廣東專用高考物理二輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)題專練16 力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究

【步步高】(廣東專用）高考物理二輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)題專練16力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究二、實(shí)驗(yàn)題專練專練定位本專練主要是解決高考熱考的幾種實(shí)驗(yàn)題．高考對(duì)實(shí)驗(yàn)題的考查方式為“一小一大”或“一力一電”的組合方式，對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查一般比較簡(jiǎn)單，側(cè)重實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理；而電學(xué)實(shí)驗(yàn)則側(cè)重考查電路設(shè)計(jì)、實(shí)物連接、數(shù)據(jù)處理和誤差分析．從命題趨勢(shì)看，實(shí)驗(yàn)題的考查向著拓展實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展，來(lái)考查學(xué)生的遷移能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．應(yīng)考策略實(shí)驗(yàn)題無(wú)論如何考，其原理和方法都離不開(kāi)課本中的實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)中應(yīng)該根據(jù)考題，找準(zhǔn)我們學(xué)習(xí)過(guò)的類似且相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，從原理遷移中找突破．專練16力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究(限時(shí)：45分鐘)1．(·山東·21(1))圖1甲為一游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)測(cè)量一鋼筆帽的內(nèi)徑時(shí)，應(yīng)該用游標(biāo)卡尺的________(填“A”“B”或“C”)進(jìn)行測(cè)量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為_(kāi)_______mm.圖1答案A11.30解析游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼筆帽的內(nèi)徑時(shí)，使用內(nèi)測(cè)腳，故填“A”，該游標(biāo)卡尺的最小分度為0.05mm，游標(biāo)尺的第6個(gè)刻度線與主尺上的某刻線對(duì)齊，所以讀數(shù)為11mm＋0.05mm×6＝11.30mm.2．(·浙江·21)如圖2所示，裝置甲中掛有小桶的細(xì)線繞過(guò)定滑輪，固定在小車上；裝置乙中橡皮筋的一端固定在導(dǎo)軌的左端，另一端系在小車上．一同學(xué)用裝置甲和乙分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作獲得兩條紙帶①和②，紙帶上的a、b、c……均為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)．圖2(1)任選一條紙帶讀出b、c兩點(diǎn)間距離為_(kāi)_______；(2)任選一條紙帶求出c、e兩點(diǎn)間的平均速度大小為_(kāi)___，紙帶①和②上c、e兩點(diǎn)間的平均速度eq\x\to(v)①________eq\x\to(v)②(填“大于”、“等于”或“小于”)；(3)圖中________(填選項(xiàng))．A．兩條紙帶均為用裝置甲實(shí)驗(yàn)所得B．兩條紙帶均為用裝置乙實(shí)驗(yàn)所得C．紙帶①為用裝置甲實(shí)驗(yàn)所得，紙帶②為用裝置乙實(shí)驗(yàn)所得D．紙帶①為用裝置乙實(shí)驗(yàn)所得，紙帶②為用裝置甲實(shí)驗(yàn)所得答案(1)2.10cm或2.40cm(±0.05cm，有效數(shù)字位數(shù)要正確)(2)1.125m/s或1.25m/s(±0.05m/s，有效數(shù)字位數(shù)不作要求)小于(3)C解析(1)紙帶①中b、c間距為6.00cm－3.90cm＝2.10cm；紙帶②中b、c間距為6.50cm－4.10cm＝2.40cm；(2)紙帶①中c、e兩點(diǎn)間的平均速度為eq\x\to(v)①＝eq\f(10.50－6.00×10－2m,2×0.02s)＝1.125m/s；紙帶②中c、e兩點(diǎn)間的平均速度為eq\x\to(v)②＝eq\f(11.50－6.50×10－2m,2×0.02s)＝1.25m/s；可知紙帶①、②上c、e兩點(diǎn)間的平均速度eq\x\to(v)①小于eq\x\to(v)②；(3)由紙帶數(shù)據(jù)可知，紙帶①的加速度幾乎恒定，紙帶②的加速度不恒定，故選項(xiàng)C正確．3．(·江蘇·11)某興趣小組利用自由落體運(yùn)動(dòng)測(cè)定重力加速度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示．傾斜的球槽中放有若干個(gè)小鐵球，閉合開(kāi)關(guān)K，電磁鐵吸住第1個(gè)小球．手動(dòng)敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開(kāi)，第1個(gè)小球開(kāi)始下落，M迅速恢復(fù)，電磁鐵又吸住第2個(gè)小球．當(dāng)?shù)?個(gè)小球撞擊M時(shí)，M與觸頭分開(kāi)，第2個(gè)小球開(kāi)始下落……這樣，就可測(cè)出多個(gè)小球下落的總時(shí)間．圖3(1)在實(shí)驗(yàn)中，下列做法正確的有________．A．電路中的電源只能選用交流電源B．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方C．用直尺測(cè)量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度D．手動(dòng)敲擊M的同時(shí)按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得小球下落的高度H＝1.980m,10個(gè)小球下落的總時(shí)間T＝6.5s．可求出重力加速度g＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)在不增加實(shí)驗(yàn)器材的情況下，請(qǐng)?zhí)岢鰷p小實(shí)驗(yàn)誤差的兩個(gè)辦法．(4)某同學(xué)考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時(shí)間Δt磁性才消失，因此，每個(gè)小球的實(shí)際下落時(shí)間與它的測(cè)量時(shí)間相差Δt，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差．為此，他分別取高度H1和H2，測(cè)量n個(gè)小球下落的總時(shí)間T1和T2.他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除Δt對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？請(qǐng)推導(dǎo)說(shuō)明．答案(1)BD(2)9.4(3)增加小球下落的高度；多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取平均值(4)見(jiàn)解析解析(1)無(wú)論是交流電還是直流電，電磁鐵都可以具有磁性而正常工作，A錯(cuò)；要滿足實(shí)驗(yàn)條件，M必須在電磁鐵的正下方，B正確；考慮到實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，應(yīng)從小球下邊緣到M點(diǎn)的距離作為小球下落的高度，則C錯(cuò)；敲擊M的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)是準(zhǔn)確的，D正確．(2)由公式H＝eq\f(1,2)gt2、t＝eq\f(T,10)，計(jì)算得g＝9.4m/s2.(3)本題關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，因此采用累加法計(jì)時(shí)，同時(shí)適當(dāng)增加小球下落的高度可以減小誤差，多次測(cè)量求平均值是減小偶然誤差常用的方法．(4)由H1＝eq\f(1,2)geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T1,n)－Δt))2和H2＝eq\f(1,2)geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T2,n)－Δt))2，可解得g＝eq\f(2n2\r(H1)－\r(H2)2,T1－T22)從而消除Δt對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響．4．根據(jù)要求，完成“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)．圖4(1)如圖4甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)，另一端B連接兩條輕繩，跨過(guò)定滑輪后各拴一細(xì)繩套，分別掛上3個(gè)鉤碼和4個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼重1N)，調(diào)整滑輪的位置，穩(wěn)定后結(jié)點(diǎn)B位于O處，記下________和兩條輕繩的方向，取下滑輪及鉤碼．(2)如圖乙所示，取某單位長(zhǎng)度表示1N，用力的圖示作出兩條輕繩的拉力F1和F2；再用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把結(jié)點(diǎn)B也拉至O處，記下測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′＝________N，取下測(cè)力計(jì)．(3)在圖丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的圖示．(4)對(duì)比F和F′的大小和方向，發(fā)現(xiàn)它們不是完全一致的，其可能的原因是________________________________________________________________________.(填一個(gè)原因)答案(1)O的位置(2)5.0(3)如圖所示(4)測(cè)量存在誤差；作圖不準(zhǔn)確；彈簧測(cè)力計(jì)自身重力的影響；滑輪與繩之間的摩擦力等．解析(2)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為5.0N；(3)作出F1、F2兩個(gè)力的圖示，以F1、F2為兩鄰邊作出平行四邊形，對(duì)角線即為合力F，然后作出F′的圖示即可．5．某同學(xué)利用如圖5甲所示的裝置測(cè)量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來(lái)，在自由端掛上砝碼盤(pán)．通過(guò)改變盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)得6組砝碼的質(zhì)量m和對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l，畫(huà)出m－l圖線，對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)出，如圖乙所示．(重力加速度g＝10m/s2)圖5(1)采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，該彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_____N/m.(保留3位有效數(shù)字)(2)請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與考慮上砝碼盤(pán)的質(zhì)量時(shí)相比，結(jié)果________(填“偏大”“偏小”或“相同”)．答案(1)3.44(2)相同解析(1)由F＝kl－kl0和F＝mg以及圖象的斜率可計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(27.5×10×10－3,19－11×10－2)N/m＝3.44N/m.(2)未考慮砝碼盤(pán)的質(zhì)量，相當(dāng)于真實(shí)圖象向下平移，但斜率不變，因此，不影響對(duì)勁度系數(shù)的測(cè)量．6．某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示．已知小車質(zhì)量M＝214.6g，砝碼盤(pán)質(zhì)量m0＝7.8g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所使用的交流電頻率為f＝50Hz.其實(shí)驗(yàn)步驟是圖6A．按圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B．調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長(zhǎng)木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)；C．取下細(xì)繩和砝碼盤(pán)，記下砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m；D．將小車置于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器旁，先接通電源，再放開(kāi)小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；E．重新掛上細(xì)繩和砝碼盤(pán)，改變砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)A、B、C、D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．回答下列問(wèn)題：(1)按上述方案做實(shí)驗(yàn)，是否要求砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？________(填“是”或“否”)．(2)實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖7所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2.圖7(3)某同學(xué)將有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)計(jì)的表格中，如下表：次數(shù)12345砝碼盤(pán)中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49小車的加速度a/(m·s－2)0.881.441.842.382.89他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫(huà)出a－F圖象(如圖8)．造成圖線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的最主要原因是________________________________________________________________________，從該圖線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)可求出的物理量是________，其大小為_(kāi)_______．圖8答案(1)否(2)0.88(3)在計(jì)算小車所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼盤(pán)的重力(只要涉及“未考慮砝碼質(zhì)量的因素”就算正確)砝碼盤(pán)的重力0.08N解析(1)取下砝碼盤(pán)后，小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合外力即為砝碼和砝碼盤(pán)的總重力，而實(shí)驗(yàn)中的研究對(duì)象是小車，因此，實(shí)驗(yàn)中不必使砝碼及砝碼盤(pán)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．(2)a＝eq\f(8.64＋7.75－6.87＋6.00,4×0.12)×10－2m/s2，解得a＝0.88m/s2.(3)實(shí)驗(yàn)中本應(yīng)有(m0＋m)g＝Ma，由于實(shí)驗(yàn)中未計(jì)入砝碼盤(pán)質(zhì)量m0，測(cè)得的圖象與真實(shí)圖象相比沿F軸左移m0g，圖象將不過(guò)原點(diǎn)．由圖象及上述分析可知，m07．某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖9甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置．請(qǐng)完成下面部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程．甲乙圖9(1)如圖乙所示，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度Δd＝____cm；(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)得掛一根橡皮條時(shí)，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為Δt，則滑塊最后勻速運(yùn)動(dòng)的速度表達(dá)式為_(kāi)_______(用字母表示)．答案(1)0.500(2)eq\f(Δd,Δt)解析(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原理可得，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度Δd＝0.500cm.(2)滑塊彈離橡皮條后做勻速運(yùn)動(dòng)，做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為eq\f(Δd,Δt).

8．某同學(xué)利用光電門(mén)傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)研究小物體自由下落時(shí)機(jī)械能是否守恒的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖10所示，圖中A、B兩位置分別固定了兩個(gè)光電門(mén)傳感器．實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得小物體上寬度為d的擋光片通過(guò)A的擋光時(shí)間為t1，通過(guò)B的擋光時(shí)間為t2，重力加速度為g.為了證明小物體通過(guò)A、B時(shí)的機(jī)械能相等，還需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)測(cè)量和列式證明．圖10(1)(單選)下列必要的實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟是______．A．用天平測(cè)出運(yùn)動(dòng)小物體的質(zhì)量mB．測(cè)出A、B兩傳感器之間的豎直距離hC．測(cè)出小物體釋放時(shí)離桌面的高度HD．用秒表測(cè)出運(yùn)動(dòng)小物體通過(guò)A、B兩傳感器的時(shí)間Δt(2)若該同學(xué)用d和t1、t2的比值分別來(lái)反映小物體經(jīng)過(guò)A、B光電門(mén)時(shí)的速度，并設(shè)想如果能滿足________關(guān)系式，即能證明在自由落體過(guò)程中小物體的機(jī)械能是守恒的．(3)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可能會(huì)引起明顯誤差的地方是(請(qǐng)寫(xiě)出一種)：_ _______________________________________________________________________.答案(1)B(2)(d/t2)2－(d/t1)2＝2gh(3)小物體上擋光片的寬度d太大或h的測(cè)量不準(zhǔn)解析(1)由于重力勢(shì)能和動(dòng)能中均包括質(zhì)量m，因此小物體的質(zhì)量m不需要測(cè)量，A錯(cuò)誤；求物體重力勢(shì)能的減小量，需要測(cè)量下落高度，B正確；我們關(guān)心的是下落高度，與物體距離桌面的高度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；不需要測(cè)量物體下落所需的時(shí)間，D錯(cuò)誤．(2)物體通過(guò)兩光電門(mén)速度分別為eq\f(d,t1)、eq\f(d,t2)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即需要驗(yàn)證(eq\f(d,t2))2－(eq\f(d,t1))2＝2gh.(3)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可能會(huì)引起明顯誤差的地方是小物體上擋光片的寬度d太大、h的測(cè)量不準(zhǔn)等．【解題方法技巧8】力學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)策略——強(qiáng)化總結(jié)提升能力力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分在高考中常以運(yùn)動(dòng)的研究為