2013届高考物理专题强化测评精练精析6.12力学实验

能力梯级提升·思维高效训练力学实验
1．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选N 点来验证机械
能守恒定律．下面举出一些计算打N 点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T 为打点周期)（ ） A ．N 点是第n 个点，则v N ＝gnT B ．N 点是第n 个点，则v N ＝g(n －1)T
C ．n n 1N x x v 2T （＋）
＋＝
D ．n 1n 1N d d
v 2T
（＋）（－）＋＝
2.（2011·广东高考）如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O 、A 、B 、C 、D 和E 为纸带上六个计数点，加速度大小用a 表示.
（1）OD 间的距离为_____ cm.
（2）如图乙是根据实验数据绘出的s-t 2
图线（s 为各计数点至同一起点的距离），斜率表示______，其大小为_____ m/s 2
（保留三位有效数字）.
3.（2012·南京模拟）利用实验探究“当合外力
大小一定时，物体运动的加速度大小与其质量成 反比”.给定的器材有：倾角可以调节的长斜面
（如图）、小车、计时器、米尺、天平（含砝码）、钩码等.在实验过程中不考虑摩擦，重力加速度为g ，请结合下列实验步骤回答相关问题.
（1）用天平测出小车的质量为m0；
（2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，用计时器记下所用的时间为t0;
（3）用米尺测出A1与A2之间的距离为s；则：小车的加速度大小a=_____.
（4）用米尺测出A1相对于A2的高度为h0；则：小车所受的合外力大小F＝____.
（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时通过改变斜面的倾角来改变固定点A1相对于A2的高度h，测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t；问：质量不相等的前后两次应怎样操作才能使小车所受合外力大小一定？
（6）多次改变小车与钩码的总质量进行实验，测出各次对应的m、h、t的值.
以__________为纵坐标、______为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点.如果这些点在一条过原点的直线上，则可间接说明“当合外力大小一定时，物体运动的加速度大小与其质量成反比”.
4.在科学探究活动中，对实验数据进行分析归纳得出结论是非常重要的环节．为探究物体做直线运动过程中x随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到表中的实验数据.
现根据表格数据，请你在如图所示的坐标系中，
纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关
系图线．
同时请你根据图线，分析得出物体从A→B的过
程中x随t2变化的规律是________．
5.（2012·山东高考）某探究小组设计了“用一把
尺子测定动摩擦因数”的实验方案.如图所示，将一
个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端.开始
时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，
滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击
挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音.用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x .（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
（1）滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为____.
（2）滑块与斜面间的动摩擦因数为_____.
（3）以下能引起实验误差的是______.
a．滑块的质量
b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
6.（2012·江苏高考）为了探究受到空气阻力时，
物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了
“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装
置（如图所示）.实验时，平衡小车与木板之间的
摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力.
（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_____（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点.
（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如表：
请根据实验数据作出小车的v-t图象.
（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由.
7.科技活动小组成员利用暑假进行社会实践活动时，
发现可以利用古代抛石机的模型来验证机械能守恒定律，其原理如图所示.
图中O为转轴，A球固定于杆上且质量为m A,B球放在勺形槽内且质量为m B.
由静止释放轻杆后，可以逆时针转动，轻杆转到竖直位置时，B球被水平抛
出.
（1）要验证机械能守恒定律，首先需要测量m A、m B及两球距O点的距离L A、L B，除此之外还需要测量的物理量有______.
A.A球从释放运动到最低点的时间t
B.O离地面的高度h
C.B球落地点与O的水平距离s
D.释放轻杆时A球的高度h0
（2）下列减小实验误差的措施中，可行的有_____.
A.开始释放时，让轻杆水平
B.支架处地面与B球落地处地面要在同一水平面上
C.杆的硬度尽量高
D.在同一高度多次释放A球的前提下，取B球的平均落点，然后测量s
E.尽量减小转轴O处的摩擦力
F.尽量减小B球的质量
（3）在轻杆从水平状态无初速释放的前提下，结合上述测定的物理量，可求出系统重力势能减小量为______，动能增加量为______,正常情况下会出现前者________(填“大于”或“小
于”）后者.
答案解析
1．【解析】选C.物体下落的实际加速度小于g ，不能采用公式v ＝gt 计算打N 点时纸带下落的速度，N 点的速度为x n 和x （n ＋1）段的平均速度，即n n 1N x x v 2T
（＋）
＋＝；
或者用()()
n 1n 1N d d v 2T
+--=
表示N 点的速度，故只有C 项正确.
2.【解析】由图甲D 点对应的数值可以读出OD 之间的距离为1.20 cm.物体做匀变速直线运动，位移和时间之间的关系为21s at 2
=，可见在s-t 2
图象中的斜率表示加速度的一半，可得加速度为0.933 m/s 2
.
答案：（1）1.20 （2）加速度的一半 0.933
3.【解析】（3）小车沿斜面做初速度为零的匀加速直线运动，则有201s at 2
＝，
故 20
2s a .t =
（4）在实验过程中不考虑摩擦，小车所受的合外力就是小车重力沿斜面向下的分力，设斜面倾角为θ，则0h sin ,s θ=则小车所受的合外力大小000m gh
F m gsin s
θ=＝ (或根据牛顿第二定律得：0020
2m s
F m a t ==
). （5）要使F 大小不变，g 、s 是常数，只需使m 与h 的乘积不变即可（或2s 是常数，只需使m 与t 2
的比值不变即可）.
（6）m 与h 成反比，要得到一条过原点的直线,须以m 为纵坐标，1h
为横坐标（或m 与t 2
成正比，以m 为纵坐标、t 2
为横坐标）. 答案：()
0002200
m gh 2m s
2s 34()t s t （）或 （5）使各次测量m 和h 的乘积（或m 与t 2
的比值）不变
（6）m t
2
(或1m
h
) 4.【解析】建立以x 为纵轴，t 2
为横轴的图象如图所示，图线是一条过原点的直线，所以x 与t 2
成正比．所以x ＝kt 2
，再由图线上的点可求出k ＝0.322.
答案：图见解析 x ＝0.322t 2
5.【解析】（1）由于小球落地和滑块撞击挡板是同时的，可以得出两个物体运动的时间相同.即 滑块：21x at 2=，小球：21
H gt 2
=， 可得出
a x g H
= （2）对滑块受力分析可知
h
mgsin mgcos ma sin cos x θ-μθ=θ=θ=
，，解得2
x h H μ==-（）
（3）由上面的表达式可知所测动摩擦因数与H 、h 、x 有关，故选项为c 、d.
答案：（1）x
H （2）2x h H -（ （3）c 、d 6.【解析】（1）进行本实验时，要求释放小车之前接通打点计时器的电源.
（2）根据所给数据在所给图象中准确描点连线.（3）由图象可知，速度越大时，其图线斜率越来越小，即加速度越来越小，可知小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大. 答案：（1）之前 （2）作出的v-t 图象如图所示
（3）同意 在v-t 图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大
7.【解析】（1）验证实验中A 、B 两球系统的机械能守恒，应先找出A 、B 两球初、末状态对应的机械能，与轻杆转动时间无关，所以B 、C 、D 三项正确.
（2）A 项满足h 0=h ，便于计算两球初、末状态对应的机械能；B 项可以保证测量操作容易控制，且便于计算重力势能的变化量；C 项避免弹性势能的参与；D 项是多次测量求平均值；E 项减小摩擦力能减少机械能向内能的转化；F 项中B 球应当尽量选用密度大的，以减小空气阻力，而与质量无关，所以A 、B 、C 、D 、E 项均正确.
（3）轻杆从水平状态无初速释放，转到竖直位置过程中，A 球重力做正功，B 球重力做负功，且B 球脱离勺形槽后做平抛运动，所以系统势能的减少量为（m A L A -m B L B )g ，动能的增加量为
22
B
A A
B B B A A B
v 11m v m v ,v v L ,22
L +==
联立解得动能的增加量为()22A A B 2B B
m L s g
(m 4h L L ++），
因为有阻力，所以势能减小量一般大于动能增加量. 答案：（1）B 、C 、D （2）A 、B 、C 、D 、E
（3）（m A L A -m B L B )g ()22A A B 2B B
m L s g (m 4h L L ++）
大于。