江苏版高考物理二轮复习第一部分专题五物理实验专题跟踪检测二十二力学实验与创新

专题跟踪检测（二十二） 力学实验与创新1(2016·天津高考)某同学利用图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)(多选)实验中，必须的措施是_。A细线必须与长木板平行B先接通电源再释放小车C小车的质量远大于钩码的质量D平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm。则小车的加速度a_m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB_m/s。(结果均保留两位有效数字)解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项A正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，选项B正确；本题中只要保证小车做匀变速运动即可，无需保证小车质量远大于钩码的质量，选项C错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无需平衡摩擦力，选项D错误。故必要的措施是A、B选项。(2)由s4s13aT2、s5s23aT2、s6s33aT2知加速度a0.80 m/s2，打B点时小车的速度vB0.40 m/s。答案：(1)AB(2)0.800.402(2015·山东高考)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。如图甲所示，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：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05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。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。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)利用表中数据在图丙中画出F­l图线，根据图线求得l0_cm。丙(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N。(3)根据给出的标度，在图丁中作出FOA和FOB的合力F的图示。丁(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l010.0 cm。(2)橡皮筋的长度lOAOB13.60 cm，由图甲可得F1.80 N，所以FOAFOBF1.80 N。(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力F，如图乙。(4)FO O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，所以只要比较F和FO O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)FO O3.(2017·宿迁二模)如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从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(Hd)，计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_mm。(2)小球经过光电门B时的速度表达式为v_。(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式_时，可判断小球下落过程中机械能守恒。(4)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep，增加下落高度后，则EpEk将_(选填“增加”、“减小”或“不变”)。解析：(1)由题图乙可知，主尺的刻度为7 mm；游标尺对齐的刻度为5；故读数为：(75×0.05)mm7.25 mm。(2)已知小球经过光电门时的时间和小球的直径，则可以由平均速度表示小球经过光电门时的速度；故v。(3)若小球减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有：mgH0mv2，即：2gH02，解得：2gH0t02d2。(4)由于实验过程中有空气阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，则EpEk将增大。答案：(1)7.25(2)(3)2gH0t02d2(4)增大4“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。(1)比较这两种方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些。(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源后释放连有重物的纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：_；_。(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s。则物体运动的加速度a_；该纸带是采用_(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。解析：(1)机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好，误差小，操作方便。乙方案中小车受斜面的摩擦力影响较大，故甲方案好些。(2)题图丙中打点计时器接直流电源，应接交流电源；重物释放时离打点计时器太远，不利于数据的采集和测量。(3)采用逐差法求解加速度，a4.8 m/s2；因a远小于重力加速度g，故可能为斜面上小车下滑的加速度，所以该纸带是采用乙实验方案得到的。答案：(1)甲(2)打点计时器接直流电源重物释放时离打点计时器太远(3)4.8 m/s2乙5如图所示为探究物体运动加速度与物体质量、物体受力关系的实验装置示意图，砂和砂桶质量用m表示，小车和砝码的总质量用M表示，小车运动加速度用a表示。(1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力，长木板抬起的角度与小车的质量_(填“有关”或“无关”)。(2)在探究加速度与小车受力关系的过程中，甲和乙两小组分别用下列两组数据进行试验操作，其中你认为合理的是_(填“甲”或“乙”)。M甲500 gM乙500 g甲 m/g20222426乙 m/g20304050(3)在探究加速度a与小车质量M关系的过程中，应该保持_不变，通过增减小车中砝码以改变小车的质量M，实验测出几组a、M数据，选项图中图线能直观且正确反映a和M关系的是_。解析：(1)做该实验需要平衡摩擦力，所以要在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，让小车做匀速直线运动，此时满足：Mgsin Mgcos ，由等式可知，长木板抬起的角度与小车的质量无关。(2)在探究加速度与小车受力关系实验的过程中，测量的数据要有明显的变化，才能使实验更有说服力。从表格中的数据来看，甲的实验过程中m的变化即拉力的大小变化很小，则加速度的变化也会很小，这样的实验误差可能会比较大，是不合理的。相比之下，乙的数据更合理。(3)在探究加速度a与小车质量M的关系时，保持砂和砂桶质量m不变，改变小车质量M，在小车质量M远大于砂和砂桶质量m时，即当满足Mm时，可以认为小车受到的拉力(合力)Fmg，此时加速度a与小车质量M成反比，与拉力成正比，以为横轴，a为纵轴，则a图像应是过原点的直线，当小车质量M不远大于砂和砂桶质量m时，小车受到的拉力明显小于砂和砂桶重力，a图像向下弯曲。故C正确。答案：(1)无关(2)乙(3)砂和砂桶质量C6(2017·南通三模)在“探究动能定理”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置，在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N，滑块上固定一遮光条，细线绕过定滑轮将滑块与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码。已知遮光条的宽度为d，滑块与遮光条的总质量为m。(1)接通气源，滑块从A位置由静止释放，读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2，力传感器的示数为F，改变钩码质量，重复上述实验。为探究在M、N间运动过程中，细线拉力对滑块做的功W和滑块动能增量Ek的关系，还需要测量的物理量是_(写出名称及符号)；利用上述实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为_。(2)保持钩码质量不变，改变光电门N的位置，重复实验，根据实验数据作出从M到N过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N时速度二次方v2的关系图像，如图乙所示，则图线的斜率表示_，图线在横轴上的截距表示_。(3)(多选)下列不必要的实验操作和要求有_(请填写选项前对应的字母)。A测量钩码的质量B调节气垫导轨水平C调节滑轮使细线与气垫导轨平行D保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量解析：(1)根据动能定理的表达式：FLmv22mv12，还需要测出光电门M、N间的距离L；v1，v2，利用实验中直接测量的物理量表示需探究的动能定理的表达式为：FLmd2。(2)根据动能定理的表达式：Wmv2mv02m(v2v02)，W与滑块到达N时速度二次方v2的关系图像中，图线的斜率表示，图线在横轴上的截距表示滑块经过光电门M时速度的二次方。(3)因为有力传感器测量滑块受到的拉力，所以不必测量钩码的质量，也不必保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量。A、D不必要。答案：(1)光电门M、N间的距离LFLmd2(2)滑块经过光电门M时速度的二次方(3)AD7如图所示，某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度的关系”设计了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上。弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面。已知弹簧的弹性势能的表达式为Epkx2，式中的k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。(1)为减小实验误差，弹射装置距离轨道端点O应该_(选填“近些”或“远些”)。(2)要探究动能与速度的关系，实验中是否一定要测量轨道面的高度，_(选填“是”或“否”)。(3)在实验过程中改变弹簧的压缩量x，并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s，实验数据如下表所示：次数12345x/cm1.02.03.04.05.0s/m0.320.650.951.081.60在坐标纸中根据表格数据描点并作出合理的图像。(4)根据(