【江苏专用】2020高考物理第一部分专题六物理实验第二讲力学创新实验——课前自测诊断卷【附答案】

第二讲 力学创新实验

——课前自测诊断卷

考点一

实验情景的设计与创新

1.[考查重力加速度的测量]

(2018·江苏高考)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g 。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M 的重锤。实验操作

如下：

①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H ； ②在重锤1上加上质量为m 的小钩码；

③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；

④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t 。 请回答下列问题：

(1)步骤④可以减小对下落时间t 测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差。 (2)实验要求小钩码的质量m 要比重锤的质量M 小很多，主要是为了________。 A ．使H 测得更准确

B ．使重锤1下落的时间长一些

C ．使系统的总质量近似等于2M

D ．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等

(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？

(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m 0。用实验中测量的量和已知量表示g ，得g ＝____________________。

解析：(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。 (2)设系统运动的加速度为a ，则根据牛顿第二定律得

mg ＝(2M ＋m )a ，即a ＝

mg 2M ＋m ，而H ＝12

at 2

，在H 一定时，a 越小，则t 越长，这时测量时间t 的误差越小。因此实验要求小钩码的质量m 要比重锤的质量M 小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B 正确。

(3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。

(4)根据牛顿第二定律得mg ＝(2M ＋m ＋m 0)·a ，又H ＝12

at 2，解得g ＝

2

2M ＋m ＋m 0H

mt

2

。 答案：(1)偶然 (2)B (3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。 (4)22M ＋m ＋m 0H

mt

2

2．[利用气垫导轨装置探究动能定理和验证机械能守恒定律]

(2019·南京、盐城三模)如图甲所示，气垫导轨上质量为M 的滑块通过轻质细绳绕过滑轮与质量为m 的钩码相连，绳子的悬挂点与拉力传感器相连，遮光条宽度为d 。气源开通后，滑块在绳子拉力的作用下由静止释放，遮光条通过

光电门的时间为Δt ，拉力传感器的读数为F 。不计滑轮质量、不计滑轮轴、滑轮与轻质细绳之间的摩擦。

(1)某同学用螺旋测微器测遮光条宽度，螺旋测微器示数如图乙所示，d ＝________ mm 。

(2)某学习小组的同学欲探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系，记录滑块释放时遮光条与光电门的距离L 及其通过光电门的时间Δt ，得到一系列L 和Δt 的数据，通过图像法处理数据时，为了获得线性图像应作________(选填“L ­1

Δt

”“L ­

1Δt

2

”或“L ­(Δt )2

”)图像，该图像的斜率k ＝________(用题中字母表示)。

(3)该小组同学利用所测数据计算发现：绳子拉力F 做的功总小于滑块动能的变化量。若实验中数据的测量均是准确的，分析出现这一意外情况的可能原因是________。

A ．“没有满足钩码质量m 远小于滑块质量M ”这一条件

B ．滑块运动过程中存在阻力

C ．没有调节气垫导轨水平

D ．拉滑块的细绳与气垫导轨不平行

(4)在排除意外情况后，用上述装置和相应数据研究系统(含滑块、钩码)机械能是否守恒，若运动过程中系统机械能守恒，则满足下列________关系式。

A ．F L 2＝12M ⎝ ⎛⎭

⎪⎫d Δt 2

B ．FL ＝12(M ＋m )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2

C ．mgL ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d 2Δt 2＋12m ⎝ ⎛⎭

⎪⎫d Δt 2

D ．mg L 2＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2＋12m ⎝ ⎛⎭

⎪⎫d 2Δt 2

解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为3.0 mm ，可动刻度读数为0.01×11.2 mm＝0.112 mm ，所以最终读数为：3.0 mm ＋0.112 mm ＝3.112 mm ；

(2)滑块通过光电门的速度v ＝d

Δt ，

根据动能定理可知FL ＝12M ⎝ ⎛⎭

⎪⎫d Δt 2

，

解得L ＝Md 22F ·

1

Δt

2

，

故为了获得线性图像应作L ­

1

Δt

2

图像，

斜率为k ＝Md 2

2F

；

(3)小车受到的拉力是通过拉力传感器获得的，与钩码的质量和小车质量无关，故A 错误；滑块运动过程中，若

要克服阻力做功，会导致绳子拉力F 做的功总大于滑块动能的变化量，故B 错误；气垫导轨没有调节水平，重力对小车做功，动能变大，故C 正确；若拉滑块的细绳与气垫导轨不平行，则实际拉力做功减小，那么会导致绳子拉力F 做的功总大于滑块动能的变化量，故D 错误；

(4)滑块通过光电门的速度为v ＝d

Δt

，

根据动滑轮的特点可知钩码的速度为滑块速度的一半， 再依据机械能守恒，

可得mg L 2＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2＋12m ⎝ ⎛⎭

⎪⎫d 2Δt 2

，故D 正确，A 、B 、C 错误。

答案：(1)3.112(3.111～3.113) (2)L ­

1

Δt 2 Md 2

2F

(3)C (4)D 3．[利用频闪照相验证机械能守恒]

在“验证机械能守恒定律”的实验中，一实验小组让小球自倾角为30°的斜面上滑下，用频闪相机记录了小球沿斜面下滑的过程，如图所示，测得B 、C 、D 、E

到A 的距离分别为x 1、

x 2、x 3、x 4，已知相机的频闪频率为f ，重力加速度g ＝9.8 m/s 2。

(1)小球经过位置D 时的速度v D ＝________。

(2)选取A 为位移起点，根据实验数据作出v 2

­x 图线，若图线斜率k ＝________，则小球下滑过程机械能守恒。 (3)若改变斜面倾角进行实验，请写出斜面倾角大小对实验误差的影响：________________________________________________________________________。

解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知经过D 点的速度等于CE 段的平均速度，则有：v D ＝

x 4－x 22T ＝x 4－x 2f

2

。 (2)取小球从A 到B 进行分析，则减小的重力势能为ΔE p ＝mgx sin 30°＝12mgx ，增加的动能为ΔE k ＝12mv 2－0＝

12

mv 2，利用v 2­x 来处理数据，小球从A 到B 机械能守恒，则有：1

2mv 2＝12

mgx ，即v 2＝gx ，由此可知作出的v 2­x 图线是

一条经过原点的直线，斜率为k ＝g ＝9.8 m/s 2

。

(3)在垂直斜面方向，根据平衡条件有：F N ＝mg cos θ，若斜面倾角增大，则正压力减小，摩擦力减小，则误差越小。

答案：(1)x 4－x 2f

2

(2)9.8 m/s 2

(3)斜面倾角越大，误差越小

考点二

实验器材的等效与替换

4.[用电子秤替换弹簧测力计一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。