、P6之间

②在P6处

③在P6、P7之间

(2)为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________．

①A、B两个滑块的质量m1和m2

②滑块A释放时距桌面的高度

③频闪照相的周期

④照片尺寸和实际尺寸的比例

⑤照片上测得的x45、x56和x67、x78

⑥照片上测得的x34、x45、x56和x67、x78、x89

⑦滑块与桌面间的动摩擦因数

写出验证动量守恒的表达式____________________________．

(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：

_________________________________________________________________.

a．开始时，系统在一外力作用下保持静止，细绳拉直但张力为零．现释放C，使其向下运动，当压力传感器示数为零时，速度传感器测出C的速度为v.

b．在实验中保持A、B质量不变，改变C的质量M，多次重复步骤a.

回答下列问题：

(1)该实验中，M和m大小关系必满足M________m(选填“小于”、“等于”或“大于”)．

(2)为便于研究速度v与质量M的关系，每次测C的速度时，C已下降的高度应________(选填“相同”或“不同”)．

(3)根据所测数据，为更直观地验证机械能守恒定律，应作出________(选填“v2－M”、“v2－”或“v2－”)图线．

(4)根据(3)中的图线，若图线在纵轴上的截距为b，则弹簧的劲度系数为________(用题给的已知量表示)．

(1)打点计时器使用的电源是_______________________(填选项前的字母)．

A．直流电源　B．交流电源

(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确的操作方法是________(填选项前的字母，A.把长木板右端垫高　B．改变小车的质量)，在不挂重物且________(填选项前的字母，A.打点计时器不打点　B．打点计时器打点)的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．

(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C、…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C、…各点到O点的距离分别为x1、x2、x3、…，如图乙所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=________，打B点时小车的速度v=________.

(1)甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是________________________________．

(2)图(c)中符合甲组同学作出的实验图象的是________；

符合乙组同学作出的实验图象的是________．

8.用如图甲所示的装置测量弹簧的弹性势能。将处于自然伸长状态的一根弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，初始时右端在O点；在O点右侧的B处安装一个光电门，计时器(图中未画出)与光电门相连。用带有遮光条的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，遮光条的宽度为d，并记录遮光的时间为Δt。

(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则宽度为________mm。

(2)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________(用题目中的物理量表示)。

(3)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。

A．弹簧原长l0

B．当地重力加速度g

C．滑块(含遮光条)的质量m

D．A、O之间的距离x

答案解析

解析：本题考查“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验，意在考查考生对实验数据的处理能力．

由表中数据可知，当弹力的变化量为ΔF=mg=0.05 kg×9.8 m/s2=0.49 N时，

弹簧甲的形变量

Δx==1.01 cm，

由胡克定律得弹簧甲的劲度系数k===49 N/m.

由表中数据可根据上述方法求出弹簧甲与弹簧乙并联时的劲度系数，

再根据k并=k甲＋k乙就可求出弹簧乙的劲度系数．

(1)A；

(2)0.667；

解析：

(1)细绳应与长木板表面平行，保证拉力即为其水平方向的合力，故A正确；本实验中只要能使小车做加速运动即可，没必要应使钩码质量远小于小车质量，也没必要平衡摩擦力，B、C错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放钩码，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．

(2)一段时间内的平均速度等于其中间时刻的速度，所以01== m/s=0.553 m/s；

03= m/s=0.619 7 m/s2.0～1的中间时刻与0～3的中间时刻相差0.1 s，

故a= m/s2=0.667 m/s2.

3.答案为：

(1)③记下两条细绳的方向，⑤读出弹簧测力计的示数

(2)2.50，4.00；

(3)如解析：图所示;在误差允许范围内,合力与分力是等效替代的关系,且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则；

(4)不能，超过弹簧测力计的量程；

解析：

(1)③用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点到达某一位置O,此时需要用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向,读出两个弹簧测力计的示数。⑤只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,此时需要读出弹簧测力计的示数,并记下细绳的方向。

(2)两个弹簧测力计的读数分别为2.50N和4.00N。

(3)如图所示。根据所作的图像可得到的结论是在误差允许范围内,合力与分力是等效替代的关系,且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则。

(4)不能,因为3.00N和4.00N两个力的合力在夹角为锐角时会大于5N,超过弹簧测力计的量程。

4.答案为：

(1)②；

(2)①⑥，m1(x45＋2x56－x34)=(m1＋m2)·(2x67＋x78－x89)；

(3)将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动(其他合理答案也可)

解析：

(1)由题图可得x12=3.00 cm，x23=2.80 cm，x34=2.60 cm，x45=2.40 cm，x56=2.20 cm，x67=1.60 cm，

x78=1.40 cm，x89=1.20 cm.根据匀变速直线运动的特点可知A、B相撞的位置在P6处．

(2)为了探究A、B相撞前后动量是否守恒，就要得到碰撞前后的动量，

所以要测量A、B两个滑块的质量m1、m2和碰撞前后的速度．设照相机拍摄时间间隔为T，

则P4处的速度为v4=，P5处的速度为v5=，因为v5=，

所以A、B碰撞前在P6处的速度为v6=；

同理可得碰撞后AB在P6处的速度为v6′=.若动量守恒则有m1v6=(m1＋m2)v6′，

整理得m1(x45＋2x56－x34)=(m1＋m2)(2x67＋x78－x89)．因此需要测量或读取的物理量是①⑥.

(3)若碰撞前后都做匀速运动则可提高实验的精确度．

(1)大于；

(2)相同；

(3)v2－；

(4)；

解析：

(1)实验过程中需要测定压力传感器示数为零时，C向下运动的速度v，所以必须满足M>m.

(2)因刚开始时弹簧被压缩，弹力大小为mg，而压力传感器示数为零时，弹簧被拉伸，弹力大小仍为mg，弹簧的形变量x=＋=，不论C的质量如何，测C的速度时，C已下降的高度相同，为.

(3)弹性势能在始末状态相同，为此只需验证(m＋M)v2=(M－m)gx，化简得v2=－4mgx·＋2gx，所以应作v2－图线．(4)由题意知b=2gx，而mg=k，联立得k=.

(1)B；

(2)A，B；

(3)mgx2　；

解析：

(1)打点计时器使用的是交流电，B正确；

(2)平衡摩擦力的方法是：把木板一端垫高，让小车滑下，当小车匀速运动时，就意味着摩擦力抵消了，A正确；此时应当让打点计时器打点，因为打点计时器打点时也会有摩擦力，B正确；

(3)由于近似认为拉力等于重物重力，所以根据W=Fx可知，拉力做的功W=mgx2；匀变速运动中，中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以B点的速度等于AC段的平均速度，即v==.

(1)小车的质量远大于重物的质量；

(2)②，①；

解析：

(1)甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是小车的质量远大于重物的质量．

(2)由于甲组实验把重物的重力作为拉力F，当重物的质量增大到一定数值后图线将偏离直线，

向下弯曲，所以图(c)中符合甲组同学作出的实验图象的是②；

符合乙组同学作出的实验图象的是①.

8.答案为：(1)2.558(2.557～2.559均可)；(2)v(3)C

解析：

(1)由题图乙可知螺旋测微器读数(宽度)为：2.5mm＋0.01mm×5.82.558mm。

(2)滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v。

(3)弹簧的弹性势能转化为滑块的动能，则：EpEkmv2，由此可知要求出弹簧的弹性势能，

还需要测量滑块(含遮光条)的质量m，故C正确。