1、考点考点 7 7力学实验力学实验 1.(2016全国卷 IT22)某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律, 其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有 20Hz、30 Hz 和 40 Hz, 打出纸带的一部分如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率 f,需要 用实验数据和其他条件进行推算。 (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用 f 和图乙中给出的物理量可以 写出:在打点计时器打出 B 点时,重物下落的速度大小为,打出 C 点时重 物下落的速度大小为,重物下落的加速度大小为。 (2)已测得 s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;当地重力加速度大
2、小为 9.80m/s 2, 实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%。 由此推算出 f 为Hz。 【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析: (1)依据匀加速下落过程中的中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度测量 速度。 (2)可用“逐差法”测加速度。 (3)依据牛顿第二定律求出加速度后,利用题给数据推算 f。 【解析】(1)两点间时间间隔为 T= f 1 , 22 2121 fss T ss vB ,同理 2 32 fss vC ,重 物下落的加速度的大小为 2 2 13 fss a 。 (2)据 mg-0.01mg=ma 和 2 2 13 fss a ,代入数据可得 f 为 40H
3、z。 答案:(1) 2 21 fss 2 32 fss 2 2 13 fss (2)40 2.(2016全国卷 IIT22)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: 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 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
4、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, (选填“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)实验中的操作步骤为首先向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩 量。在利用纸带打点之前,先把纸带向左拉直。为了使纸带上的点能记录物块的 运动情况,应先接通打点计时器电源,再松手释放物块。所以实验操作步骤为 。 (2)脱离弹簧后物体做匀速直线运动,则纸带 M 运动的末速度 vM= 04. 0 57. 258. 2 10 -2m/s=1.29 m/
5、s,纸带 L 运动的末速度 v L= 04. 0 54. 155. 1 10 -2m/s=0.77 m/s。由动 能定理可知,松手释放物块后,弹性势能完全转化为动能,所以物体的末动能越 大,则弹簧被压缩后的弹性势能越大,则 EpMEpL。 答案:(1)(2)1.29M 3.(2016全国卷 IIIT23)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度 与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固 定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩 码。本实验中可用的钩码共有 N=5 个,每个质量均 0.010kg。实验步骤如下: (1)将 5 个钩码
6、全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车 (和钩码)可以在木板上匀速下滑。 (2)将 n(依次取 n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余 N-n 个钩码仍留在小车 内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时 刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速 度 a。 (3)对应于不同的 n 的 a 值见下表。 n=2 时的 s-t 图象如图乙所示;由图乙求出此 时小车的加速度(保留 2 位有效数字),将结果填入下表。 n12345 a/(m s -2) 0.200.580.781.00 (4)利用表中的数据在图丙
7、中补齐数据点,并作出 a-n 图象。从图象可以看出:当 物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。 (5)利用 a-n 图象求得小车(空载)的质量为kg(保留 2 位有效数字,重力 加速度 g 取 9.8m/s 2)。 (6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是(填入正确 选项前的标号)。 A.a-n 图线不再是直线 B.a-n 图线仍是直线,但该直线不过原点 C.a-n 图线仍是直线,但该直线的斜率变大 【解析】 (3)由于小车做的是匀加速直线运动,由 s= 2 1 at 2,将特殊点(2,0.80)代入 得 a=0.40m/s 2。 (4)利用描点法可得如图所示
8、图线 (5)根据牛顿第二定律可得 nmg=(M+Nm)a。代入 m=0.010kg,n=1、2、3、4、5 以 及相应的加速度可求得 M=0.44kg。 (6)若不平衡摩擦力,则有 nmg-M+(N-n)mg=(M+Nm)a,解得 a= NmM mg )1 ( n- g,故图线不过原点,但仍然是直线,且斜率增大,A 错误,B、C 正确。 答案:(3)0.40(4)见解析图(5)0.44(6)B、C 4.（2016江苏高考T11）某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。 一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于 A 点。光电门固定在 A 的正下 方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为 d 的
9、遮光条。将钢球拉至不同位置由静止 释放,遮光条经过光电门的挡光时间 t 可由计时器测出,取 v= 作为钢球经过 A 点 时的速度。记录钢球每次下落的高度 h 和计时器示数 t,计算并比较钢球在释放 点和 A 点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek,就能验证机械能是否守 恒。 (1)用Ep=mgh 计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度 h 应测量释放 时的钢球球心到之间的竖直距离。 A.钢球在 A 点时的顶端 B.钢球在 A 点时的球心 C.钢球在 A 点时的底端 (2)用Ek= 2 1 mv 2 计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图 乙所示,其读数为cm。某次测
10、量中,计时器的示数为 0.010 0 s,则钢球 的速度为 v=m/s。 (3)下表为该同学的实验结果: Ep(10 -2J) 4.8929.78614.6919.5929.38 Ek(10 -2J) 5.0410.115.120.029.8 他发现表中的Ep与Ek之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否 同意他的观点?请说明理由。 (4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。 【解析】(1)将小球视为质点,所以钢球下落高度 h 应测量释放时的钢球球心到 钢球在 A 点时的球心的距离。 (2)从图中读出遮光条宽度为 1.50cm(1.491.51 都算对)。 速度 v= t d =1.5
11、0m/s。 (3)实验中若有空气阻力作用,会造成Ek小于Ep,所以该同学的观点是错误 的。 (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算Ek时,将v折算成钢球的速 度 v= L l v。 答案:(1)B(2)1.50(1.491.51 都算对)1.50(3)不同意,因为空气阻力会 造成Ek小于Ep,但表中的Ek大于Ep。 (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算Ek时,将v折算成钢球的速 度 v= L l v 5.(2016天津高考T9（2）) 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运 动。 (1)实验中,必要的措施是。 A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.
12、小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为 50Hz 的交流电源上,得到一条纸带,打出 的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有 4 个点,图中未画出)。 s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm, s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。则小车的加速度 a=m/s 2 (要求充分利用测量数据),打点计时器在打 B 点时小车的速度 vB=m/s。 (结果均保留两位有效数字) 【解析】(1)选 A、B。实验时,若细线与木板不平行,细线的拉力使小车运动过程 中与木板间的压力改变造成摩擦力变化,产生实验误
13、差,选项 A 正确;实验时要先 接通电源再释放小车,选项 B 正确;此实验是研究小车的匀变速直线运动,不平衡 小车与长木板间的摩擦力和小车的质量不远大于钩码的质量时小车仍做匀变速 直线运动,故选项 C、D 错误。 (2)两点间的时间间隔 T=0.1s;由逐差法可得: 2 22 654321 22 (7.646.785.975.194.41 3.59) 10 m/0.80m/ 99 0.1 ssssss ass T 在匀变速直线运动中,某段时间的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度,故 2 12 (3.594.41) 10 m/s0.40m/s 22 0.1 BAC ss vv T 答案:(1)A、
14、B(2)0.800.40 【误区警示】误选 C、D,原因是受实验验证牛顿第二定律的误导。 6.（2016海南高考T11）某同学利用图甲所示的实验装置探究物块速度随时 间的变化。物块放在桌面上,细绳的一端与物块相连,另一端跨过滑轮挂上钩码。 打点计时器固定在桌面左端,所用交流电源频率为 50Hz。 纸带穿过打点计时器连 接在物块上。启动打点计时器,释放物块,物块在钩码的作用下拖着纸带运动。 打点计时器打出的纸带如图乙所示(图中相邻两点间有 4 个点未画出)。 根据实验数据分析,该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题: (1)在打点计时器打出 B 点时,物块的速度大小为m/s。 在打出 D
15、 点时, 物块的速度大小为m/s。(保留两位有效数字) (2)物块的加速度大小为m/s 2。(保留两位有效数字) 【解析】(1)根据匀变速直线运动的中间时刻速度等于该过程的平均速度,所 以: AC B x0.0461 0.0659 vm/s0.56m/s 2T0.2 , CE D x0.0861 0.1061 vm/s0.96m/s 2T0.2 。 (2)根据题意,该同学认为物块的运动为匀加速运动,则根据速度公式: vD=vB+a2T,代入数据整理可以得到:a=2.0m/s 2。 答案:(1)0.560.96(2)2.0 7.(2016北京高考T21（2）)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”
16、实验。 (1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的。 A.动能变化量与势能变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.速度变化量和高度变化量 (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外, 在下列器材中,还必须使用的两种器材是。 A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码) (3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取 三个连续打出的点 A、B、C,测得它们到起始点 O 的距离分别为 hA、hB、hC。 已知当地重力加速度为 g,打点计时器打点的周期为 T。设重物的质量为 m。从打 O 点到打 B 点的过程中,重物的重力势
17、能变化量Ep=,动能变化量 Ek=。 (4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因 是。 A.利用公式 v=gt 计算重物速度 B.利用公式ghv2计算重物速度 C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量 它们到起始点 O 的距离 h,计算对应计数点的重物速度 v,描绘 v 2-h 图象,并做如 下判断:若图象是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你分析 论证该同学的判断依据是否正确。 【解析】(1)由机械能守恒定律可知,需要比较重物下落过程中任意两点间的动
18、 能变化量与势能变化量大小是否相等,A 正确。 (2)电磁打点计时器使用的是交流电源,选 A。因为在计算重力势能变化量时,需 要测量纸带上两点之间的距离,所以还需要刻度尺,选 B。根据 mgh= 2 1 mv 2-0,可知 不需要使用天平。 (3)重力势能改变量为Ep=-mghB,由于下落过程是匀加速直线运动,所以根据中 间时刻的速度等于这段时间内的平均速度可得 B 点的速度为 vB= T hh AC 2 ,所以动 能变化量 Ek= 2 1 m 2 B v= 2 1 m( T hh AC 2 ) 2。 (4)实验过程中存在空气阻力,纸带运动过程中存在摩擦阻力,C 正确。 (5)该同学的判断依据
19、不正确,在重物下落 h 的过程中,若阻力 f 恒定,根据 mgh-fh= 2 1 mv 2-0v2=2(g- m f )h 可知,v 2-h 图象就是过原点的一条直线。 要想通过 v 2-h 图象的方法验证机械能是否守恒,还必须看图象的斜率是否接近 2g。 答案:(1)A(2)A、 B(3)-mghB 2 1 m( T hh AC 2 ) 2 (4)C(5)该同学的判断依据不 正确,理由见解析 8.(2016四川高考T8I)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置 在水平气垫导轨上,左端固定,右端在 O 点;在 O 点右侧的 B、C 位置各安装一个 光电门,计时器(图中未画出)与两个光电
20、门相连。先用米尺测得 B、C 两点间距 离 s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置 A,静止释放,计时器显示遮光片 从 B 到 C 所用的时间 t,用米尺测量 A、O 之间的距离 x。 (1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是。 (2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量。 A.弹簧原长B.当地重力加速度 C.滑块(含遮光片)的质量 (3)增大 A、O 之间的距离 x,计时器显示时间 t 将。 A.增大B.减小C.不变 【解析】(1)滑块离开弹簧以后做匀速直线运动,故速度 v= t s 。 (2)由能量守恒知弹簧的弹性势能等于滑块的动能,故要求弹簧的弹性势能需要 求滑块的动能,还需要测量的物理
21、量是滑块(含遮光片)的质量。 (3)增大 A、 O 之间的距离 x,则弹簧的弹性势能增大,滑块的动能增大,速度增大, 通过计时器的时间减小,选 B。 答案:(1)v= t s (2)C(3)B 9.(2016浙江高考T21)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中, 测得图中弹簧 OC 的劲度系数为 500N/m。如图甲所示,用弹簧 OC 和弹簧秤 a、b 做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长 1.00cm 不变的条件下, (1)若弹簧秤 a、b 间夹角为 90,弹簧秤 a 的读数是N(图乙中所示), 则弹簧秤 b 的读数可能为N。 (2)若弹簧秤 a、 b 间夹角大于 90,保持弹
22、簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变,减小弹 簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角,则弹簧秤 a 的读数,弹簧秤 b 的读数 (选填“变大” “变小”或“不变”)。 【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析: (1)弹簧秤 a、b 间夹角为 90,已知两个力的大小和方向,运用平行四边形法则 求出 b 的大小。 (2)本题中 O 点的位置不变,OC 的大小和方向不变,Oa 和 OC 的夹角不变,即 Oa 拉 力的方向不变,弹簧秤 a、 b 间夹角大于 90,应用矢量三角形画出动态分析图最 简便。 【解析】 (1)从图可知指针示数为 3.00N,考虑到误差范围,3.003.02 N 均算对。 弹簧 OC 的劲度系数为 500N/m,弹簧伸长 1.00 cm,FOC=kx=5000.01N=5.0 N。 另一分力 Fb=N0 . 4N0 . 30 . 5 22 2 2 a FF。 (2)若弹簧秤 a、 b 间夹角大于 90,弹簧 OC 的力的大小和方向不变,保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变,就是弹簧秤 a 的方向不变,减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹 角时,三个力的关系如图,则可知弹簧秤 a 的读数变大,弹簧秤 b 的读数变大。 答案:(1)3.003.023.94.1(有效数字不作要求) (2)变大变大
