高考物理二轮复习训练力学实验b含解析

1.小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时，利用牛顿第二定律测量指令长聂海胜的质量后深受启发，在学校实验室里设计了如图甲所示的实验装置，测量手机电池的质量，为使滑块平稳运动，小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧。

接通气源，当空气从导轨两侧稳定喷出时，发现滑块与气垫导轨没有直接接触，装置能正常使用。

调节导轨水平，把细线的一端固定在滑块上，另一端固定在钩码上。

(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L＝
________mm。

(2)将附带手机电池的滑块从图甲所示位置由静止释放，在钩码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝7.2×10－3 s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝2.3×10－3 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt＝0.592 s，则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1＝________m/s(保留两位有效数字)，经过光电门2时的瞬时速度v2＝________m/s(保留3位有效数字)，重力加速度g＝10 m/s2，手机电池的加速度a＝________m/s2(保留两位有效数字)。

(3)已知钩码的质量为m1＝200 g，滑块与遮光条的总质量为m2＝510 g，则一块手机电池的质量为m＝________ g(保留3位有效数字)。

答案(1)5.996～5.999(2)0.83 2.61 3.0
(3)79
解析 (1)固定尺上读出5.5 mm ，螺旋套筒上读出49.7×0.01＝0.497 mm ，所以遮光条的宽度L ＝5.997 (5.996～5.999) mm 。

(2)v 1＝L Δt 1＝0.83 m/s ，v 2＝L Δt 2
＝2.61 m/s ， a ＝v 2－v 1Δt
＝3.0 m/s 2。

(3)由牛顿第二定律可知
m 1g ＝(m 2＋2m )a
代入数据解得m ＝79 g 。

2．[2015·湖北联考]某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了如图所示甲、乙两套装置，图中A 为小车，B 为打点计时器，C 为弹簧测力计，P 为小桶(内有沙子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置。

(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦，小组成员认为：①甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小；②乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小。

请判断两种分析是否正确，若不正确，请指明并简要说出不正确的原因。

_____________________________________________________________________________________________________________________。

(2)选择了上述一种合理的方法后，要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还必需的两个实验仪器是__________________、________________。

(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大，在长木
板保持水平的情况下，请你利用该装置测出小车受到的阻力，其方法是
_________________________________________________________。

(4)在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，某同学打出的一段纸带如下图所示，O 、A 、B …F 为打点计时器连续打出的计时点，根据图中数据求出小车运动时与纸带上E 点相对应的瞬时速度v E ＝________m/s 。

(结果保留3位有效数字)
答案 (1)①的说法是正确的 ②的说法不正确，因为当小车加速运动时，要考虑滑轮的质量，小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍 (2)刻度尺 天平
(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小 (4)1.39
解析 (1)在题图甲中，小车的拉力等于弹簧秤的拉力，在题图乙中，考虑到动滑轮的质量m ，设弹簧秤的拉力为F ，小车对滑轮的拉力为F T ，则2F －F T ＝ma ，知小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍。

(2)该实验要计算出小车的动能，要测量小车的质量，所以需要天平；要测量纸带计时点之间的长度，还需要刻度尺。

(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小。

(4)E 点的速度等于DF 段的平均速度
v E ＝x DF 2T ＝(11.96－6.40)×10－20.04
m/s ＝1.39 m/s 。

3．[2015·黄冈测试]甲、乙两个物理实验小组分别探究“弹力和弹簧伸长的关系”。

(1)甲组同学利用图(a)所示的装置，将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值，然后在弹簧下端钩上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值，所读数据列表如下：(弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g取9.8 m/s2)
填入记录表中。

②该小组根据所测数据，在图(b)中的坐标纸建立x-m坐标系，并描出5组测量数据，请你将第2组数据描在坐标纸上，并画出x-m 的关系图线。

③作出的图线与坐标轴纵轴有一截距，其表示的物理意义是
________；该弹簧的劲度系数k＝________N/m(结果保留3位有效数字)。

(2)乙组同学利用图(c)所示的装置，用与甲组同样规格的弹簧做实验，他们将弹簧左端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧
右端指针所指刻度尺的刻度值，然后通过定滑轮在弹簧右端的细绳上钩上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值。

之后他们经历了与甲组同样的实验步骤，最后甲、乙两组将测出的劲度系数进行比对，发现乙组的测量结果总比甲组的测量结果稍大一些，其原因是____________________，这种误差叫________(填“系统误差”或“偶然误差”)。

答案(1)①7.15②如图所示③弹簧的原长25.4
(2)滑轮与轴及滑轮与细绳之间有摩擦系统误差
解析(1)①刻度尺上准确读出7.1 cm，估读0.05 cm，所以应为
7.15 cm；
②在图(b)上画出(注意原图中没有“⊕”点，在答案上画出)；
③还没有挂重物时，弹簧的长度也就是弹簧的原长。

由胡克定律
可知mg ＝k (x －x 0)，变形得x ＝g k m ＋x 0。

所以g k ＝K (其中K 为图(b)中
的斜率)。

代入数据后得k ＝25.4 N/m 。

(2)弹簧与桌面、滑轮与轴及滑轮与细绳间有摩擦等产生了误差，这种误差叫系统误差。

4．[2015·漳州质检]某学习小组可用如图甲所示的实验装置来做系列实验。

设钩码的质量为m ，小车和车内砝码的总质量为M
(1)下列说法正确的是________。

A ．用该装置可以测定当地的重力加速度
B ．用该装置可以探究牛顿第二定律，以小车为研究对象时，要保证拉力近似等于钩码的重力，因此必须满足m ≪M
C ．可以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足m ≪M
D ．可以用该装置探究动能定理，以钩码和小车整体为研究对象，但不必满足m ≪M
(2)某同学在用该装置探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”时，由于改变小车和砝码的总质量M 时，小车所受的阻力也会变化，本实验改变M 时是否要重新平衡小车所受的阻力？________(选填“是”或“否”)。

(3)图乙为某次实验得到的纸带，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 是按打点顺序依次选取的计数点，计数点间的距离如图所示，相邻计数点间时间间隔为0.1 s ，则小车的加速度大小约为________m/s 2(保留两位有效数字)
答案 (1)BD (2)否 (3)0.20
解析 (1)该装置没办法做自由落体，因此没办法测当地重力加速度，A 选项错误。

在探究牛顿第二定律中，对钩码、小车系统有mg
＝(M ＋m )a ，所以绳上的拉力T ＝Ma ＝M M ＋m
·mg ，只有当M ≫m 时，绳上的拉力才近似等于钩码的重力，因此B 选项是正确的。

如果小车与木板间没摩擦力，可以用该装置来验证系统机械能守恒，但不必满足m ≪M ，如果小车与木板间有摩擦力，系统机械能不守恒，所以C 选项错误。

该装置可以探究动能定理，如果以小车为研究对象，必须满足m ≪M ，而以钩码和小车整体为研究对象，不必满足m ≪M ，D 选项正确。

(2)平衡摩擦力时应满足：Mg sin θ＝μMg cos θ，两边都有质量，不需要重新平衡摩擦力。

(3)a ＝s DG －s AD (3T )2＝(3.90－2.10)×10－2
9×0.12 m/s 2＝0.20 m/s 2。

5．[2015·衡水调研]如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。

直径为d 、质量为m 的钢球自由下落的过程中，先后通过光电门A 、B ，计时装置测出钢球通过A 、B 的时间分别为t A 、t B 。

用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。

测出两光电门间的距离为h ，当地的重力加速度为g 。

(1)钢球下落的加速度大小a ＝________，钢球受到的空气平均阻力F f ＝________。

(2)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度________(选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。

答案 (1)d 2(t 2A －t 2B )2ht 2A t 2B mg －md 2(t 2A －t 2B )2ht 2A t 2B
(2)< 解析 (1)过光电门A 点的速度v A ＝d t A ，过光电门B 的速度v B ＝d t B
，由2ah ＝v 2B －v 2A 得a ＝d 2(t 2A －t 2B )2ht 2A t 2B。

由牛顿第二定律可知mg －F f ＝ma ，得F f ＝mg －md 2(t 2A －t 2B )2ht 2A t 2B。

(2)做匀加速直线运动的物体，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而位移中点的速度大于中间时刻的瞬时速度，钢球球心通过光电门的瞬时速度就是小球过光电门的位移中点的速度，所以应填小于号。

6．[2015·大连模拟]某兴趣小组要测量木块与较粗糙木板之间的动摩擦因数，他们先将粗糙木板水平固定，再用另一较光滑的板做成斜面，倾斜板与水平板间由一小段光滑曲面连接，保证木块在两板间
通过时速度大小不变。

(1)使木块从相对水平木板高h 处由静止滑下，并在水平板上滑行一段距离x 后停止运动，改变h 大小，进行多次实验，若忽略木块与倾斜板间的摩擦，以x 为横坐标、h 为纵坐标，从理论上得到的图象应为_____________________________________________；
(2)如果考虑木块与倾斜板之间的摩擦，在改变h 时，他们采取的办法是：每次改变倾斜板的倾角，让木块每次由静止开始下滑的位置在同一条竖直线上，且测出该竖直线与两板连接处的水平距离为L ，如图甲所示。

将每次实验得到的h 、x 相关数据绘制出的h -x 图象如图乙所示，图线的延长线与两坐标轴的交点坐标分别为(－a,0)和(0，b )，则木块与倾斜板间的动摩擦因数μ1＝________，木块与水平板间的动摩擦因数μ2＝________。

(以上两空用a 、b 和L 中的某些物理量表示)
答案 (1)过坐标原点的倾斜向上直线(或正比例函数) (2)b L b a
解析 (1)对全程运用动能定理，有：mgh －μmgx ＝0，
得到：h ＝μx ；故x -h 图象是过坐标原点的倾斜向上直线(或正比例函数)；
(2)对全程运用动能定理，有：mgh －μ1mg cos θ·x 1－μ2mgx ＝0(θ为斜面的倾角)，由几何关系得到：L ＝x 1cos θ，得到：h ＝μ2x ＋μ1L 。

图线的延长线与两坐标轴的交点坐标分别为(－a,0)和(0，b )，故：
μ2＝b a(斜率)。

μ1L＝b(截距)，解得：μ1＝b L。

7．[2015·廊坊质监]如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨B上，C为位移传感器，它能将滑块A到传感器C的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速度—时间(v-t)图象。

整个装置置于高度可调节的斜面上，斜面的长度为L、高度为h。

(取重力加速度g＝9.8 m/s2，结果保留两位有效数字)
(1)现给滑块A一沿气垫导轨向上的初速度，A的v-t图线如图乙所示。

从图线可得滑块A下滑时的加速度a＝________m/s2，摩擦力对滑块A运动的影响________。

(填“明显，不可忽略”或“不明显，可忽略”)
(2)此装置还可用来验证牛顿第二定律。

实验时通过改变
________可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系：通过
_____________可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系。

答案(1)6.0不明显，可忽略(2)高度h改变滑块质量m、斜面的高度h，但需要保证mh乘积不变
解析(1)速度图象中，图线的斜率表示质点的加速度，即上滑时
加速度大小为a1＝3.0
0.5m/s 2＝6.0 m/s2，下滑时加速度大小为a2＝3.0
0.5
m/s2＝6.0 m/s2，方向均沿斜面向下；由牛顿第二定律可知，滑块加速度不变，则所受合外力不变，故滑块所受滑动摩擦力可忽略不计；(2)验证牛顿第二定律时，需要控制变量：即滑块质量一定时，改变外力，
即滑块沿斜面方向的分力G x ＝mg sin θ＝mg h L ，导轨长度
不变，故只能通过改变斜面高度h 来完成；在验证力一定时，即
需要mg h L 一定，改变质量m 时需要保持mh 乘积不变，来验证加速
度与质量成反比的关系。

8．[2015·课标全国卷Ⅱ]某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。

已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。

(1)物块下滑时的加速度a ＝________m/s 2，打C 点时物块的速度v ＝________m/s ；
(2)已知重力加速度大小为g ，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。

A ．物块的质量
B ．斜面的高度
C ．斜面的倾角
答案 (1)3.25 1.79 (2)C
解析 (1)利用逐差法求得加速度
a ＝(3.78＋3.65－3.52－3.39)×10－2 m 4×0.022 s 2＝3.25 m/s 2； 利用匀变速直线运动规律知打C 点时速度
v ＝(3.78＋3.65＋3.52＋3.39)×10－2 m 4×0.02 s
＝1.7925 m/s 。

(2)根据牛顿第二定律，可得mg sin θ－μmg cos θ＝ma ，
即μ＝g sin θ－a g cos θ
，可见除g 、a 外，还需要知道斜面的倾角，所以选项C 正确。