1、 专题专题 8 8 力学实验力学实验 1 （2013 高考浙江理综第 21 题）如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上； 装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上.一同学用装置甲和乙分别进行实验， 经正确操作获得两条纸带和，纸带上的a、b、c均为打点计时器打出的点. (1)任选一条纸带读出b、c两点间的距离为 ； (2)任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为 ， 纸带和上c、e两点间的平均速度v v(填“大于”“等于”或“小于”)； （3）图中 （填选项） A两条纸带均为用装置甲实验所得 B两条纸带均为用装置乙实验所得 C纸带 1 为用装置甲实验所得纸带为
2、用装置乙实验所得 D纸带 1 为用装置乙实验所得纸带为用装置甲实验所得 答案：(1) 1 2.10cm，或 2.40cm. （2）1.13m/s，1.25m/s. 小于 （3）C 解析： (1)选择纸带 1 读出b、c两点间的距离为 2.10cm， 选择纸带读出b、c两点间的距离为 2.40cm. (2)选择纸带 1 读出c、e两点间的距离为 4.52cm，求出c、e两点间的平均速度大小为v= 4.52 2 0.02 10 -2m/s=1.13m/s. 选择纸带读出c、e两点间的距离为 5.00cm.求出c、e两点间的平均速度大小为v= 5.00 2 0.02 10 -2m/s=1.25m/s
3、. （3）分析纸带上的点距离可以看出，纸带 1 做匀加速运动，纸带做加速度逐渐减小的加速运动最 后做匀速运动，所以带 1 为用装置甲实验所得纸带为用装置乙实验所得，选项 C 正确. 2.（18 分） （1） （2013 高考福建理综第 19（1）题） （6 分）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图 甲） ： 下列说法哪一项是正确的 .（填选项前字母） A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O、A、B、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频
4、 率为 50 Hz则打 B 点时小车的瞬时速度大小为_m/s（保留三位有效数字）. 答案：C0.653 解析：在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中,，平衡摩擦力时要去掉细线另一端的钩码.为减小 系统误差，应使钩码质量远小于小车质量，选项 AB 错误.实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放， 选项 C 正确. 打 B 点时小车的瞬时速度大小为 v=18.59-5.53 2 0.10 10 -2m/s=0.653m/s. 3.（13 分） （1） （2013 高考山东理综第 21（1）题）图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应 该用游标卡尺的_(填“A”“B”或“C”)进行
5、测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为 _mm. 答案：A 11.30 解析：测量内径应该用游标卡尺的 A，测量外径应该用游标卡尺的 B，测量深度应该用游标卡尺的 C.该钢 笔帽的内径为 11mm+0.56mm=11.30mm. 3.（2013 高考四川理综第 8 题） （2） （11 分） 如图 1 所示，某组同学借用“探究 a 与 F、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“探 究合外力做功和动能变化的关系”的实验： 为达到平衡阻力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出 的纸带判断小车是否做_运动. 连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图
6、2 所示的纸带.纸带上 O 为小车运动起始时刻所打的点， 选取时间间隔为 0.1s 的相邻计数点 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G.实验时小车所受拉力为 0.2N， 小车的质量为 0.2kg. 请计算小车所受合外力做的功 W 和小车动能的变化Ek， 补填表中空格 （结果保留至少小数点后第四位） . 0B OC OD OE OF W/J 0.0432 0.0572 0.0734 0.0915 k E/J 0.0430 0.0570 0.0734 0.0907 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内 W=Ek，与理论推导结果一致. 实验前已测得托盘的质量 7.710 -3kg,实验时该组同
7、学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g 取 9.8m/s 2,结果保留至小数点后第三位) 答案： ( (2)匀速直线 0.1115 0.1105 0.015 解析：在 OF 过程中，小车所受合外力做的功 W=FOF=0.20.5575J=0.1115J.打 F 点时速度 v= 66.77-45.75 2 0.1 10 -2m/s，小车动能的变化E k= 1 2 mv 2=1 2 0.2（ 66.77-45.75 2 0.1 10 -2）2J= 0.1105J. 根据实验时小车所受拉力为 0.2N，小车的质量为 0.2kg 可知，小车质量不是远大于托盘和砝码质量之和. 由 mg-F=ma，F=Ma
8、 可得 m= MF MgF =0.02273kg，即托盘和砝码质量之和为 0.02222kg，该组同学放入托盘 中的砝码质量应为m=0.02273kg-7.710 -3kg=0.015kg. 4.(8 分) （2013 高考上海物理第 28 题）如图，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光 电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移.保持水 平槽口距底板高度h0.420m 不变.改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速 度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中. (1) 由表中数据可知， 在h一定时， 小球水平位移d与
9、其初速度v0成关系， 与无关. v0(m/s) 0.741 1.034 1.318 1.584 t(ms) 292.7 293.0 292.8 292.9 d(cm) 21.7 30.3 38.6 46.4 (2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值 22 0.420 =289.8ms 10 h t g 理 ，发现理论值与测量值之 差约为 3ms.经检查，实验及测量无误，其原因是. (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竞发现测量值t依然大于自己得到的理论 值 t 理，但二者之差在 37ms 之间，且初速度越大差值越小.对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口 与底座均水平，则导
10、致偏差的原因是. 答案：（1）正比 h （2）g 取值 10m/s 2偏大 （3）水平槽口距底板高度h较大，小球飞行时受到空气阻力作用 解析：（1）由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成正比关系，与 h 无关 （2）计算小球飞行时间的理论值 22 0.420 =289.8ms 10 h t g 理 中，g 不能取值 10m/s 2，应该取值 g=9.8m/s，这样计算出的 t=292.8ms. （3）导致偏差的原因是：水平槽口距底板高度h较大，小球飞行时受到空气阻力作用 5.(2013 高考江苏物理第 11 题)（10 分）某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置
11、如图所 示. 倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关 K，电磁铁吸住第 1 个小球. 手动敲击弹性金属片 M，M 与 触头瞬间分开，第 1 个小球开始下落，M 迅速恢复，电磁铁又吸住第 2 个小球. 当第 1 个小球撞击 M 时，M 与触头分开，第 2 个小球开始下落. 这样，就可测出多个小球下落的总时间. （1）在实验中，下列做法正确的有_. （A）电路中的电源只能选用交流电源 （B）实验前应将 M 调整到电磁铁的正下方 （C）用直尺测量电磁铁下端到 M 的竖直距离作为小球下落的高度 （D）手动敲击 M 的同时按下秒表开始计时 （2）实验测得小球下落的高度 H=1.980m，10 个小球下落
12、的总时间 T=6.5s. 可求出重力加速度 g=_m/s 2. （结果保留两位有效数 字） （3）在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法. （4）某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间t磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的 测量时间相差t， 这导致实验误差. 为此， 他分别取高度 1 H 和 2 H， 测量 n 个小球下落的总时间 1 T和 2 T. 他是否可以利用这两组数据消除t对实验结果的影响？ 请推导说明. 答案： (1)BD (2)9. 4 (3)增加小球下落的高度;多次重复实验,结果取平均值.(其他答案只要合理也可) (4)由 2 1 1 1 () 2 T
13、Hgt n 和 2 2 2 1 () 2 T Hgt n 可得 22 12 2 12 2() () nHH g TT ,因此可以消去t的影响. 解析：电路中的电源可以选用直流电源，选项 A 错误.实验前应将 M 调整到电磁铁的正下方，选项 B 正确. 用直尺测量电磁铁下端到 M 的竖直距离减去小球直径作为小球下落的高度，选项 C 错误.手动敲击 M 的同 时，电磁铁断电，小球开始自由落体运动，按下秒表开始计时，选项 D 正确. 实验测得小球下落的高度 H=1.980m，10 个小球下落的总时间 T=6.5s，单个小球自由落体运动的时间为 0.65s.由 H= 1 2 gt 2 可求出重力加速度
14、 g= 2 2H t =9.4m/s 2. 6.（2013 高考天津理综物理第 9 题）(2）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系 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 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 木块和木块上硅码的总质量（填远大于，远小于，或近似于） 甲、乙两同学在同
15、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、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 甲，乙，由图可知，m甲 m乙 甲 乙（填“大于”、“小于”或“等于”) 答案：AD 远小于 小于 大于 解析：在利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系实验中，调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与 长木板保持平行，选项 A 正确.木块下滑是受到重力、支持力、细线拉力和摩擦力，要使细线拉力等于木 块的合力，需要使木板倾斜，木块重力沿斜面方向的分力等于摩擦力.在调节木板
16、倾斜度平衡木块受到的 滑动摩擦力时，应该去掉装有砝码的砝码桶，选项 B 错误.实验时，先接通打点计时器的电源再放开木块， 选项 C 错误.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，选项 D 正确. 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 内砝码的总质量远小于木块和木块上硅码的总质量. 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， 由牛顿第二定律， F-mg=ma， 得到a=F/m-g. 对比图象，可得 m甲小于 m乙 甲大于 乙. 7 （18 分） （2013 高考广东理综第 34 题） （1）研究小车匀变速直线运
17、动的实验装置如图 16（a）所示，其 中斜面倾角可调.打点计时器的工作频率为 50Hz.纸带上计数点的间距如图 16（b）所示，其中每相邻两点 之间还有 4 个记录点未画出. 部分实验步骤如下： A. 测量完毕，关闭电源，取出纸带. B. 接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车. C. 将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连. D. 把打点计时器固定在夹板上，让纸带穿过限位孔. 上述实验步骤的正确顺序是：_（用字母填写）. 图 16（b）中标出的相邻两计数点的时间间隔T=_s. 计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为v5=_. 为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应
18、为 a=_. 答案：CDBA0.1s T ss 2 54 2 321654 9 )()( T ssssss 解析：上述实验步骤的正确顺序是：将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连.把打点计时 器固定在夹板上， 让纸带穿过限位孔.接通电源， 待打点计时器工作稳定后放开小车.测量完毕， 关闭电源， 取出纸带. 时间 T=5T0=50.02s=0.1s. 运用在匀变速直线运动中，中间时刻速度的等于这段时间内的平均速度计算计数点 5 对应的瞬时速度大 小计算式为v5= T ss 2 54 . 卓越教育李咏华作图 小车 打点计的器 纸带 图 16（a） 图 16（b） 1234567 1 S 2
19、 S 3 S 4 S 5 S 6 S 取 3211 ssss 6542 ssss 则：T=3T.则有s=aT 2，解得 a= 2 321654 9 )()( T ssssss . 8.（2013 全国新课标理综 1 第 22 题） 图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图.实验步骤如下: 用天平测量物块和遮光片的总质量 M.重物的质量 m；用游标卡尺测量遮光片的宽度 d;用米尺测最两光 电门之间的距离 s； 调整轻滑轮，使细线水平； 让物块从光电门 A 的左侧由静止释放， 用数字 毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B 所用的时间tA和tB,求出加速度 a； 多次重复步骤
20、，求 a 的平均值a； 根据上述实验数据求出动擦因数. 回答下列为题： (1) 测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1mm)的示如图（b）所示.其读数为 cm （2）物块的加速度 a 可用 d、s、tA,和tB,表示为 a= (3) 动摩擦因数可用 M、m、a和重力加速度 g 表示为= （4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ） 答案：(1)0.960(2) s2 1 ( B t d ) 2-( A t d ) 2 (3) Mg amMmg (4) 系统误差 解析：遮光片经过光电门 A 和光电门 B 的速度分别为：vA= A t d ，vB=
21、 B t d .由vB 2- v A 2=2as，可得 a= s2 1 ( B t d ) 2-( A t d ) 2.由牛顿第二定律，mg-Mg=(M+m) a ，解得= Mg amMmg . 9.（12 分） （2013 全国高考大纲版理综第 23 题）测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如 图所示.AB是半径足够大的、 光滑的四分之一圆弧轨道， 与水平固定放置 的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C.重力 加速度为g.实验步骤如下： 用天平称出物块Q的质量m； 测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC /的高度 h； 将物块Q在A点由静止释放，在物块Q落地
22、处标记其落地点D； 重复步骤，共做 10 次； 将 10 个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C的距离s. （1）用实验中的测量量表示： （）物块Q到达B点时的动能EkB_； （）物块Q到达C点时的动能EkC_； （）在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf_； （）物块Q与平板P之间的动摩擦因数_. （2）回答下列问题： （）实验步骤的目的是 . （ii）已知实验测得的值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 （写出一个可能的原因即可） 答案： （1） （）mgR （） 2 4 mgs h （）mgR - 2 4 mgs h （） 2 4 Rs
23、 LhL （2）减小实验结果的误差 圆弧轨道存在摩擦（或接缝B处不平滑等） 解析： （1）由机械能守恒定律，物块Q到达B点时的动能EkBmgR；由平抛运动规律，可得 s=vt，h= 1 2 gt 2， 解得物块从 C 点抛出时的速度 v=s 2 g h .物块Q到达C点时的动能EkC 1 2 mv 2= 2 4 mgs h .由动能定理， 在物块 A Q B P C C D R L Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功WfmgR - 2 4 mgs h ；由WfmgL解得物块Q与平板P 之间的动摩擦因数 2 4 Rs LhL （2）实验步骤的目的是通过多次实验减小实验结果的误差.实验
24、测得的值比实际值偏大，其原因 除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是圆弧轨道存在摩擦、接缝B处不平滑等. 10.（2013 全国新课标理综 II 第 22 题） （8 分）某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一 轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰 好桌面边缘，如图（a）所示.向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平 地面.通过测量和计算.可求得弹簧被压缩后的弹性势能. 回答下列问题： （1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能 Ep 与小球抛出 时的动能Ek相等.已知重力加速度大小为 g.为求得
25、 Ek，至少需要 测量下列物理量中的 （填正确答案标号）. A小球的质量 B小球抛出点到落地点的水平距离 s C桌面到地面的高度 h D弹簧的压缩量x E弹簧原长l0 （2）用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek= . （3）图（b）中的直线是实验测量得到的 s-x 图线.从理论上可 推出，如果 h 不变，m 增加，s-x 图线的斜率会 （填“增 大” 、 “减小”或“不变” ）.如果 m 不变，h 增加，s-x 图线的斜 率会 （填“增大” 、 “减小”或“不变” ）.由图（b）中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep 与x 的 次方成正比. 答案： （1）ABC （2） 2 4 mgs
26、h （3）减小 增大 2 解析:（1）利用平抛运动规律，测量出平抛运动的初速度 v.由 s=vt，h= 1 2 gt 2，联立解得 v=s 2 g h .要测 量小球速度， 需要测量小球抛出点到落地点的水平距离 s， 桌面到地面的高度 h.根据动能公式， 为求得 Ek， 还需要测量小球的质量 m，所以正确选项是 ABC.（2）小球抛出时的动能 Ek= 1 2 mv 2= 2 4 mgs h .（3）弹簧的压 缩量x 越大，弹性势能越大，小球抛出时的动能越大，所以 s 与x 成正比.如果 h 不变，m 增加，s-x 图象斜率会减小.如果 m 不变，h 增加，s-x 图象斜率会增大.由实验绘出的图象可知，s 与x 成正比， 而 Ek= 1 2 mv 2= 2 4 mgs h ，所以弹簧被压缩后的弹性势能 Ep 与x 的二次方成正比.
