高考物理二轮专题限时集训13力学实验

专题限时集训(十三)力学实验(对应学生用书第141页)(限时：40分钟)1．(8分)(2017·成都市石室中学二诊)图13­17甲中游标卡尺的读数是________cm，图乙中螺旋测微器的读数是________mm.图13­17【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为：2.9cm，游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为9×0.1mm＝0.9mm＝0.09cm，所以最终读数为：2.9cm＋0.09cm＝2.99cm.(2)螺旋测微器的固定刻度为5.5mm，可动刻度为18.1×0.01mm＝0.181mm，所以最终读数为5.5mm＋0.181mm＝5.681mm.【答案】2.995.6812．(8分)(2017·天津高考)如图13­18所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．图13­18①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________．A．重物选用质量和密度较大的金属锤B．两限位孔在同一竖直面内上下对正C．精确测量出重物的质量D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图13­19所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．图13­19A．OA、AD和EG的长度B．OC、BC和CD的长度C．BD、CF和EG的长度D．AC、BD和EG的长度【解析】①A对：验证机械能守恒定律时，为降低空气阻力的影响，重物的质量和密度要大．B对：为减小纸带与打点计时器间的摩擦，两限位孔要在同一竖直平面内上下对正．C错：验证机械能守恒定律的表达式为mgh＝eq\f(1,2)mv2，重物的质量没必要测量．D错：此做法对减小实验误差无影响．②利用纸带数据，根据mgh＝eq\f(1,2)mv2即可验证机械能守恒定律．要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项B的条件符合要求，可以取重物下落OC时处理；选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝mgΔh验证机械能守恒定律．【答案】①AB②BC3．(8分)[2017·高三第一次全国大联考(新课标卷Ⅲ)]一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：图13­20(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图13­20甲所示的F­x图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度．请通过图甲分析并计算，该弹簧的原长x0＝________cm，弹簧的弹性系数k＝________N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝________cm.(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是________．A．a的原长比b的长B．a的劲度系数比b的大C．a的劲度系数比b的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比【解析】(1)x0为甲图中F＝0时的x值，即x0cm.kcm.＝eq\f(ΔF,Δx)＝25N/m.测力计示数F＝3.0N，由甲图知弹簧长度x＝20cm.(2)在图象中横截距表示弹簧的原长，故b的原长比a的长，故A错误；在图象中斜率表示弹簧的劲度系数k，故a的劲度系数比b的大，故B正确，C错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误．【答案】(1)82520(2)B4．(8分)某同学用如图13­21所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数．图中长木板固定在水平桌面上，光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在O点相切，一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置，圆弧曲面与标尺竖直面相切．(1)在A点由静止释放物块，物块经圆弧轨道滑上长木板，最后停在a点，改变滑块释放的位置于B点，物块最后停在长木板上的b点，量出A、B间的高度h，a、b间的距离L，重力加速度为g，则物块与长木板间的动摩擦因数为μ＝________.图13­21(2)为了减小实验误差，多次改变物块释放的位置，测出每次物块释放的位置离A点的高度h，最后停在长木板上的位置离O点的距离x，作出x­h图象，则作出的图象应该是________(填“过原点”或“不过原点”)的一条倾斜的直线，求出图象的斜率为k，则物块与斜面间的动摩擦因数为μ＝________.【导学号：】【解析】(1)由能量守恒可知，mgh＝μmgL，得μ＝eq\f(h,L)(2)设OA间的高度为H，则mg(h＋H)＝μmgx，得x＝eq\f(1,μ)h＋eq\f(1,μ)H，因此图线是一条不过原点的倾斜直线，图线的斜率k＝eq\f(1,μ)，得μ＝eq\f(1,k).【答案】(1)eq\f(h,L)(2)不过原点eq\f(1,k)5．(8分)(2017·皖南八校联考)为了“测量当地重力加速度g的值和木块与木块间的动摩擦因数μ”，某同学设计了如下实验方案：第一步：他把带有定滑轮的木板的有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤后连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板做匀速运动，如13­22图甲所示．图13­22第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，如图乙所示．然后接通电源释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出纸带．打出的纸带如图丙所示．试回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数的时间间隔为T，OA、AB、DE、EF间距分别为x1、x2、x3、x4，根据纸带求木块下滑的加速度a＝________.(2)已知质量m、M和加速度a，则当地的重力加速度g＝________.(3)已知质量m、M和长木板的倾角θ，则木块与木板间的动摩擦因数μ＝________.【导学号：】【解析】(1)根据Δx＝aT2可知：x3－x1＝4a1T2；x4－x2＝4a2T2，则a＝eq\f(1,2)(a1＋a2)＝eq\f(x3＋x4－x1＋x2,8T2)；(2)(3)由题意Mgsinθ－μMgcosθ＝mg，Mgsinθ－μMgcosθ＝Ma，解得g＝eq\f(Ma,m)，μ＝tanθ－eq\f(m,Mcosθ).【答案】(1)eq\f(x3＋x4－x1＋x2,8T2)(2)eq\f(Ma,m)(3)tanθ－eq\f(m,Mcosθ)6．(9分)(2017·揭阳市揭东一中检测)某同学用图13­23甲所示的实验装置探究加速度与力的关系．他在气垫导轨旁安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可直接测出绳中拉力大小，传感器下方悬挂钩码．改变钩码数量，每次都从A处由静止释放滑块．已知滑块(含遮光条)总质量为M，导轨上遮光条位置到光电门位置的距离为L.请回答下面相关问题．图13­23(1)如图乙，实验时用游标卡尺测得遮光条的宽度为d＝________cm.某次实验中，由数字毫秒计记录遮光条通过光电门的时间为t，由力传感器记录对应的细线拉力大小为F，则滑块运动的加速度大小a应表示为________(用题干已知物理量和测得物理量字母表示)．(2)下列实验要求中不必要的是________．A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使遮光条位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调节至水平D．应使细线与气垫导轨平行【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为9mm，游标尺上第12个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为12×0.05mm＝0.60mm，所以最终读数为：9mm＋0.60mm＝9.60mm＝0.960cm；已知初速度为零，位移为L，要计算加速度，需要知道末速度，故需要由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，末速度v＝eq\f(d,t)，由v2＝2aL，得a＝eq\f(v2,2L)＝eq\f(d2,2Lt2)；(2)拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A错误．应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确．应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故C正确．要保持拉线方向与气垫导轨平行，拉力才等于合力，故D正确．本题选择不必要的，故选：A.【答案】(1)0.960eq\f(d2,2Lt2)(2)A7．(11分)(2017·江苏高考)利用如图13­24所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M＝200.0g，钩码的质量为m＝10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．图13­24(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________．(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图13­25所示，选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1＝________m/s.图13­25(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk.计算结果见下表.W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在图13­26中作出ΔEk­W图象．图13­26(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝______N.【导学号：】【解析】(1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动．(2)两计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.1sv1＝eq\f(x02,2T)＝eq\f(2.06＋2.50×0.01,2×0.1)m/s＝