2016年高考物理母题题源系列专题17力学实验含解析

1专题17力学实验【母题来源一】2016年浙江卷【母题原题】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1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100CM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2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（填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）30030230941（有效数不作要求）（2）变大变大【考点定位】探究求合力的方法【名师点睛】此题考查力的平行四边形法则问题。解题的关键是弄清实验的原理，熟练掌握力的平行四边形定则；第二问是力的动态分析，要会用“图解法”画图分析解答试题。【母题来源二】2016年全国新课标卷【母题原题】某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（A）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2器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物快，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。（1）试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（B）中M和L纸带是分别把弹簧压缩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试验中物块脱离弹簧时的速度为_M/S。比较两纸带可知，_（填“M”或“L”）纸带对应的试验中弹簧被压缩后的弹性势能大。【答案】（1）（2）129M【考点定位】探究弹簧的弹性势能【名师点睛】此题是创新实验，考查探究弹簧的弹性势能实验；关键是弄懂装置的原理，并能正确地处理实验数据；题目比较简单，考查考生处理基本实验的能力。【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3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110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46V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X0,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X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XN1,则打N点时的速度TXVNN21（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。4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】如图是某小组验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处。测得滑块（含遮光条和拉力传感器）质量为M、钩码的总质量为M、遮光条的宽度为D，当地的重力加速度为G。当气垫导轨充气后，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为T。（1）实验中是否要求钩码总质量M远小于滑块质量M（填“是”或“否”）；（2）测得AB之间的距离为L，则对滑块验证动能定理的表达式为（用以上对于物理量的符号表示）；（3）为减少实验误差，可采取的方法是（）A、增大AB之间的距离B、减少钩码的总质量C、增大滑块的质量D、减少遮光条的宽度【答案】（1）否；（2）21FLMDT（）；（3）AD5拉力做功为WFL，动能的增加量为21KEMDT（）。故本实验中探究动能定理的表达式为为2FLT（）。（3）由公式可知，实验误差来自由长度的测量和速度的测量，故可以让AB之间的距离L增大或减小遮光片的长度，故AD正确考点探究功与速度变化的关系【母题2】科学探究活动通常包括以下环节提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与运动速度关系”的探究过程如下A有同学认为运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关B他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。C在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入表中。然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度时间图线，如图线所示（1、2、3、4、5分别为纸杯个数）。D同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。回答下列提问（1）与上述过程中C步骤相应的科学探究环节是_；（2）结合表格与图线，表中X处的值应为_；（3）根据图线的特点，可知“小纸杯”在达到平衡状态之前做_运动，空气阻力F与最终运动速度V的大致关系为6【答案】（1）搜集证据（2）1937（3）加速度逐渐减小的加速FV2【解析】（1）步骤C是按照一定的原理测量出需要的数据，以便对假设进行验证，是搜集证据；（2）单个纸杯08S后做匀速直线运动，根据匀速直线运动的规律得出相等的时间内通过的位移相同，所以MX9371；（3）速度时间图象上某点的切线的斜率表示该点对应时刻物体的加速度，图中五条曲线都逐渐变平，故都表示加速度逐渐减小，最后做匀速运动；当纸杯匀速下落时，空气阻力与纸杯重力平衡，由速度的数值和纸杯个数的关系可得出2VF。考点牛顿第二定律、TV图象。【名师点睛】1在科学探究过程中，常见的就是作出假设，搜集证据2从题图VT图像中可知，最开始都是直线，说明为匀加速度，但整体的趋势是倾斜程度越来越小，所以加速度越来越小，到最后趋于直线，所以最后阶段为匀速直线运动。【母题3】某实验小组用如图甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功。实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动。图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50HZ。1可以判断纸带的_填“左端”或“右端”与木块连接。根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度VA、VB，其中VA_M/S。结果保留两位有效数字2要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还应测量的物理量是_。填入物理量前的字母A木板的长度LB木块的质量M1C木板的质量M2D重物的质量M37E木块运动的时间TFAB段的距离XAB3在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的表达式WAB_。（用VA、VB和第2问中测得的物理量的符号表示）【答案】1右端0722B21ABMV考点测量木板对木块的摩擦力所做的功。【名师点睛】通过匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度计算物块过A点的速度；再利用动能定理，对物块在减速过程列出动能的变化和合外力做功的关系式。【母题4】“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图A所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F，通过增加钩码的数量，多册测量，可得小车运动的加速度A和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条AF图线，如图B所示（1）图线_（填“”或者“”）是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。（2）在轨道水平时，小车运动的阻力1F_N（3）图B中，拉力F较大时，AF图线明显弯曲，产生误差，为避免此误差可采取的措施是_（填选项字母）A、调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动B、在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量C、将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的8重力D、更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验【答案】（1）；（2）05N；（3）C；【解析】（1）当滑块在水平轨道上运动时，由于受到摩擦力作用，故当F达到一定条件时，滑块才具有加速度，所以是在轨道右侧抬高情况下得到的图像（2）图线是在轨道水平时做的实验，由图象可知当拉力等于05N时，加速度恰好为零，即刚好拉动小车，此时05FFN（3）随着钩码的数量增大到一定程度时图（B）的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，而我们把用钩码所受重力作为小车所受的拉力，所以消除此误差可采取的简便且有效的措施应该测量出小车所受的拉力，即在钩码与细绳之间放置一力传感器，得到力F的数值，在作出小车运动的加速度A和力传感器读数F的关系图象，C正确考点用DIS研究加速度与力的关系”的实验【母题5】某实验小组准备做探究“合力做功与物体速度变化关系”的实验。（1）实验准备过程中，在上图的一些实验器材中要选用到的有（填字母序号）。（2）组装好实验器材后，某同学开始做实验，小车在橡皮筋作用下沿木板滑行，用1条橡皮筋对小车做的功记为W，当用2条、3条实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，打出一系列纸带，并对打出的纸带进行测量和计算，得到了橡皮筋做功W和小车的最大速度值VM，记录在表格中，他还计算出了VM2填在表中。其中用3根橡皮条时打出的纸带如下图，请根据纸带上的数据计算出VMM/S；9（3）用作图法处理数据时，为了使图像能直观反映实验结论，若把橡皮筋做功W作为纵坐标，应把作为横坐标，并根据表格中的数据在坐标纸上作图。（4）根据图像你得出的结论是。【答案】（1）BCDEG（2）155（3）V，如图所示（4）合力做功与物体速度二次方成正比10（2）当小车做匀速直线运动时，速度最大，根据纸带知，最大速度【名师点睛】要掌握实验器材、实验注意事项、掌握实验数据的处理方法本题特别要清楚小车的运动情况，先加速，再匀速，最后减速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动。【母题6】某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系。利用力传感器测量细线上的拉力。按照如下步骤操作安装好打点计时器和纸带，调整导轨的倾斜程度，平衡小车摩擦力；细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；打开力传感器并接通打点计时器的电源（频率为50HZ的交流电源）；释放小车，使小车在轨道上做匀加速直线运动；关闭传感器，记录下力传感器的示数F；通过分析纸带得到小车加速度A；改变钩码的质量，重复步骤；作出AF图象，得到实验结论。11（1）某学校使用的是电磁式打点计时器，在释放小车前，老师拍下了几个同学实验装置的部分细节图，下列图中操作不正确的是。（2）本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量（填写“需要”或“不需要”）；某次释放小车后，力传感器示数为F，通过天平测得小车的质量为M，动滑轮和钩码的总质量为M，不计滑轮的摩擦，则小车的加速度理论上应等于。AMFA2BACMA2MGDFA2（3）下图是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的填“左”或“右”端与小车连接，在打点计时器打下计数点6时，钩码的瞬时速度大小为M/S保留两位有效数字。12【答案】（1）ABC（2）不需要B（3）左073075不需要用钩码的重力代替，所以不需要满足钩码的质量远远小于小车的质量，根据牛顿第二定律得AFM，故B正确。（3）纸带右侧两点间的距离越来越大，故左端与小车相连，瞬时速度为5到7的平均速度故0/75/4VS。考点探究加速度与物体质量、物体受力的关系【名师点睛】这个是课本参考实验的改进版，用这种方法可以准确得到小车受到的合外力，而不需要用重物的重力来近似代替，是一个比课本参考方案更好的办法，题目价值很高。【母题7】为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图的装置外，还备有下列器材打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙。他们称量滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为M，当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小桶时，滑块处于静止状态，要完成该实验，则（1）还缺少的一个实验器材是。（2）实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先做做的步骤是；实验时为保证细线的拉力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是。（3）在（2）问的基础上，让小桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出该两点的间距为L、打下该两点时滑块的速度大小13为1V、2（12V），已知当地的重力加速度为G，写出实验要验证的动能定理表达式（用题中所给的字母表示）。【答案】（1）刻度尺；（2）平衡摩擦力，MM；（3）2211GLVM根据动能定理实验要验证的表达式为为KWE，即2211MGLMV。考点探究功与速度变化的关系【名师点睛】明确实验原理是解决实验问题的关键，本实验的关键是两个问题，一个是怎样才能使滑块受到的合力是绳子的拉力，再一个是怎样才能使绳子拉力近似等于小桶的重力。【母题8】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳套，如图甲所示，实验中先用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，把橡皮条的一端拉到O点，用铅笔描下O点位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，然后只用一个弹簧测力计；通过细绳套再次把橡皮条的一端拉到O点，记下弹簧测力计的读数F和细绳的方向，作出三个力的图示，如图乙所示。（1）下列说法正确的是A、实验中两个细绳套应适当长一些，可以减小实验误差B、在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向C、在作力12F、的图示时，必须选取同样的标度，而作F的图示时，可以选取不同的标14度D、最后，连接12F、和三个力的末端，验证所得图形是不是平行四边形（2）甲同学在做这个实验的时候，两个弹簧测力计的量程都是10N，他把弹簧测力计校准零点之后，先测量一个质量为1KG的物体的重力，发现弹簧测力计的示数为82N，换用另外一个弹簧测力计测量这个物体的重力，发现示数还是82N，测量重力的操作都是正确的是，如果用这两个弹簧测力计进行实验，对实验结果又影响么_（“有”或者“没有”）乙同学实验后才发现忘记对这两个弹簧测力计校准零点，他把两个弹簧测力计平放在实验台上，发现两个弹簧测力计的示数都是03N，乙同学的弹簧测力计对实验结果有影响么【答案】（1）AB（2）没有有考点“验证力的平行四边形定则”实验【名师点睛】在无法测量力的具体大小的情况下，可以采用比例法作图，运用胡克定律，需要测量橡皮筋的伸长量掌握实验原理，从多个角度来理解和分析实验，提高分析解决问题的能力是一道考查基本实验操作的好题【母题9】在暗室中用如图甲所示的装置做“测