高考物理专题练习一力学实验

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　　高考物理专题练习一 力学实验 1．(6 分)在“验证力的平行四边形定则”实验中。

　　(1)某次实验中两弹簧测力计的读数分别为 F 1 ＝ N，F 2 ＝ N，如图甲所示，F 1 和 F 2的合力大小 F 合 ＝________N(保留三位有效数字)。

　　现保持 F 2 方向不变，减小 F 1 和 F 2 的夹角，为了使橡皮条的结点拉到同样的位置 O 点，下列说法正确的是________。

　　图甲 A．F 1 一定减小 B．F 1 一定增大 C．F 2 一定减小 D．F 2 一定增大 (2)某同学想知道弹簧测力计中弹簧的劲度系数，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图乙所示，他根据图中信息得出了弹簧的劲度系数 k＝________N/m(保留两位有效数字)。

　　图乙 2．(6 分)把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数，如图甲所示。

　　(1)未挂钩码之前，指针 B 指在刻度尺如图乙所示的位置上，记为________ cm； (2)将质量 50 g 的钩码逐个挂在弹簧Ⅰ的下端，逐次记录两弹簧各自的伸长量；所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸长量x，可描绘出如图丙所示的图象，由图象可计算出弹簧Ⅱ的劲度系数 k Ⅱ ＝________ N/m；(取重力加速度 g＝ m/s 2 ) (3)图丙中，当弹簧Ⅰ的伸长量超过 17 cm 时其图线为曲线，由此可知，挂上第________个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这对测量弹簧Ⅱ的劲度系数________(选填“有”或“没有”)影响(弹簧Ⅱ的弹性限度足够大)。

　　3．(6 分)某同学用图(a)的装置测量当地的重力加速度，框架竖直部分上装光电门 M 和 N，其旁竖一刻度尺，零刻度线在上端；框架水平部分用电磁铁吸住一小钢球。切断电源，小钢球由静止下落，当小球经过光电门时光线被遮挡，光电传感器会输出高电压。某次实验中，测得 M、N 两光电门对应的刻度分别为 x 1 、x 2 ，传感器的输出电压波形如图(b)所示，小球的直径为 d，则：

　　(1)小球经过光电门 M 时的速度为________(用物理量的符号表示)； (2)可求得当地的重力加速度为________(用物理量的符号表示)； (3)用游标卡尺测量小钢球的直径如图(c)所示，该小钢球的直径为________cm。

　　4．(6 分)在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验方案。操作如下：

　　(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应________(填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，起到纸带上打出的点迹________为止。

　　(2)已知小车质量为 M，盘和砝码的总质量为 m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力，应该满足的条件是 m________M(填“远小于”、“远大于”或“等于”)。

　　(3)图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度 a 与盘和砝码的总质量 m 之间的实验关系图象。若牛顿第二定律成立，则小车的质量 M＝________kg。

　　5．(7 分)如图是某小组验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在 B 处。测得滑块(含遮光条和拉力传感器)质量为 M、钩码的总质量为 m、遮光条的宽度为 d，当地的重力加速度为g。当气垫导轨充气后，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为 F，光电门记录的时间为 Δt。

　　(1)实验中是否要求钩码总质量 m 远小于滑块质量 M？________(填“是”或“否”)； (2)测得 AB 之间的距离为 L，则对滑块验证动能定理的表达式为________(用以上对应物理

　　量的符号表示)； (3)为减少实验误差，可采取的方法是( ) A．增大 AB 之间的距离 B．减少钩码的总质量 C．增大滑块的质量 D．减少遮光条的宽度 6．(4分)如图所示，某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证机械能守恒定律。实验步骤如下：

　　①将长为 L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高 H，在导轨上靠右侧 P 点处安装一个光电门 ②用 20 分度的游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度 d ③接通气源及光电计时器，将滑块从导轨靠近左端某处自由释放。测得滑块通过光电门时遮光时间为 Δt。

　　阅读上面的实验步骤回答下列问题：

　　(1)实验中已知当地重力加速度为 g，除上述步骤中测量的物理量之外，还需测量的物理量是________。

　　A．滑块的质量 M B．气垫导轨的倾斜角度 θ C．滑块释放处遮光条到光电门的距离 x D．滑块从开始运动至到达光电门所用的时间 t (2)请用题中所给的物理量及第(1)问中所选的物理量写出本实验验证机械能守恒的表达式___________________________________________________________。

　　7．(6 分)为了测量竖直方向的加速度，李明同学利用一根轻弹簧、刻度尺、钩码制作了一个测量加速度的装置。如图所示，轻弹簧上端固定在竖直放置的刻度尺的零刻度线处，下端不挂钩码时指针处在 A 位置，挂质量为 kg 钩码，静止时指针处在 B 位置，并把 B 位置标为加速度的 0 刻度值，g 取 10m/s 2 。

　　(1)弹簧的劲度系数 k＝________N/m。

　　(2)将该装置悬挂在竖直上升的升降机中，发现指针处在刻度尺的 C 位置，则 C 位置应标注的加速度值为________m/s 2 ；若指针处在 A、B 之间某位置，则该升降机处于________(选填“超重”或“失重”)状态。

　　8．(6 分)某同学用如图甲的装置来测定滑块与导轨间的动摩擦因数。在气垫导轨上安装了两个光电门 1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线跨过定滑轮与钩码相连。

　　(1)用游标卡尺测遮光条的宽度 d，图乙中游标卡尺读数为________cm。滑块在轨道上做匀加速运动时，先后通过光电门 1、2 所用的时间分别为 t 1 、t 2 ，两光电门间的距离为 L，用 d、t 1 、t 2 、L 表示滑块运动的加速度 a＝________。

　　(2)要使细线中拉力近似等于钩码重力，滑块质量 M 与钩码质量 m 应满足________关系。

　　(3)满足(2)后，调整气垫导轨水平，断开气源时，测得滑块在轨道上运动的加速度为 a 1 ；不改变钩码的质量，接通气源，测得滑块在轨道上运动的加速度为a 2 ，用a 1 、a 2 、g表示滑块与导轨间的动摩擦因数 μ＝________。

　　9．(8分)某兴趣小组设计了如下的实验，验证弹簧弹性势能的公式E p ＝ 12 kx2 ，式中k是劲度系数，x 是形变量(压缩量或伸长量)。

　　提供的器材：刻度尺、木板、木块、长度不同的弹簧(材料和规格相同)若干。

　　第一步：验证弹性势能与形变量的关系。

　　水平放置的木板左端固定一个弹簧，弹簧处于原长状态，木板与弹簧恰好接触并静止于 O点。用外力将木块向左推至 A 点后释放，木块在运动过程中与弹簧脱离，最终停在 B 点。测得 O、B 间的距离为 x 1 ，A、B 间的距离为 x 2 。重复上述过程多次。

　　(1)若以________为横轴，以 x 2 为纵轴做出的图象为过原点的直线，就验证了弹簧的弹性势能与其形变量的平方成正比的结论。

　　第二步：验证弹性势能与劲度系数的关系 (2)通过推导可得材料和规格相同但长度不同的弹簧，其劲度系数与弹簧的长度成________比。换用不同长度 L 的弹簧实验，保证弹簧每次有相同的形变量，测得多组 x 2 。若以 1L 为横轴，以________为纵轴做出的图象为过原点的直线，这就验证了弹簧形变量相同时，弹簧的弹性势能与其劲度系数成正比的结论。

　　(3)用本实验提供的器材和方法________(填“能”或“不能”)验证弹性势能公式中的系数 12 。

　　参考答案 1．解析 (1)如图所示，由余弦定理可得：

　　F 合 ＝ F 2 1 ＋F 2 2 －2F 1 F 2 cos 60°＝ N；现保持 F 2 方向不变， 减小 F 1 和F 2 的夹角，为了使橡皮条的结点拉到同样的位置O点，如图所示，可知：F 2 逐渐减小，F 1 先减小后增大。(2)在刻度尺上选取刻度，由胡克定律可知：k＝－ ×102 N/m＝ N/m≈59 N/m。

　　答案 (1)(～ 均对) C (2)59(59±1) 2．解析 (1)刻度尺读数需读到最小刻度的下一位，指针示数为 cm； (2)由图象中的数据可知，弹簧Ⅱ的形变量为 Δx＝ cm 时，拉力：F＝4×× N＝ N 根据胡克定律知：k 2 ＝FΔx ＝×10－ 2 N/m＝28 N/m； (3)由图象中的数据可知，当弹簧Ⅰ的伸长量为14 cm时，对应的拉力是 N，所以其劲度系数：k 1 ＝FΔx′＝×10－ 2 N/m＝14 N/m，弹簧Ⅰ的伸长量为 17 cm 时，对应的拉力 F′＝k 1 ·Δx″＝14× N＝ N，n＝ ＝，由此可知，挂上第 5 个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这时，弹簧Ⅱ的图线仍然是直线，说明对测量弹簧Ⅱ的劲度系数没有影响。

　　答案 (1) (2)28 (3)5 没有 3．解析 (1)利用平均速度代替瞬时速度算得小球经过光电门时的速度得，小球经过光电门时的速度为v M＝dΔt 1 ，v N ＝dΔt 2 ； (2)根据速度－位移公式得，(v 2 N －v 2 M )＝2g(x 2 －x 1 )，则重力加速度 g＝d 22（x 2 －x 1 ） (1Δt 2 2 －1Δt 2 1 )； (3)游标卡尺的读数为 4 mm＋×8 mm＝ mm＝ cm。

　　答案 (1)dΔt 1 (2)d 22（x 2 －x 1 ） (1Δt 2 2 －1Δt 2 1 ) (3) 4．解析 (1)平衡摩擦力时，由于打出的纸带点迹间距逐渐减小，说明是减速运动，故斜面倾角偏小，应增大斜面倾角，反复调节，直到打出的纸带点迹间距相等为止。

　　(2)以 M 和 m 系统为研究对象，mg＝(M＋m)a，以小车为研究对象 T＝Ma 联立方程得 T＝MM＋m ·mg＝11＋ mM·mg＜mg，当 m?M 时，分母近似等于 1，则 T≈mg。

　　(3)根据 mg＝(M＋m)a 变式为 1a ＝Mg ·1m ＋1g 由题意知 k＝ Mg ，b＝1g ，所以 M＝kb 。

　　由图象可知 k＝ －－0＝，b＝，所以 M＝ kg。

　　答案 (1)增大 间距相等 (2)远小于 (3) 5．解析 (1)拉力是直接通过传感器测量的与小车质量和钩码质量大小无关，故不需要钩码总质量 m 远小于滑块质量 M； (2)由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通过 B 点的速度为 v＝dΔt ，拉力做功为：W＝FL，动能的增加量为 ΔE k ＝12 M(dΔt )2 ，故本实验中验证动能定理的表达式为 FL＝ 12 M(dΔt )2 ； (3)由公式可知，实验误差来自长度的测量和速度的测量，为减小误差可以让 AB 之间的距离 L 增大或减小遮光片的长度，故 A、D 正确。

　　答案 (1)否 (2)FL＝ 12 M(dΔt )2 (3)AD 6．解析 物块经过 P 点时的速度 v＝dΔt ① 斜面的倾角为 θ，且 sin θ＝ HL ② 由机械能守恒定律：Mgxsin θ＝ 12 Mv2 ③ 故需要验证的表达式：2gxH＝d 2Δt 2 L④ 答案 (1)C (2)2gxH＝d 2Δt 2 L 7．解析 (1)由胡克定律得 mg＝kx AB ，所以弹簧的劲度系数 k＝20 N/m。

　　(2)由牛顿第二定律得 kx AC －mg＝ma，解得 a＝4 m/s 2 。若指针处在 A、B 之间，弹簧弹力小于钩码重力，可知升降机处于失重状态。

　　答案 (1)20 (2)4 失重 8．解析 (1)游标卡尺的读数为 2 mm＋ mm×5＝ mm＝ cm；根据 v 2 2 －v 2 1 ＝2aL 可得 a＝ d22L (1t 2 2－ 1t 2 1 )。

　　(2)若钩码的重力近似等于细线拉力，则钩码质量应远远小于滑块的质量。

　　(3)气垫导轨水平，气源断开时，对于滑块有 mg－μMg＝Ma 1 ；接通电源时，对滑块有 mg＝Ma 2 ，联立解得 μ＝ a 2 －a 1g。

　　答案 (1) d 22L (1t 2 2 －1t 2 1 ) (2)M 远远大于 m (3)a 2 －a 1g 9．解析 (1)弹簧的弹性势能 E p ＝ 12 k(x 2 －x 1 )2 ，由能量守恒 Ep ＝ μ mgx 2 ，由以上两式得 x 2 ＝k2μmg (x 2 －x 1 )2 ，故应以(x 2 －x 1 ) 2 为横轴，以 x 2 为纵轴建立坐标系做图象。

　　(2)把一劲度系数为k 0 ，长度为L 0 的弹簧看成是由n段等长的弹簧串联组成，每段弹簧的长度均为 L＝ L 0n，则各段弹簧的劲度系数为 k，对弹簧施加一拉力 F，平衡时，对整个弹簧伸长量为 x 0 ，每段弹簧的伸长量为 x，且 x 0 ＝nx，由胡克定律得 x 0 ＝ Fk 0 ，x＝Fk ，联立以上各式得 k＝L 0 k 0L，即弹簧的劲度系数与弹簧的长度

　　成反比。实验时同第一步有 12 kx2 ＝μmgx2 ，而 k∝ 1L ，故应以 x 2 为纵轴做出图象。

　　(3)因不能得到 E p 的具体数值，故不能验证弹性势能公式中的系数 12 。

　　答案 (1)(x 2 －x 1 ) 2 (2)反 x 2 (3)不能

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