高三物理二轮复习 第一部分 专题五 物理实验 第1讲 力

专题五 物理实验 第1讲 力学实验
1．(2015·东北三校二联)读出下图中游标卡尺(50分度)与螺旋测微器的示数．
(1)________mm ；(2)________mm.
解析：(1)主尺读数为4.2 cm ，游标尺读数为10×0.02 mm ＝0.20 mm ，最终读数为4.2 cm ＋0.20 mm ＝42 mm ＋0.20 mm ＝42.20 mm.(2)固定部分读数为2.5 mm ，可动部分读数为48.8×0.01 mm ＝0.488 mm ，最终读数为2.5 mm ＋0.488 mm ＝2.988 mm.
答案：(1)42.20 (2)2.988(2.987～2.989之间均可)
2.(2015·山东济南一模)由于当年实验条件的限制，伽利略无法直接对落体运动进行实验研究，而今天即使在中学实验室里，我们也可以通过实验来验证落体运动的规律．如图是
某次实验中获得的质量为m 的小球下落时的频闪照片，频闪间隔是130
s ．根据此照片计算(结果保留三位有效数字)
(1)小球在4.90 cm 位置处的速度大小为________m/s ；
(2)小球下落的加速度大小为________m/s 2； (3)小球在13.60 cm 位置处的速度大小为________m/s.
解析：(1)小球在4.90 cm 位置处的速度大小为
v 4.90＝（8.71－2.15）×10－2
130
×2 m/s ＝0.984 m/s. (2)由逐差法求加速度，可得
a ＝[（13.60－4.90）－（4.90－0.54）]×10－24×⎝ ⎛⎭
⎪⎫1302 m/s 2＝9.77 m/s 2. (3)据v ＝v 0＋at 得：v 13.60＝v 4.90＋a ·2T ＝0.984 m/s ＋9.77×230 m/s ＝1.64 m/s.
答案：(1)0.984 (2)9.77 (3)1.64
3.(2015·安徽合肥一模)某同学用两个弹簧测力计、细线和橡皮条做共点力合成实验，最后画出了如图所示的图．
(1)在图上标出的F1、F2、F和F′四个力中，力______不是由弹簧测力计直接测得的，比较力F与力F′的大小和方向基本相同，这就验证了共点力合成的平行四边形定则．
(2)某同学对此实验的一些说法，其中正确的是( )
A．如果手头只有一个弹簧测力计，改变方法也可以完成实验
B．用两个测力计拉线时，橡皮条应沿两线夹角的角平分线
C．拉橡皮条的线要长一些，用以标记同一细线方向的两点要相距远些
D．拉橡皮条时，细线应沿弹簧测力计的轴线
E．在用一个测力计和同时用两个测力计拉线时，只需这两次橡皮条的伸长量相同就行解析：(1)本实验是通过用两个弹簧测力计的拉力作出的平行四边形得出合力，只要合力与只用一个弹簧测力计时的拉力基本相同，则实验成功；由题图可知F′是由平行四边形定则得出的，故F′不是由弹簧测力计直接测得的；
(2)如果只有一个弹簧测力计，则可以交替测出各边的拉力，但要保证两次拉的时候效果相同，故A正确；只要橡皮条与线的结点两次都到达同一点即可，即两次效果相同，而对于拉力方向没有限制，橡皮条不需要与两线夹角的角平分线在同一直线上，故B错误；为了减小误差，拉橡皮条的细线需长些，标记方向的两点要远些，故C正确；只有细线和弹簧测力计的轴线在一条直线上时，弹簧的弹力才等于拉橡皮条的拉力，否则易使弹簧或指针与外壳发生摩擦，使误差增大，故D正确；在用一个测力计和同时用两个测力计拉线时，每次要使橡皮条形变的长度和方向都相同，即使结点O拉到同一位置，这样两次的效果才相同，才符合“等效替代”法，故E错误．
答案：(1)F′(2)ACD
4．(2015·高考福建卷)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．
甲乙丙
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________；(填选项前的字母)
A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是
________________________________________________________________________．
解析：(1)弹簧伸长后的总长度为14.66 cm ，则伸长量Δl ＝14.66 cm －7.73 cm ＝6.93 cm.
(2)逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧．
(3)AB 段明显偏离OA ，伸长量Δl 不再与弹力F 成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的． 答案：(1)6.93 (2)A (3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度
5．(2015·大连二模)如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m ，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M .
(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg ，将该力视为合外力F ，对应的加速度a 则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F 的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F 为横轴，以加速度a 为纵轴，画出a －F 图象，图象是一条过原点的直线．
①a －F 图象斜率的物理意义是________________________． ②你认为把沙桶的总重力mg 当作合外力F 是否合理？ 答：________(选填“合理”或“不合理”)．
③本次实验中，是否应该满足M ≫m 这样的条件？ 答：________(选填“是”或“否”)；
理由是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.
(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量m 不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合外力不变．用图象法处理数据时，以加速度a 为纵轴，应该以________的倒数为横轴．
解析：(1)①将车内的沙子转移到桶中，就保证了M ＋m 不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a ＝F
M ＋m ＝mg M ＋m ，可见a －F 图象斜率的物理意义是1M ＋m ，②③系统的合外力就等于所悬挂沙桶的总重力mg ，不必满足M ≫m 这样的条件．
(2)向盒子内添加或去掉部分沙子，是改变系统的总质量M ＋m ，而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力mg ，保证了合外力不变．所以用图象法处理数据时，以加速度a 为纵轴，应以M ＋m 的倒数为横轴，即小车质量、盒子及盒内沙子与悬挂的沙桶(包括桶与桶内的沙子)质量之和．
答案：(1)①系统的总质量的倒数(小车、盒子及盒内沙子、悬挂的桶及桶内沙子质量之和的倒数) ②合理
③否，因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg (2)M ＋m
6．(2015·山东文登第三次统考)在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图甲所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T ，实验的
部分步骤如下：
甲
(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点．
(2)测量小车和拉力传感器的总质量M ，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后________，打出一条纸带，关闭电源．
(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙所示，在纸带上按打点先后顺序依次取O 、A 、B 、C 、D 、E 等多个计数点，各个计数点到O 点间的距离分别用h A 、h B 、h C 、h D 、h E 、……表示，则小车和拉力传感器在计时器打下D 点时的动能表达式为________________，若拉力传感器的读数为F ，计时器打下A 点到打下D 点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为__________．
(4)某同学以A 点为起始点，以A 点到各个计数点动能的增量ΔE k 为纵坐标，以A 点到各个计数点拉力对小车所做的功W 为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是________________________．
解析：(1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间距相等的点时，小车做匀速直线运动，受力平衡．
(2)在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车．
(3)D 点的瞬时速度等于CE 段的平均速度，即v D ＝
h E －h C 2T ，故打下D 点时的动能为E k D ＝12Mv 2D ＝M （h E －h C ）28T
2；拉力对小车做的功为W ＝F (h D －h A )． (4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45°，可得出方程式ΔE k ＝W ，故可得结论：外力所做的功等于物体动能的变化量．
答案：(1)间距相等 (2)释放小车 (3)M （h E －h C ）2
8T
2 F (h D －h A ) (4)外力所做的功等于物体动能的变化量
7．(2015·南昌一模)在验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取的连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02
s 打一个点，当地的重力加速度为g ＝9.80 m/s 2，那么：
(1)根据图上所得的数据，应取图中O 点到________点来验证机械能守恒定律较为简便；
(2)从O 点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔE p ＝________J ，动能增加量ΔE k ＝________J ；(结果取三位有效数字)
(3)若测出纸带上所有各点到O 点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v 及重物下落的高度h ，则以v 2
2为纵轴、以h 为横轴画出的图象是下图中的________．
解析：(1)验证机械能守恒时，我们验证的是减少的重力势能ΔE p ＝mgh 和增加的动能ΔE k ＝1
2mv 2之间的关系，因B 点能够测出h 和v 的数据，而A 、C 两点无法测出v ，故选B 点．
(2)减少的重力势能ΔE p ＝mgh ＝1.88 J ，B 点的速度v B ＝
x AC 2T ＝23.23－15.552×0.02
×10－2 m/s ＝1.92 m/s ，所以增加的动能ΔE k ＝12
mv 2B ＝1.84 J. (3)在实验允许的误差范围内可认为mgh ＝12mv 2，则12v 2＝gh ，即12
v 2与h 成正比，图A 正确．
答案：(1)B (2)1.88 1.84 (3)A
8．(2015·高考全国卷Ⅰ，T22，6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验．所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R ＝0.20 m)．
甲 乙 完成下列填空：
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图甲所示，托盘秤的示数为1.00 kg.
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图乙所示，该示数为________kg.
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧．此过程中托盘秤的最大示数为；多次从同一位置释放小车，记录各次的值如下表所示.
序号 1
2 3 4 5 m (kg)
1.80 1.75 1.85 1.75 1.90 (4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为________N ；小车通过
最低点时的速度大小为________m/s(重力加速度大小取9.80 m/s 2，计算结果保留2位有效
数字)．
解析：(2)题图乙中托盘秤的示数为1.40 kg.
(4)小车经过最低点时托盘秤的示数为m ＝
1.80＋1.75＋1.85＋1.75＋1.905
kg ＝1.81 kg.
小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为F ＝(m －1.00)g ＝(1.81－1.00)×9.80 N ≈7.9
N. 由题意可知小车的质量为m ′＝(1.40－1.00) kg ＝0.40 kg ，
对小车，在最低点时由牛顿第二定律得
F －m ′g ＝m ′v 2
R
解得v ≈1.4 m/s.
答案：(2)1.40 (4)7.9 1.4
9. (2015·高考江苏卷)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律．实验装置如图甲所示，打点计时器的电源为50 Hz 的交流电．
(1)下列实验操作中，不正确的有________．
A ．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B ．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C ．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D ．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O 点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，…，8.用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O 点的距离，记录在纸带上，如图乙所示．
乙
计算相邻计时点间的平均速度v ，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表．请将表中的数据补充完整．
位置 1
2 3 4 5 6 7 8 v (cm/s)
24.5 33.8 37.8 ____ 39.5 39.8 39.8 39.8
(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是________．
(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验②”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同．请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？
解析：(1)为了探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，应让铜管竖直地固定在限位孔正下方，避免小磁铁下落时与铜管发生碰撞，选项A 正确；纸带穿过限位孔，
要压在复写纸下面，使打点计时器工作时纸带上点迹清晰，选项B 正确；用手只捏住磁铁，不能使纸带保持竖直，磁铁下落时纸带与打点计时器间有较大阻力，故应捏住纸带的上端，让磁铁从静止释放，选项C 不正确；应先接通打点计时器的电源再松开纸带，选项D 不正确．
(2)计数点“4”的速度用它两侧相邻计时点之间的平均速度来表示，故v 4＝5.60－4.040.04
cm/s ＝39.0 cm/s.
(3)由各计数点速度表可以看出，磁铁运动的速度逐渐增大到39.8 cm/s 不再变化，表明磁铁受到的阻尼作用也是逐渐增大的，最后和重力平衡．
(4)实验②中磁铁在塑料管中下落运动规律与自由落体运动规律几乎相同，说明磁铁在塑料管中下落几乎不受阻尼作用．对比实验①和②，可以看出磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用．
答案：(1)CD (2)39.0 (3)逐渐增大到39.8 cm/s 逐渐增大到等于重力 (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用 磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。