【物理】2019届一轮复习人教版 力学实验 学案 14页

‎ 力学实验 ‎【母题来源一】 2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）‎ ‎【母题原题】某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g．细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤．实验操作如下：‎ ‎①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；‎ ‎②在重锤1上加上质量为m的小钩码；‎ ‎③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；‎ ‎④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t．‎ 请回答下列问题 ‎（1）步骤④可以减小对下落时间t测量的______（选填“偶然”或“系统”）误差．‎ ‎（2）实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了______．‎ A、使H测得更准确 B、使重锤1下落的时间长一些 C、使系统的总质量近似等于2M D、使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 ‎（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差．现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做_________________?‎ ‎（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0．用实验中的测量量和已知量表示g，得g=______．‎ ‎【答案】 （1）偶然 （2）B （3）在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落 （4）‎ ‎【母题来源二】 2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）‎ ‎【母题原题】用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。‎ 主要实验步骤如下：‎ a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。‎ b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。学/科--网 c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……‎ d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。‎ 结合上述实验步骤，请你完成下列任务：‎ ‎（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)。‎ A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝码)‎ ‎（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像_____________。‎ ‎（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v-t图像斜率的物理意义是______________________。‎ ‎（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。‎ ‎（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_____________________。‎ ‎【答案】 A C 如图所示：‎ 小车的速度随时间均匀变化 加速度 越小越好 有关 如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ ‎【解析】（1）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选AC ‎（2）利用所给点迹描点连线，得图像 所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。（要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证。）‎ 点睛：本题考查了速度与与时间得关系，速度没有办法直接测量，所以要利用物理关系转化，转换成我们能够测量的量，然后在来验证速度与时间得关系。‎ ‎【命题意图】考查本题主要是纸带问题，逐差法求加速度；一段平均速度等于中点的瞬时速度是经常考的，必须掌握的；验证力的平行四边形法则，涉及弹簧的劲度系数和弹力的计算，意在考查考生的实验能力。解答此题关键是知道等效法的实验原理，联系胡克定律进行解答.‎ ‎【考试方向】 1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析 ‎2、力学中有多个实验都要用到打点计时器,能否正确使用打点计时器,并根据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。‎ ‎3、图象法是一种重要的实验数据处理方法．图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点．当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。‎ ‎【得分要点】‎ ‎1、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 ‎(1)10分度的游标卡尺,以mm为单位,小数点后只有1位,20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位,小数点后有2位,且对齐格数不估读。‎ ‎(2)螺旋测微器以mm为单位,小数点后必须有3位,对齐格数要估读,同时还要注意半毫米刻度线是否露出。‎ ‎2、打点计时器及纸带问题的处理方法 ‎（1）打点计时器的认识和正确使用:电磁打点计时器工作电压为低压交流4～6 V;电火花计时器工作电压为交流220V；工作时应先接通电源,后释放纸带。‎ ‎（2）纸带的应用:‎ 判断物体运动性质。若Δx=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动；若Δx不为零且为定值,则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。‎ ‎（3）求解瞬时速度。‎ 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,求打某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1,则打n点时的速度 ‎（4）用“逐差法”求加速度:‎ ‎3、图象法处理数据的常用方法和技巧。‎ 图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。‎ 图象法处理数据的常用方法和技巧。‎ ‎（1）合理选取坐标轴 合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。‎ ‎（2）抓住“斜率”做文章 考查了学生运用图象处理实验数据的本领,考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。‎ ‎（3）在“截距”上求变化 学//科/网 作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。‎ ‎【母题1】小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时，利用牛顿第二定律测量聂海胜的质量后深受启发，在学校实验室里设计了如图甲所示的实验装置，测量手机电池的质量，为使滑块平稳运动，小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧．接通气源，当空气从导轨两侧稳定喷出时，发现滑块与气垫导轨没有直接接触，装置能正常使用．调节导轨水平，把细线的一端固定在滑块上，另一端固定在钩码上．‎ ‎(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L＝________mm.‎ ‎(2)将附带手机电池的滑块由图甲所示位置从静止释放，在钩码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝7.2×10－3s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝2.3×10－3 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt＝0.592 s，则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1＝________m/s(保留2位有效数字)，经过光电门2时的瞬时速度v2＝________m/s(保留3位有效数字)，重力加速度g＝10 m/s2，手机电池的加速度a＝________m/s2(保留2位有效数字)．‎ ‎(3)已知钩码的质量为m1＝200 g，滑块与遮光条的总质量为m2＝510 g，则一块手机电池的质量为m＝________g(保留2位有效数字)．‎ ‎【答案】 (1)5.000或5.001或4.999 (2)0.69； 2.17； 2.5； (3)45；‎ ‎【母题2】某研究性学习小组用如图所示装置来测定当地重力加速度，主要操作步骤如下：‎ ‎①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；‎ ‎②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；‎ ‎③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作，测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度；‎ ‎④画出v－t图象．‎ 请根据实验，回答如下问题：‎ ‎(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g.则小铁球通过两光电门间的平均速度v的表达式为________．(用v0、g和t表示)‎ ‎(2)实验测得的数据如下表：请在图中画出v－t图象．‎ ‎(3)根据v－t图象，可以求得当地重力加速度g＝__________ m/s2，小球通过光电门1时的速度为__________ m/s.(以上结果均保留两位有效数字)‎ ‎【答案】 9.7，1.10‎ ‎（3）小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为：，所以v-t图象的斜率表示，所以当地重力加速度g=2k=9.7m/s2，根据v-t图象得出v0=1.10m/s，即小球通过光电门1时的速度为1.10m/s。‎ ‎【母题3】物体从高处下落时，会受到空气的阻力，对于不同的物体，所受的阻力大小也不同。空气阻力与物体的速度、迎风面的大小及形状等因素有关。某实验小组设计了如图所示的用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。直径为d、质量为m的小钢球从某高度下落的过程中先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，测出两光电门间的距离为H，当地的重力加速度为g。‎ ‎(1)用游标卡尺测量钢球直径如图所示，读数为__________ mm；‎ ‎(2)钢球下落过程中受到空气的平均阻力Ff=_______用题中所给物理量符号来表示)；‎ ‎(3)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度_______(选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。‎ ‎【答案】 10.50 <‎ ‎【母题4】如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速率-时间（）图象。整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为。‎ ‎（1）现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其图线如图乙所示。从图线可得滑块A上滑时的加速度大小_________（结果保留一位有效数字）。‎ ‎（2）若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变_______，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变_________，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系（重力加速度g的值不变）。‎ ‎【答案】 调节滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变 高度h[来源:学+科+网Z+X+X+K]‎ ‎【母题5】为测量木块与木板间的动摩擦因数，将木板倾斜，木块以不同的初速度沿木板向上滑到最高点后再返回，用光电门测量木块来回的速度，用刻度尺测量物块经过光电门后向上运动的最大距离，为确定木块向上运动的最大高度，让木块推动轻质卡到最高点，记录这个位置，实验装置如图甲所示。‎ ‎(1)本实验中，下列操作合理的是________。‎ A．实验前将轻质卡置于光电门附近 学%科网 B．为了实验成功，木板的倾角必须大于某一值 C．遮光条的宽度应适当小些 ‎(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示读数为________mm。‎ ‎(3)改变木块的初速度，测量出它向上运动的最大距离x与木块来回经过光电门时速度的平方差，在坐标纸上以纵坐标为，横坐标为x作出图象，已知图线的斜率为k,木板倾角的余弦值为cosθ，重力加速度为g，则木块与木板间的动摩擦因数为________。‎ ‎(4)由于轻质卡的影响，使得测量的结果________(选填“偏大”或“偏小”)。‎ ‎【答案】 BC 29.8 偏大 ‎【解析】（1）实验时轻质卡应与木块一起向上运动，实验前将轻质卡与木块靠在一起，故A错误；当木板倾角大于某一值时，木块重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，木块到达最高点后可以反向下滑，否则木块到达最高点后将静止，实验不能成功，为了实验成功，木块的倾角必须大于某一值，故B正确；遮光条宽度与时间的比值是木块的平均速度，可以认为是木块通过光电门时的瞬时速度，遮光条宽度越小，平均速度越接近瞬时速度，实验误差越小，因此遮光条的宽度应尽量小些，故C正确，故选BC.（2）主尺读数为，游标尺读数为，故测量结果为： ．（3）由牛顿第二定律得：木块上滑时有，解得，根据速度位移公式有： ；木块下滑时： ，解得，根据速度位移公式有： ，故，即图象的斜率为k，故，解得： ；（4）由于轻质卡与木板间存在摩擦力，所测摩擦力实际是木块与轻质卡受到的摩擦力的合力，由于轻质卡所受摩擦力影响，所测动摩擦因数偏大．‎ ‎【母题6】某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，先用功率恒定的电动马达牵引着小车由静止开始加速一段时间。再关闭马达，让小车在桌面上自由运动至静止。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每内共滴下46个小水滴，且开始计时时滴下的小水滴计为第1滴。）‎ ‎（1）根据图（b）的数据可判断出此过程中滴下的水滴是小车在_________________时留下的（填“马达牵引着加速”或“关闭马达后在桌面上减速”）。还由图（b）可知，小车在桌面上是___________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。‎ ‎（2）小车运动到图（b）中A点时的速度大小约为__________。（结果均保留2位有效数字）‎ ‎【答案】 关闭马达后在桌面上减速； 从右向左； 0.24‎ 在图（b）中从右向左依次定义三个水滴A、B和C，则可求出滴C水滴时小车的速度 从A点运动到C点的过程中，‎ ‎，解得。‎ 点晴：注意相邻水滴的时间间隔的计算，46滴水有45个间隔，速度和加速度的计算，注意单位、有效数字的要求。‎ ‎【母题7】某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度。实验器材有：电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板，小车、纸带、细线、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片等。‎ ‎(1)该同学在实验桌上安装好所需的器材后(如图所示)准备进行实验，下面操作必须要的是___________‎ A.把附有滑轮的长木板的一端适当垫高，以平衡小车运动过程中所受的摩擦力 B.调节拉小车的细线使细线与长木板板面平行 C.拉小车运动的钩码的质量远小于小车的质量 D.实验时，先释放小车，再接通电源 ‎(2)该同学在得到的纸带上选取七个计数点(相邻两个计数点之间还有四个点未画出)，如图所示，图中s1=4.81cm，s2=5.29cm，s3=5.76cm，s4=6.25cm，s5=6.71cm，s6=7.21cm。已知电源频率为50Hz，则加速度的大小为___________m/s2（结果保留两位有效数字）。‎ ‎【答案】 B 0.48‎ ‎【母题8】物理小组在一次探究活动中，测量滑块做匀加速直线运动的加速度和某时刻的瞬时速度，实验装置如图1，一木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与穿过电火花打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做加速运动，在纸带上打出一系列小点．‎ ‎（1）结合本次实验，下列说法正确的是：__‎ A．电火花打点计时器使用220V交流电源 B．电火花打点计时器每隔0.02s打一个点 C．实验中应先释放滑块再打点 D．滑块应靠近打点计时器开始释放 E．纸带放在墨粉盘的上面 ‎（2）图2给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示．根据图中数据确定滑块加速度a=__m/s2，纸带上“4”点的瞬时速度v4=__m/s（结果小数点后保留两位）．‎ ‎【答案】 ABD 0.49 0.31‎ ‎【母题9】（）图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下（轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________．（填选项代号）‎ A．加一磁场，磁场方向沿轴负方向 B．加一磁场，磁场方向沿轴正方向 C．加一电场，电场方向沿轴负方向 D．加一电场，电场方向沿轴正方向 ‎（）某同学用图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动．实验步骤如下：‎ a．安装好实验器材．‎ b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次．选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图中、、、…点所示．‎ ‎[来源:学_科_网]‎ c．测量、、、…计数点到计数点的距离，分别记做：、、…．‎ d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动．[来源:学#科#网Z#X#X#K]‎ e．分别计算出、、…与对应时间的比值、、…．‎ f．以为纵坐标、为横坐标，标出与对应时间的坐标点，画出图线．‎ 结合上述实验步骤，请你完成下列任务：‎ ‎①实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有__________和__________．（填选项代号）‎ A．电压合适的交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平 F．重锤 ‎②将最小刻度为的刻度尺的刻线与计数点对齐，、、、计数点所在的位置如图所示，则__________，__________．‎ ‎③该同学在图中已标出、、、计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与、两个计数点对应的坐标点，并画出图线________________________．‎ ‎④根据图线判断，在打计数点时，小车的速度__________；它在斜面上运动的加速度__________．‎ ‎【答案】 B A C 2.98 13.20 0.2 4‎ ‎【母题10】某探究小组利用如图（甲）所示的气垫导轨和光电门计时器等装置验证“加速度与合外力的正比关系”。他们通过改变滑轮下端的钩码质量来改变滑块所受的外力；实验中，钩码的质量为m，滑块（带遮光条）的质量为M，滑块上装有宽为d的遮光条。计时器显示遮光条经过光电门1和2的时间分别为∆t1、∆t2，测出光电门1和光电门2的距离为L，重力加速度为g。‎ ‎（1）当满足条件_________时，可以认为滑块所受合外力等于mg。‎ ‎（2）本实验需用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图（乙）所示，d =______mm。‎ ‎（3）在满足（1）中条件的情况下，本实验要验证的表达式是__________________。（用题目中提供的物理量符号表示）‎ ‎【答案】 m«M 2.50 ‎