2015届高考物理(广东专用)二轮复习总结活页规范精练-1-7-13-专题七-物理实验

专题七 物理实验

第13讲 力学实验

1.请将下列实验步骤或结果补充完整：在“研究弹簧形变与外力关系的实验”中，取一待测弹簧，将弹簧自由悬挂测出其长度，在其下端竖直悬挂钩码，稳定后测出弹簧的长度，并记录________．改变钩码个数，重复上述步骤． 某同学在如图7－13－18所示的坐标系中，根据外力F与弹簧形变x的数据标出了五个点．请你在图7－13－18中描绘出相应的F－x图象，根据图象求出弹簧的劲度系数为________N/m.(保留两位有效数字)

图7－13－18

解析 由物体的平衡条件可知：钩码的重力大小等于弹簧的拉力；根据图象中点迹连线，由胡克定律可知：图线的斜率大小等于该弹簧的劲度系数，则k＝19 N/m.

答案 钩码个数(或钩码总质量、钩码总重量) F－x图线如图 19

2．（2014宜昌调考）我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣．他们找来了木板、钢球、

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铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图7－13－19所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的________和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是________．忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据________定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率．

图7－13－19

解析 根据实验目的，要定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系，就需要知道这两个量的值．用刻度尺可测量钢球在橡皮条阻12

拦下前进的距离，根据动能定理或机械能守恒定律：mgh＝2mv，测出h，就可求出钢球被阻拦前的速率v.

答案 (1)高度(距水平木板的高度) 刻度尺 机械能守恒(动能)

3．(1)图7－13－20甲中游标卡尺的读数是________ cm，图乙中螺旋测微器的读数是______ mm.

甲

乙

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图7－13－20

(2)某同学用落体法做“验证机械能守恒定律”实验时，得到如图的纸带，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，所用交流电的频率为50 Hz，O到A、B、C各点的距离如图7－13－21中所示(单位：cm)，若该同学所用重锤的质量为1 kg，并利用重锤在OB段所显示的运动来验证机械能守恒，他用AC段的平均速度表示B点对应的瞬时速度，则该过程中重锤重力势能的减少量为________ J，动能的增加量为________ J(均保留三位有效数字)．实验结果发现重力势能的减少量________(填“大于”、“小于”或“等于”)动能的增加量，原因可能是________．(已知当地重力加速度g＝9.80 m/s2)

图7－13－21

解析 (2)重力势能的减少量ΔEp＝mgh＝1×9.80×0.121 8 J＝1.19 J，动能的0.155 0－0.093 12121

J＝1.20 J. 增加量ΔEk＝2mvB＝2×1×

2×0.02答案 (1)2.98 5.680(5.679～5.681均对)

(2)1.19 1.20 小于 先释放纸带后接通打点计时器的电源 4．某同学用如图7－13－22甲所示的实验装置研究匀变速直线运动．

图7－13－22

实验步骤如下：

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A．安装好实验器材；

B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次．选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点； C．测出s1、s2、s3、….

结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务：

(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)，小车，一端附有滑轮的长木板，细绳，钩码，导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)

A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．秒表 D．刻度尺 E．天平 F．重锤 G．弹簧秤 H．滑动变阻器

(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图7－13－22乙所示，则s1、s2、s3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度是________．

解析 c点是bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度． 答案 (1)AD (2)s3－s2＝s2－s1

s2＋s3

10t

5．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7－13－23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________．

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图7－13－23

2s

解析 (1)人停止蹬车后做匀减速运动，初速度v＝2v＝，则还需要测量自

t行车滑行的时间t.

1

(2)由动能定理得，W＝2mv2，则W－v图象为抛物线，即图C. 答案 (1)人停止蹬车后自行车滑行的时间t (2)C

6. (2014·兰州高三质检)如图7－13－24甲所示，利用打点计时器测量小车沿斜面下滑时所受阻力的示意图，小车在斜面上下滑时打出的一段纸带如图7－13－24乙所示，其中O为小车开始运动时打出的点．设在斜面上运动时所受阻力恒定．

图7－13－24甲

图7－13－24乙

(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，由纸带数据分析可知小车下滑的加速度a＝________ m/s2，打E点时小车速度vE＝________ m/s(均取2位有效数字)．

(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，可运用牛顿运动定律或动能定理

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求解，在这两种方案中除知道小车下滑的加速度a、打E点时速度vE、小车质量m、重力加速度g外，利用米尺、三角板还需要测量哪些物理量，列出阻力的表达式．

方案一：需要测量的物理量_____________________，

阻力的表达式(用字母表示)_______________________________ _； 方案二：需要测量的物理量___________________________， 阻力的表达式(用字母表示)____________________________．

解析 (1)由交流电频率为50 Hz，可知打点计时器打出相邻点的时间间隔为0.02 s，而计数点的周期为T＝0.04 s，因小车所受阻力恒定，所以小车所受合外力恒定，加速度恒定，根据相邻时间间隔的位移之差为一恒量，即x2－x1x2－x10.102 6－0.096 122

＝aT，所以a＝T2＝ m/s＝4.1 m/s；因匀变速直线运动20.04

2

x2＋x1

中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vE＝2T＝0.102 6＋0.096 1

m/s＝2.5 m/s；

2×0.04

(2)方案一：运用牛顿运动定律求解时，根据F合等于重力沿斜面的分力与阻力的合力，即F合＝mgsin θ－f＝ma，所以要求出重力沿斜面的分力，就需要知道斜面倾角的正弦值，所以测量出斜面的长度L和高度H就可以求出斜面HH

倾角的正弦值，即mgL－f＝ma，所以f＝mgL－ma；

方案二：运用动能定理求解时，需要测出小车沿斜面下滑的距离OE的长度s，还要求出下滑OE时小车下降的高度，即求出重力所做的功，所以还要测出斜面长度L和高度H，得到斜面的倾斜角的正弦值，求出下滑OE时小车下sH12mgHmv2E降的高度，即mgL－fs＝2mvE，所以f＝L－2s. 答案 (1)4.1 2.5

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H

(2)方案一：斜面的长度L和高度H f＝mgL－ma

mgHmv2E

方案二：斜面的长度L、高度H和纸带上OE距离s f＝L－2s 7．(2014·海南洋浦中学测试)某实验小组利用如图7－13－25所示的装置探究加速度与力、质量的关系．

图7－13－25

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，分别得到图7－13－26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”)

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图7－13－26

解析 ①在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A、D均正确，B、C均错误． ②选木块(M)、砝码桶及桶内的砝码(m)为研究对象，则mg＝(M＋m)a① 选砝码桶及桶内的砝码为研究对象 则mg－FT＝ma② 联立①②得：FT＝mg－

m2g

M＋mm2g

要使FT＝mg 需要

―→0即M≫m M＋m

③对木块由牛顿第二定律得： F－μmg＝ma 1

即a＝mF－μg. 上式与图象结合可知：

＞，μ甲g＞μ乙g. m甲m乙1

1

即：m甲＜m乙，μ甲＞μ乙．

答案 ①AD ②远小于 ③小于 大于

8．如图7－13－27所示为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置．

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图7－13－27

(1)下列说法中不符合本实验要求的是( )．

A．入射球比靶球质量大或者小均可，但二者的直径必须相同

B．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放 C．安装轨道时末端必须水平 D．需要的测量仪器有天平和刻度尺

(2)实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点，经多次释放入射球，在记录纸上找到了两球的平均落点位置M、P、N，并测得它们到O点的距离分别为OM、OP和ON.已知入射球的质量为m1，靶球的质量为m2，如果测得m1·OM＋m2·ON近似等于________，则可认为成功验证了碰撞中的动量守恒．

解析 本题考查碰撞过程中动量守恒定律．(1)本实验要求入射球比靶球质量大，故A选项不合要求；每次入射球必须从同一高度由静止释放，才能保证每次入射的初动量相同，故B选项正确；本实验利用平抛运动求速度，把求速度转为求水平方向位移，从而使该实验得到简化，要保证小球每次都做平抛运动，所以轨道末端必须水平，故C选项正确；根据需要验证表达式可知D选项正确．(2)根据动量守恒分析可得． 答案 (1)A (2)m1·OP

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