2019年高考物理常考知识点预测专项训练和增分策略：验证性实验.docx

第二部分力学实验题四年高考分析及专练13年卷卷题号、分值22(7分)22(8分)考查角度利用光电门测速度并求出加速度，利用牛顿第二定律求动摩擦因数根据平抛运动、能量的转化与守恒探究弹簧的弹性势能情景图14年卷卷题号、分值22(6分)23(9分)考查角度利用小车的运动探究加速度与质量和作用力的关系考查了胡克定律的应用情景图15年卷卷题号、分值22(6分)22(6分)考查角度利用托盘秤分析玩具车过凹形桥最低点的速度.考查了牛顿第二定律在竖直平面内的圆周运动的应用利用打点计时器分析纸带，考查了速度、加速度的求解方法及牛顿第二定律的应用情景图16年甲卷乙卷丙卷题号、分值22(6分)22(5分)23(10分)考查角度探究轻弹簧的弹性势能验证机械能守恒定律，推算交流电的频率探究物体加速度与其所受合外力之间的关系情景图命题特点以教材6个力学实验为题意情景，侧重考查实验原理、实验器材、实验步骤、读取数据、表格图象、实验结论、误差分析，也可能在原型实验的基础上通过器材或原理的改进、创新形成新的力学实验.力学实验每年必考，一般难度不大，实验原理是解决力学创新实验问题的关键.1.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则.实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.如图1所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l).每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：图1F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FO O.图2在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图2所示.用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图3坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm.图3(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N.(3)根据给出的标度，在图4中作出FOA和FOB的合力F的图示.图4(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论.答案(1)见解析图甲10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)见解析图乙(4)FOO解析(1)作出Fl图象，如图甲所示，求得直线的横截距即为l0，可得l010.0 cm(2)可计算橡皮筋的劲度系数k N/m50 N/m若OA6.00 cm，OB7.60 cm，则橡皮筋的弹力为F1kx150(6.007.6010.00)102 N1.80 N则此时FOAF11.80 N(3)FOBFOA1.80 N，两力的合力F如图乙所示.(4)FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F是FOA、FOB两个力的合力，所以通过比较F和FOO的大小和方向，可得出实验结论.2.为验证“动能定理”，某同学设计实验装置如图5a所示，木板倾斜构成固定斜面，斜面B处装有图b所示的光电门.图5(1)如图c所示，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d_ cm；(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为_(用字母d、t表示)；(3)测得A、B两处的高度差为H、水平距离L.已知物块与斜面间的动摩擦因数为，当地的重力加速度为g，为了完成实验，需要验证的表达式为_.(用题中所给物理量符号表示)答案(1)0.52(2)(3)gHgL3.某同学利用如图6所示的装置验证动能定理.将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸.将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：图6高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h竖直位移y/cm30.015.010.07.56.04.33.83.3(1)表格中空缺的数据应为_.(2)已知木板与斜槽末端的水平距离为x，小球在离开斜槽后的竖直位移为y，不计小球与槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立，则应满足的关系式是_.(3)若仅仅换一形状完全相同，但摩擦不能忽略的斜槽(其余装置、位置均不变)，表格中竖直位移y的数值与上表相比会_(填“变大”“变小”或“不变”).答案(1)5.0(2)H(3)变大解析(1)根据表格中的数据规律可以发现，Hy30h，是个定值，则当H6h时，y5.0 cm.(2)设小球离开斜槽时的速度为v，根据平抛运动的规律得：xvt，ygt2联立得：vx小球在斜槽上滑下过程中，不计小球与槽之间的摩擦，只有重力做功，则有：mgHmv2，解得：H(3)若摩擦不能忽略，则有：WmgHmgcos mgH(1)若动能定理成立，则有：mgH(1)mv2，解得：H由于11，H、x均不变，所以表格中竖直位移y的数值与上表相比会变大.4.某兴趣小组利用如图7所示弹射装置将小球竖直向上抛出来验证机械能守恒定律.一部分同学用游标卡尺测量出小球的直径为d，并在A点以速度vA竖直向上抛出；另一部分同学团结协作，精确记录了小球通过光电门B时的时间为t，用刻度尺测出光电门A、B间的距离为h.已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g，完成下列问题：图7(1)小球在B点时的速度大小为_；(2)小球从A点到B点的过程中，动能减少量为_；(3)在误差允许范围内，若等式_成立，就可以验证机械能守恒(用题目中给出的物理量符号表示).答案(1)(2)mvm(3)ghv解析(1)小球在B点的瞬时速度大小vB.(2)小球从A点到B点，动能的减小量Ekmvmvmvm.(3)重力势能的增加量为mgh，若mghmvm.即ghv，机械能守恒.5.为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用DIS设计了一个实验，装置如图8甲所示，图中A为电磁铁，B为光电门，有一直径为d、质量为m的金属小球通过电磁铁从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，单位是毫秒.当地的重力加速度为g取9.8 m/s2，且小球直径d远小于A、B间的距离H.图8(1)用螺旋测微器测得小球的直径如图乙所示，则d_ m.(2)多次改变高度H，重复上述实验，作出H的变化图象如图丙所示，该图线斜率的理论值k_ (ms)2m1.(保留2位有效数字)(3)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep，可能的原因是_(任意答出一条原因即可).答案(1)4.700103(2)0.89(3)受到空气阻力或者H测量值偏大(任意答出一条原因即可)6.某同学利用图9所示装置，验证以下两个规律：图9两物块通过不可伸长的细绳相连接，沿绳分速度相等；系统机械能守恒.P、Q、R是三个完全相同的物块，P、Q用细绳连接，放在水平气垫桌上.物块R与轻质滑轮连接，放在正中间，a、b、c是三个光电门，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光，整个装置无初速度释放.(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还必需测量的物理量有_；A.P、Q、R的质量MB.两个定滑轮的距离dC.R的遮光片到c的距离HD.遮光片的宽度x(2)根据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，验证表达式为_；(3)若要验证物块R与物块P的沿绳分速度相等，则验证表达式为_；(4)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为_.答案(1)BCD(2)t1t2(3)(4)gH解析(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还必需测量的物理量有：两个定滑轮的距离d；R的遮光片到c的距离H；遮光片的宽度x；故选B、C、D.(2)根据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，根据v可知，验证表达式为t1t2.(3)P经过遮光片时的速度vP；R经过遮光片时的速度vR，若要验证物块R与物块P的沿绳分速度相等，则需验证vRcos vRvP，整理可得.(4)验证系统机械能守恒的表达式为mgHmvmvmv，其中vP，vQ，vR，联立解得gH.7.在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图10甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，进行多次重复实验.此方案验证机械能守恒定律方便快捷.图10(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d_mm；(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象_；A.ht图象 B.h图象C.ht2图象 D.h图象(3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量mv2总是稍小于重力势能减少量mgh，你认为增加释放高度h后，两者的差值会_(填“增大”“缩小”或“不变”).答案(1)17.806(17.80417.808均可)(2)D(3)增大解析(1)螺旋测微器的读数为d17.5 mm30.60.01 mm17.806 mm(2)减小的重力势能若全部转化为动能，则有mghmv2，小球通过计时器时的平均速度可近似看做瞬时速度，故v，联立可得h()2，故作h图象，D正确.(3)由于实验中存在空气阻力，所以发现小球动能增加量mv2总是稍小于重力势能减少量mgh，若增加释放高度h，则阻力做功增大，系统损失的机械能增加，所以两者的差值会增大.8.在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，小明选择一条较为满意的纸带，如图11甲所示.他舍弃前面密集的点，以O为起点，从A点开始选取纸带上连续点A、B、C，测出O到A、B、C的距离分别为h1、h2、h3.电源的频率为f.图11(1)为减少阻力对实验的影响，下列操作可行的是_.A.选用铁质重锤B.安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直D.重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直(2)打B点时，重锤的速度vB为_.(3)小明用实验测得数据画出的v2h图象如图乙所示.图线不过坐标原点的原因是_.(4)另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2h图线，并与其比较，其中正确的是_.答案(1)ABC(2)(3)打下O点时重锤速度不为零(4)B解析(1)为了减小阻力的影响，实验时重锤选择质量大一些的，体积小一些的，故A正确；安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上，从而减小阻力的影响，故B正确；释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可以减小阻力，故C正确；重锤下落过程中，手不能拉着纸带，故D错误.(2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，B点的瞬时速度vB.(3)图线不过原点，h0时，速度不为零，可知打下O点时重锤速度不为零.(4)不论有无阻力，释放点的位置相同，即初速度为零时，两图线交于同一点，故B正确，A、C、D错误.9.用如图12甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，打点计时器频率为50 Hz，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点.每相邻两计数点之间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示.已知m150 mg，m2150 mg.(结果均保留两位有效数字)图12(1)在纸带上打下计数点5时的速度v_ m/s.(2)在打下第0个点到第5点的过程中系统动能的增量Ek_ J，系统势能减少Ep_ J(当地重力加速度g约为9.8 m/s2)(3)若某同学作出v2h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g_ m/s2.答案(1)2.4(2)0.580.59(3)9.7解析(1)由于每相邻两个计数点间还