2020高考物理二轮复习 第1部分 专题8 物理实验 第1讲 力学实验限时检测（含解析）

第1讲力学实验 限时45分钟；满分80分1(10分)(2018全国卷)某同学用图8121所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图8122中弹簧秤的示数读出。图8121图8122砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/n2.152.362.55f42.93回答下列问题：(1)f4_n；(2)在图8123的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm图线；图8123(3)f与m、木块质量m、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f_，fm图线(直线)的斜率的表达式为k_；(4)取g9.80 m/s2，由绘出的fm图线求得_。(保留两位有效数字)解析本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的计算及分析图象的能力。(1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 n。(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧。(3)以木块和砝码为研究对象，整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力f(mm)g，整理得fmgmg，故fm图线的斜线kg。(4)由图知k3.9 n/kg，故0.40。答案(1)2.75(2)如图所示(3)(mm)gg(4)0.402(10分)(2017全国卷)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8124甲所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)图8124(1)由图乙可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中a点位置时的速度大小为_ m/s，加速度大小为_ m/s2。(结果均保留两位有效数字)解析(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图乙可知，小车在桌面上是从右向左运动的。(2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为t s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图乙中a点位置时的速度大小为va mm/s0.19。由逐差法得小车运动的加速度为a0.037 m/s2。答案(1)从右向左(2)0.190.0373(10分)(2019江苏卷)某兴趣小组用如图8125所示的装置验证动能定理。图8125(1)有两种工作频率均为50 hz的打点计时器供实验选用：a电磁打点计时器b电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择_(选填“a”或“b”)。(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是_(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图8126所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上a点的速度va_m/s。图8126(4)测出小车的质量为m，再测出纸带上起点到a点的距离为l。小车动能的变化量可用ekmva2算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g。实验中，小车的质量应_(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用wmgl算出。多次测量，若w与ek均基本相等则验证了动能定理。解析(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故选b。(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动，小车从静止开始做加速运动，此时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度；轻推小车，小车做匀速运动，根据平衡条件可知，此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小，消除了摩擦力的影响，看法正确的是同学乙。(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。用刻度尺量出a左侧第一个点与a右侧第一个点之间的距离l1.24 cm，再除以0.02 s20.04 s，可得va0.31 m/s。(4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力。只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力。答案(1)b(2)乙(3)0.31(0.300.33都算对)(4)远大于4(10分)(2019重庆七校高三联考)某实验小组调试如图8127甲所示的装置准备探究加速度与受力的关系。已知小车的质量为m，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 hz。图8127(1)实验步骤如下：按图甲所示，安装好实验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；不挂砝码和砝码盘的情况下，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动，其目的是_；挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤，求得小车在不同合力作用下的加速度；弹簧测力计的读数为f，则小车所受合外力大小为_。(2)实验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量m的关系，下列说法正确的是_。am必须远大于mbm必须远小于mcm可以不用远大于m dm必须等于m(3)实验中打出的一条纸带如图乙所示，则由该纸带可求得小车的加速度为_ m/s2。解析(1)小车可以沿长木板匀速下滑，说明摩擦力与小车重力沿长木板方向的分力已平衡；小车已平衡摩擦力，所受细线拉力即为小车所受合外力，而弹簧测力计直接测量细线拉力，故其读数f等于小车所受合外力。(2)由(1)的分析可知，弹簧测力计的读数即为小车所受合外力，故c正确。(3)根据公式xat2可知，(0.075 10.072 1) m2a(5t)2，解得a0.15 m/s2。答案(1)平衡摩擦力f(2)c(3)0.155(12分)(2019长沙一模)某同学用探究动能定理的装置测滑块的质量m。如图8128甲所示，在水平气垫导轨上靠近定滑轮固定一个光电门。让一带有遮光片的滑块自某一位置由静止释放，计时器可以显示出遮光片通过光电门的时间t(t非常小)，同时用米尺测出释放点到光电门的距离s。图8128(1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度d如图乙所示，则d_mm。(2)实验中多次改变释放点，测出多组数据，描点连线，做出的图象为一条倾斜直线，如图丙所示。图象的纵坐标s表示释放点到光电门的距离，则横坐标表示的是_。at bt2 c. d.(3)已知钩码的质量为m，图丙中图线的斜率为k，重力加速度为g，根据实验测得的数据，写出滑块质量的表达式m_。(用字母表示)解析(1)螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm，根据图读数为37.90.01 mm，则最终读数为1.879 mm。(2)滑块通过光电门的瞬时速度v，根据动能定理得：mgs(mm)v2(mm)，解得：s，因为图线为线性关系图线，可知横坐标表示，故选d。(3)根据s知，图线的斜率为：kd2，解得滑块质量mm。答案(1)1.879(2)d(3)m6(12分)(2019广东二模)某实验小组设计了如图8129甲所示实验装置，探究滑块运动的加速度a和所受拉力f的关系。在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了多组实验，将位移传感器和力传感器得到的多组数据输入计算机进行处理，得到了两条af图线，如图乙所示。图8129(1)实验时，一定要进行的操作是_。a改变托盘中砝码的个数b滑块在轨道水平和倾斜的两种情况下必须在同一位置由静止释放c用天平测出托盘的质量d为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的质量远小于滑块的质量(2)在轨道倾斜的情况下得到的af图线是_(选填“”或“”)。(3)滑块和位移传感器反射部分的总质量m_kg；滑块和轨道间的动摩擦因数_。(重力加速度g取10 m/s2)解析(1)由于探究加速度与合外力的关系，所以应改变物块的合外力，即改变托盘中砝码的个数，故a正确；滑块的释放位置对该实验没有影响，不要求每次在同一位置，故b错误；本题拉力可以由力的传感器测出，不需要用天平测出托盘和砝码的质量，也就不需要使托盘和砝码的质量远小于车的总质量，故c错误，d错误。(2)由图象可知，当f0时，a0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高，所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(3)滑块运动的加速度a和所受拉力f的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数，由图形乙得加速度a和所受拉力f的关系图象斜率k2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m0.5 kg。由图形乙得，在水平轨道上f1 n时，加速度a0，根据牛顿第二定律得fmg0，解得0.2。答案(1)a(2)(3)0.50.27(16分)某同学在研究性学习中用如图8130装置来验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体a、b，物体b上放一金属片c，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体b的正下方，系统静止时，金属片c与圆环间的高度差为h，由静止释放后，系统开始运动，当物体b穿过圆环时，金属片c被搁置在圆环上，两光电门固定在铁架台p1、p2处，通过数字计时器可测出物体b通过p1、p2这段距离的时间。图8130(1)若测得p1、p2之间的距离为d，物体b通过这段距离的时间为t，则物体b刚穿过圆环后的速度v_。(2)若物体a、b的质量均用m表示，金属片c的质量用m表示，该实验中验证下面_(填正确选项的序号)等式成立，即可验证机械能守恒定律。amghmv2 bmghmv2cmgh(2mm)v2 dmgh(mm)v2(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、数字计时器外，还需要_。(4)若mm，改变金属片c的质量m，使物体b由同一高度落下穿过圆环，记录各次的金属片c的质量m，以及物体b通过p1、p2这段距离的时间t，以mg为横轴，以_为纵轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线。解析(1)b通过圆环后将匀速通过光电门，则b刚穿过圆环后的速度为：v。(2)设绳子拉力大小为f，对a由牛顿第二定律得：fmgma，对b与c整体下落h的过程，由牛顿第二定律得：(mm)gf(m