人教版高三物理2019-2020年一轮复习测试专题《力学实验》含答案

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人教版新高三物理2019-2020学年一轮复习测试专题《力学实验》
1.如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家特伍德（G·Atwood 1746-1807）创
制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来
验证机械能守恒定律，如图乙示．
（1）实验时，该同学进行了如下步骤：
①将质量均为M（A的含挡光片，B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出_________________（填“A的上表面”，“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的
竖直距离h．
②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光
的时间为△t．
③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证守恒定律．
（2）如果系统（重物A，B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为________________（已
知重力加速度为g）．
（3）引起该实验系统误差的原因有________________（写一条即可）．
（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统（重物A，B以及物块C）的机械能守恒，不断
增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a
随m增大会趋于一个什么值？________________
请你帮该同学解决，
①写出a与m之间的关系式：________________（还要用到M和g）
②a的值会趋于________________
2.某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。

查得当地的重力加速度g=9.80m/s2。

测得所用重物的质量为 1.00kg。

实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A，B，C作为测量的点，如图所示。

经测量知道A，B，C各点到O点的距离分别为50.50cm，86.00cm，130.50cm。

根据以上数据，计算出打B点时重物的瞬时速度vB=①________________m/s；重物由O点运动到B 点，重力势能减少了②________________J，动能增加了③________________J。

根据所测量的数据，还可以求出物体在下落的过程中所受到的阻力为④________________N。

（以上计算结果均保留2位有效数字）
3.某同学利用图甲所示装置来研究加速度与力的关系。

他将光电门1和2分别固定在长木板的A，B两处，换用不同的重物通过细线拉同一小车（小车质量约为200克），每次小车都从同一位置由静止释放。

（1）长木板右端垫一物块，其作用是用来________________；
（2）用游标卡尺测得遮光条的宽度为 ______ cm；
（3）对于所挂重物的质量，以下取值有利于减小实验误差的是________（填选项）
A.1克
B.5克
C.10克
D.40克
（4）现用该装置来探究功与速度变化的关系，关闭光电门2，测出多组重物的质量m和对应遮光
条通过光电门1的时间∆t，通过描点作出线性图象，应作出_____图象（填选项）
A．∆t－m B．∆t2－m
C．D．
4.某实验小组利用如图甲所示的实验装置测量小物块与水平面之间的动摩擦因数．粗糙曲面AB 固定在水平面上，其与水平面相切于B点，P为光电计时器的光电门，实验时将带有遮光条的小物块m从曲面AB上的某点自由释放，小物块通过光电门P后停在水平面上某点C．已知当地重力加速度为g．
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数d=________________cm；
(2)为了测量动摩擦因数，除遮光条宽度d及数字计时器显示的时间t，还需要测量的物理量及其符号是________________，动摩擦因数=________________(利用测量的量表示)．
(3)为了减小实验误差，请提出一条合理化建议：________________。

5.某同学利用如图所示的装置验证动能定理。

将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸，复写纸。

将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y o改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：
(1)在安装斜槽时，应注意＿＿＿＿＿＿＿；
(2)已知斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为，木板与斜槽末端的水平距离为x，小球在离开斜槽后的竖直位移为y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动
能定理成立则应满足的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿
(3)若想利用图像直观得到实验结论，最好应以H为横坐标，以为纵坐标，描点作图。

6.随着环保节能意识的增强，自行车重新成为短途出行的重要交通工具，它不仅能保护环境，节约能源，而且相比走路感觉更“省力’’。

某同学想通过简单的器材，包括“台秤，卷尺和秒表”，验证是否“省力”。

他认为是否“省力”需比较同等条件下人所消耗的能量多少。

（1）步骤一：估测一个人沿直线步行距离s所消耗的能量E1他认为人步行消耗的主要能量用于克服重力做功，运用上述器材，他测量了“人的质量m，腿长L，步幅d”，重力加速度为g，运用上述物理量符号可得E1________________（写表达式）。

（2）（单选题）一个体重为60kg普通高中男生，步行100米，消耗能量约________________
A．8J B．80J C．800J D．8000J
（3）步骤二：估测一个人骑自行车沿直线前进一段距离s所消耗的能量E2他假定人骑自行车前进时阻力不变。

人骑自行车从静止开始，先做加速运动，再匀速运动，后停止蹬车自行滑行。

测量了“人和车的总质量M，骑车匀速前进距离s．和对应的时间t”，量了停止蹬车后，人和自行车滑行的距离s2运用上述物理量符号可得E2（写表达式）。

最后比较E1和E2，即可验证是否“省力”。

7.某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。

(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离S=__________cm；
（2）测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间△t1和△t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是______________________________________；
(3）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块，挡光条和拉力传感器的总质
量？______________（填“是”或“否”）
8.（I）在《验证力的平行四边形定则》的实验中，下列说法正确的是
A．同一次实验过程，两次拉橡皮条时，其结点O应达同一位置
B．用两只弹簧秤拉橡皮条时，两细线的夹角应越大越好
C．用一只弹簧秤拉橡皮条时，只需记录弹簧秤的读数
D．本实验采用的科学方法是等效替代法
（II）在《验证机械能守恒定律》的实验中，重物的质量为m，所用交流电的频率为50Hz，打出了如图所示的一条纸带，其中O为起点，A，B，C为三个连续的计时点。

可得（g=9.8m/s2，重物的质量m取0.4kg计算）：
（1）打点计时器打B点时，重物的重力势能减小量为重物动能为________________（结果均保留三位有效数字）
（2）通过计算结果你能得出的结论：________________
9.今年6月7日虎门大桥撞船事故后，全国交通部门加强了对国内各种大桥的检测与维修．某校研究性学习小组的同学们很想知道每根长50m，横截圆面积为400的新悬索能承受的最大拉力。

由于悬索很长．抗断拉力又很大．直接测量很困难．同学们则取来了同种材料制成的样品进行实验探究。

由胡克定律可知．在弹性限度内．弹簧的弹力F与形变量x成正比．其比例系数与弹簧的长度，横截面积及材料有关。

因而同学们猜想．悬索可能也遵循类似的规律。

（1）同学们准备和《探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间关系》的实验一样将样品竖直悬挂．再在其下端挂上不同重量的重物．来完成本实验。

但有同学说悬索的重力是不可忽略的．为了避免悬索所受重力对实验的影响．你认为可行的措施应该足：________________。

（2）同学们通过游标卡尺测样品的直径来测定其截面积．某次测量的结果如图所示．则该样品的直径为________________cm。

（3）经过同学们充分的讨沦．不断完善实验方案．最后实验取得数据如下
分析样品C的数据可知，其所受拉力F C（单位N）与伸长量x（单位m）遵循的函数关系式是________________
②对比各样品的实验数据可知．悬索受到的拉力与悬索的伸长量成正比．其比例系数与悬索长度的成正比，与悬索的横截面积的大小成正比；
10.为了测量木块与木板间动摩擦因数，某小组使用位移传感器设计了如图所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。

位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移s随时间t变化规律，如图所示。

①根据上述图线，计算0.4 s时木块的速度_______m/s，木块加速度________m/s2；
②为了测定动摩擦因数，还需要测量的量是________；（已知当地的重力加速度g）
③为了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度，下列措施可行的是_________
A．A点与传感器距离适当大些
B．木板的倾角越大越好
C．选择体积较大的空心木块
D．传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻
答案解析
1.【答案】（1）①挡光片的中心；（2）；（3）绳子有一定的质量，滑轮与绳子之间有摩擦，重物运动受到空气阻力等；（4）①；②重力加速度g．
【解析】（1，2）需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离，系统的末速度为：v=，则系统重力势能的减小量△Ep=mgh，系统动能的增加量为：
，若系统机械能守恒，则有：
．（3）系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能有：绳子有一定的质量，滑轮与绳子之间有摩擦，重物运动受到空气阻力等．（4）根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg，则系统加速度为：，当m不断增大，则a趋向于g．
2.【答案】① 4 ② 8.43 ③8 ④0.8
【解析】(1) 根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出某点的瞬时速度大小，有B点时重物的瞬时速度为
重力势能的减小量等于其重力做功大小，因此有：
根据动能表达式，则有动能的增加：
设
根据
将，，带入解得：．
根据牛顿第二定律，则有，得
3.【答案】（1）平衡摩擦力（2）0.52 （3）BC （4）D
【解析】（1）长木板右端垫一物块，调整后可以使小车的下滑分力与受到的摩擦力平衡，因此为了平衡摩擦力，（2）从游标卡尺读出：；（3）应使拉力远小于小车的重力，这时拉力才接近重物的重量，但如果选A，由于拉力太小，可能与摩擦力相比拟，不容易观察，因此不能选A，只能选BC；实际验证的是，而，由于做出的图象
为直线，因此应该做出图象。

4.【答案】（1）0.375 （2）光电门与C点之间的距离s：（3）增大小物块释放位置的高度；改变小物块释放位置；多次测量后利用图像求解等等
【解析】(1)游标卡尺的分度为20分度，其精确度为0.05mm，读数为
(2)小物块经过光电门后做匀减速运动，加速度大小为，初速度为，末速度为零，由可知，所以还需要测量光电门与C点之间的距离s
(3)为减小实验误差，由可知采取以下措施：①增加释放小物块的初始高度，以增大经过光电门的速度，从而减小经过光电门的时间t，也可以增加小物块滑行的距离s；②可以多次测量s，求平均值或者利用求解．
5.【答案】（1）使斜槽末端O点的切线水平.（2）（3）
【解析】（1）本实验根据平抛运动的规律测量小球离开斜槽的速度，为保持小球作平抛运动，应使使斜槽末端O点的切线水平．
（2）设小球离开斜槽时的速度为v，根据平抛运动的规律得：，
联立得：，小球在斜槽上滑下过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功为：
小球动能的变化量
则小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是：
.
（3）根据上式可知：最好应以H为横坐标，以为纵坐标，描点作图
6.【答案】（1）（2）D （3）
【解析】（1）根据题意，设人直立时重心高l，迈步时的重心高，则人的重心变化高度为l−则人的重心变化次数为，根据能量守恒，克服重力做的功，即行走消耗的能量 E1=
（2）代入数据，解得 E1=8000J故选 D（3）骑车匀速前进的速度为：v=，停止蹬车后，人和自行车滑行过程，由动能定理得，-fs2=0-mv2全程动能定理得，-f（s+s2）=0-0 根据能量守恒，E2．等于克服摩擦力做的功，即E2=f（s+s2）联立解得 E2=
代入数据，E1＞E2，故省力．
7.【答案】（1）60.00 （2）滑块，挡光条和拉力传感器的总质量M（3）否
【解析】（1）光电门1处刻度尺读数为：20.30cm，光电门2处刻度尺读数为：80.30cm，故两光电门中心之间的距离s=60.00cm；
(2) 由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．滑块通过光电门1速度为：v1=, 滑块通过光电门2速度为：,
根据功能关系需要验证的关系式为：
可见还需要测量出M，即滑块，挡光条和拉力传感器的总质量；（3）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
8.【答案】（Ⅰ） A，D
（Ⅱ）①1.46 J ; 1.42 J ②在实验误差允许的范围内, 可认为物体在下落过程中机械能守恒
【解析】（Ⅰ）实验中，为合力与分力效果相同，两次拉橡皮条时，其节点O应达到同一位置，A 正确；两弹簧秤的拉力适当大些，但不能过长，否则会超过弹簧弹性限度，损坏弹簧秤，B错误；用一只弹簧秤拉橡皮条时，应记录节点到达的位置O，细线的方向和弹簧秤的读数，C错误；本实验采用的时等效替代法，D正确。

（Ⅱ）打下B点时，重力势能的减少量为mgh=1.46 J，vB=xAC/2T，重物动能增量为mvB2/2=1.42J，比较数据在实验误差允许的范围内, 可认为物体在下落过程中机械能守恒。

9.【答案】（1）将悬索样品一端固定并水平放置在光滑水平面上，另一端连接轻绳绕过滑轮悬挂
钩码（2）0.830cm (3)①②平方的倒数大小
【解析】（1）为了避免悬索所受重力对实验的影响，你认为可行的措施是：将悬索样品一端固定并水平放置在光滑水平面上，另一端连接轻绳绕过滑轮悬挂钩码．
（2）游标卡尺的主尺读数为8mm，游标读数为6×0.05mm=0.30mm，所以最终读数为0.830cm．
（3）①从样品C的实验数据可知：拉力每增加200N，悬索的伸长量增加0.01cm所以悬索的伸长量与拉力成正比例关系．则其关系式为：F=kx，所以得出系数k：k=，当F=200N，
x=0.01cm=10-4m时：k=2×106N/m．由此得出拉力F的关系式为：F=2×106x，比例系数的单位为：N/m．
②从样品A，C，E的数据知：悬索的长度相同时，悬索的横截面积越小，受到拉力时悬索的伸长量越大，比例系数与悬索的横截面积的大小成正比；
从样品A，B，D的数据知：悬索的横截面积相同时，悬索的长度越长，受到拉力时悬索的伸长量越大，其比例系数与悬索长度的平方的倒数成正比．
10.【答案】①0.4 ， 1 ；②斜面倾角（或A点的高度）③A
【解析】①0.4 s时木块的速度等于0.2s—0.6s内的平均速度，即；
根据，可求出木块的加速度，
②根据，可知相应测出倾斜角或A点的高度算出倾斜角。

③：当A点与传感器距离适当大些，可测出多组数据，求平均值，能提高测量精正确度，A正确；倾斜角越大，测得的数据越少，不利于提高测量精度，B错误；若选择体积较大的空心木块，在下降过程中，受空气阻力变大，影响了动摩擦因数的测量，C错误；传感器开始计时的时刻不一定从A点释放的时，只要根据中间一段的，就可算出加速度，D错误。