江苏省2019届高三物理最后15天小专题高考预测——力学实验

力学实验
高考题型1验证力的平行四边形定则
1．本实验考查的重点是“力的作用效果的等效性”．
2．对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点．
3．本实验中，由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F′一般不会完全重合，只要在误差范围内F与F′重合，即可验证力的平行四边形定则．
例1、如图12为“验证力的平行四边形定则”实验装置图，其中AO为橡皮筋，A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC为细绳．
图12
(1)关于此实验，下列说法正确的是________．
A．实验中，只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置
B．橡皮筋及细绳要与板平行
C．实验中每次都需把O点拉到同一位置
D．橡皮筋AO换成细绳，实验效果会更好
(2)某同学已在坐标纸中画出两弹簧测力计拉力的图示如图13，已知方格每边长长度表示2.0 N，则由图可得出合力的大小为________ N.
图13
答案(1)BC(2)12.0
例2、某同学为了“验证力的平行四边形定则”，准备了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、铅笔、细绳套、白纸、钉子等器材．操作步骤如下：
a．把三根橡皮筋的一端系在一起，另一端分别系一个细绳套；
b．将白纸固定在木板上，在木板上钉两个钉子，将任意两个橡皮筋上的绳套分别套在两钉子上；
c．立起木板，将重物挂在剩下的一个绳套上，如图1甲所示；
d．记录下三根橡皮筋的长度和橡皮筋结点的位置O及每个细绳套的方向；
e．取下白纸，以橡皮筋的伸长量作为拉力大小，画出受力图，验证力的平行四边形定则；f．换用不同的重物重复实验．
图14
(1)此实验还需________；
A．测量重物的质量
B．记录下两个钉子的位置
C．测量橡皮筋的原长
(2)某次实验，测得三根橡皮筋的伸长量及方向．把橡皮筋的伸长量作为拉力大小，作出力的图示，如图乙所示，请任选两个力，根据平行四边形定则作出合力；
(3)在(2)问作出的图中，根据________可以说明力的合成满足平行四边形定则．
(4)如果换用不同的重物再次重复该实验，________(填“需要”或“不需要”)改变钉子的位置，使橡皮筋的结点回到原来的O点．
答案(1)C(2)见解析图(3)由平行四边形作出的对角线与第三条橡皮筋的伸长量大小基本相等，方向差不多都在竖直方向上(4)不需要
解析(1)题述步骤中已经记录了每条细绳套的方向，不需要记录两个钉子的位置，B错误；本实验以橡皮筋的伸长量来作平行四边形，步骤d中测量了橡皮筋悬挂重物后的长度，要计算伸长量，需要测量橡皮筋的原长，不需要测量重物的质量，A错误，C正确．
(2)如图，以其中两个橡皮筋的伸长量为邻边作平行四边形，平行四边形的对角线为合力的理论值；
(3)由平行四边形作出的对角线与第三条橡皮筋的伸长量大小基本相等，方向差不多都在竖直方向上即验证了力的合成满足平行四边形定则；
(4)当换用不同的重物再次重复该实验，不需要改变钉子的位置，也不需要使结点回到原来
的位置．
高考题型2 纸带类实验
1．四个涉及打点计时器的实验：
(1)速度随时间变化的规律．
(2)加速度与物体质量、物体受力的关系．
(3)探究动能定理．
(4)验证机械能守恒定律．
2．纸带常有以下三大应用：
(1)由纸带确定时间
要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，每五个点取一个计数点，时间间隔为Δt ＝0.02×5 s ＝0.1 s.
(2)求解瞬时速度
利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图15
所示，打n 点时的瞬时速度v n ＝x n ＋x n ＋12T
图15
(3)由纸带求做匀变速直线运动的物体的加速度
①逐差法：如图16所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T ，且满足x 6－x 5＝x 5－x 4＝x 4－x 3＝x 3－x 2＝x 2－x 1，则有a 1＝
x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2，算出a 1、a 2、a 3的平均值即物体运动的加速度，a ＝a 1＋a 2＋a 33＝x 4＋x 5＋x 6－(x 1＋x 2＋x 3)9T 2
，这样可使所给数据全部得到利用，准确性得以提高．
图16
②图象法：由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v －t 图象，直线的斜率即为加速度．
例1、用落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图17.
图17
(1)请指出图中的错误及不妥之处(至少写出两处)
①________________________________________________________________________ ②________________________________________________________________________
(2)改进实验中错误及不妥之处后，打出如图18所示一条纸带．已知打点计时器所接电源频率为50 Hz ，根据纸带所给数据，打C 点时重物的速度为________ m/s(结果保留三位有效数字)．
图18
(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a 和b 进行实验测得几组数据，画出v 22－h 的图象如图19所示，求出图线的斜率k ，由图象可知a 的质量m 1______b 的质量m 2(选填“大于”或“小于”)．
图19
(4)通过分析发现造成k 2值偏小的原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m 2＝0.052 kg ，当地重力加速度g ＝9.78 m/s 2，求出重物所受的平均阻力F f ＝________ N ．(结果保留三位有效数字)
答案 (1)①使用的是直流电源 ②重物离打点计时器太远 ③没有从上方提着纸带，而是用手托着重物 (2)2.25 (3)大于 (4)0.031 2
例2、实验小组采用如图20甲所示实验装置测量木块与木板间的动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量为20 g 的钩码10个，打点计时器，电源，纸带，细线等．实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板
水平，利用打出的纸带测量木块的加速度．
图20
(1)正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间的距离，如图乙所示．已知打点周期T ＝0.02 s ，则木块的加速度a ＝________ m/s 2.
(2) 将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量m ，测得相应的加速度a ，作出a －m 图象如图丙所示．已知当地重力加速度g ＝9.8 m/s 2，则木块与木板间动摩擦因数μ＝________(保留两位有效数字)；μ的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值，原因是______________________________(写出一个即可)．
(3)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量．
答案 (1)3.33 (2)0.34(0.32～0.36) 大于 滑轮与轴承、细线间有摩擦，纸带与打点计时器间有摩擦等 (3)不需要
解析 (1)已知打点周期T ＝0.02 s ，根据逐差法可得木块的加速度为：
a ＝x 36－x 039T 2＝(8.20－3.50－3.50)9×0.022×10－2 m /s 2≈3.33 m/s 2. (2)设木块的质量为M ，根据牛顿第二定律有，mg －F f ＝(M ＋0.2)a ，F f ＝μ(M ＋0.2－m )g ，联
立可得加速度为：a ＝(1＋μ)g M ＋0.2
m －μg ，由题图丙可知，当m ＝0时，a ＝μg ＝3.3 m/s 2，则木块与木板间动摩擦因数μ≈0.34，因滑轮与轴承、细线间有摩擦，纸带与打点计时器间有摩擦，所以测量值大于真实值．
(3)实验中没有采用细线拉力等于重力，所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量．。