2019版高考物理二轮复习专题检测：12 “分门别类”重温基础实验——系统方法(含解析)

专题检测（十二）  “分门别类”重温基础实验——系统方法

1．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带，如图甲所示，并在其上选取A、B、C、D、E、F、G 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点在图中没有画出，电火花计时器接220 V、50 Hz交流电源。

(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算打下F点时物体的瞬时速度vF的表达式为vF＝____________。

(2)他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如表所示。以A点对应的时刻为t＝0时刻，试在如图乙所示坐标系中作出物体的v­t图像，并利用该图像求出物体的加速度大小a＝________m/s2(计算结果保留一位有效数字)。

(3)计数点A对应的速度大小是________m/s(计算结果保留一位有效数字)。

(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析：(1)打下F点时物体的瞬时速度vF的表达式为：vF＝＝。

(2)物体的v­t图像如图所示，则图像的斜率为物体的加速度大小，即a＝＝

 m/s2＝0.4 m/s2。

 (3)由v­t图像可知计数点A对应的速度大小为0.1 m/s。

(4)若当时电网中交变电流的电压变成210 V，对打点的时间间隔无影响，则加速度的测量值与实际值相比不变。

答案：(1)　(2)见解析图　0.4　(3)0.1  (4)不变

2．(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m0。用实验中的测量量和已知量表示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＝，而H＝at2，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＋m0)a，又H＝at2，解得g＝。

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)

3.某同学用如图所示装置来验证机械能守恒定律。质量均为M的物体A、B通过细绳连在一起，物体B上放置质量为m的金属片C，在其正下方h处固定一个圆环，P1、P2是相距为d的两个光电门。释放后，系统由静止开始运动，当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，数字计时器测出物体B通过P1、P2的时间为t。

(1)物体B刚穿过圆环后的速度v＝________。

(2)实验中只要验证________(填正确选项的序号)等式成立，即可验证机械能守恒定律。

A．mgh＝Mv2　　　　　 B．mgh＝Mv2

C．mgh＝(2M＋m)v2  D．mgh＝(M＋m)v2

(3)本实验中的测量仪器除了图中器材和刻度尺、电源外，还需要________。

解析：(1)物体B穿过圆环后做匀速直线运动，速度v＝。

(2)由题意可知，系统A、B、C减小的重力势能转化为系统增加的动能，即：mgh＋Mgh－Mgh＝(2M＋m)v2，得：mgh＝(2M＋m)v2，故C对。

(3)由mgh＝(2M＋m)v2知，除了刻度尺、光电门、数字计时器、电源外，还需要天平称出各物体的质量。

答案：(1)　(2)C　(3)天平

4．(2019届高三·太原模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，实验小组找到一根橡皮筋和一个弹簧测力计，他们进行了如下操作，请将实验操作和处理补充完整。

(1)用刻度尺测量橡皮筋的自然长度L＝20 cm。

(2)将橡皮筋一端固定在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉橡皮筋的另一端，测量橡皮筋的长度，记录测力计的示数，分析数据，得出结论：橡皮筋的弹力与其伸长量成正比，且比例系数为k＝0.20 N/cm。

(3)将橡皮筋的两端固定在水平面上的A、B两点，A、B两点间距为20 cm。

(4)在弹簧测力计挂钩上涂抹少许润滑油，将挂钩搭在橡皮筋的中点，用手在水平面内沿AB的垂直方向拉测力计，稳定后如图甲所示，测得橡皮筋的总长度为30 cm。弹簧测力计的示数如图乙所示，则读数为F＝________N。

(5)根据上述数据可求得橡皮筋此时的弹力T＝_______N。

(6)在图甲中根据给出的标度，作出橡皮筋对弹簧测力计挂钩拉力的合力F′的图示。

(7)比较F′与________(填物理量的符号)的大小是否相等、方向是否相反，即可验证实验结论。

解析：(4)由题图乙可知弹簧测力计读数为3.46 N。

(5)橡皮筋伸长量x＝30 cm－20 cm＝10 cm，橡皮筋此时弹力T＝kx＝2.0 N。

(6)橡皮筋两侧的夹角为60°，F1＝F2＝2.0 N，合力F′的图示如图所示。

(7)理论上橡皮筋对弹簧测力计挂钩拉力的合力与弹簧测力计对橡皮筋的拉力等大反向，所以要比较F′与F的大小是否相等、方向是否相反。

答案：(4)3.46(3.45～3.47均可)　(5)2.0(2或2.00均可)  (6)见解析图　(7)F

5．为了用实验验证牛顿第二定律，现提供如图甲所示的实验装置。请回答下列问题：

(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响，应采取的做法是(　　)

A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上

(2)在实验中得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则小车加速度的表达式为a＝____________。

(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，研究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a ­ F图线，如图丙所示。图线________(选填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中的砝码总质量

m＝________kg。

解析：(1)为平衡摩擦力，应使小车重力沿木板的分力与摩擦力等大反向，此时不能挂钩码，且小车应做匀速直线运动，C正确。

(2)计算加速度时可由逐差法得到三个加速度再取平均值，此时误差较小，即

a＝＝

＝。

(3)轨道倾角太大，即使没有挂钩码小车也能加速下滑，因此图线①为轨道倾斜的情况下得到的。当轨道倾斜时，有F＋mgsin θ－Ff＝ma，当F＝0时，有a＝2 m/s2；当F＝1 N时，有a＝4 m/s2，代入可得m＝0.5 kg。

答案：(1)C　(2)  (3)①　0.5

6．学习了机械能守恒定律之后，某研究性学习小组自行设计了“探究弹簧的弹性势能与形变量的关系”实验。他们的方法如下：

(1)如图甲所示，在轻弹簧上端连接一只力传感器，然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器上读出。用刻度尺测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量。实验获得的数据如表格所示：

(2)以x为横坐标，F为纵坐标，请你在图乙的坐标纸上描绘出F与x的关系图线。并由图线求得该弹簧的劲度系数k＝________(保留两位有效数字)。

(3)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图丙所示。调整导轨水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的时间近似相等。

(4)用天平称出滑块的质量m＝300 g。

(5)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为________________。

(6)多次重复(5)中的操作，在弹簧弹性限度内得到v与x的数据整理如表所示：

(7)结合上面测出的劲度系数k和滑块质量m，可得到的表达式：__________________。

(8)由上述实验可得出的结论：________________________________________________

______________________________________________________________________。

解析：(2)根据数据画出的F­x图像如图所示，

根据图像可得：k＝＝ N/m≈82 N/m。

(5)释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为滑块的动能。

(7)根据所测量的数据，结合k＝82 N/m及m＝0.3 kg，归纳得出：kx2＝mv2。

(8)由上述实验可得出的结论：在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比。

答案：(2)见解析图　82 N/m(80～84 N/m均可)　

(5)滑块的动能　(7)kx2＝mv2　

(8)在实验误差允许的范围内，弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比

7．(2018·江西九校联考)利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：

①用天平测出滑块A、B的质量分别为200 g和300 g；

②安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

③向气垫导轨通入压缩空气；

④把A、B两滑块放到导轨上，并给它们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为Δt＝0.2 s, 照片如图所示：

结合实验过程和图像分析知：该图像是闪光4次所得的照片，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0～80 cm刻度范围内；第一次闪光时，滑块A恰好通过x＝55 cm处，滑块B恰好通过x＝70 cm处；碰撞后有一个滑块处于静止状态。 设向右为正方向，试分析：

滑块碰撞时间发生在第一次闪光后________s，碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是________kg·m/s，碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是_________kg·m/s。

以上实验结果说明，在碰撞过程中保持不变的物理量是__________________________

________________________________________________________________________。

解析：由题意及题图易知，第二次、第三次和第四次闪光时，B始终在x＝60 cm处，说明碰后B静止，滑块碰撞位置发生在60 cm处；第一次闪光时A在x＝55 cm处，第二次闪光时A在x＝50 cm处，说明碰前位移为5 cm，碰后位移为－10 cm，设碰后A的速度为vA′，由题图可知：vA′Δt＝－20 cm，vA′t1＝－10 cm，所以t1＝Δt＝0.1 s，t0＝Δt－t1＝0.1 s，所以滑块碰撞时间发生在第一次闪光后0.1 s；碰前A的速度vA＝ m/s＝

0.5 m/s，A的动量pA＝mAvA＝0.2×0.5 kg·m/s＝0.1 kg·m/s；碰前B的速度vB＝－ m/s＝

－1 m/s，B的动量pB＝mBvB＝0.3×(－1)kg·m/s＝－0.3 kg·m/s，碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是－0.2 kg·m/s；碰后A的速度vA′＝－ m/s＝－1 m/s，A的动量pA′＝mAvA′＝0.2×(－1)kg·m/s＝－0.2  kg·m/s；以上实验结果说明，在碰撞过程中保持不变的物理量是两滑块的质量与速度的乘积之和。

答案：0.1　－0.2　－0.2　两滑块的质量与速度的乘积之和

8．(2018·宜宾模拟)某同学设计了如图甲所示的实验装置来验证动能定理。一个电磁铁吸住一个小钢球，将电磁铁断电后，小钢球由静止开始向下加速运动。小钢球经过光电门，计时装置记录小钢球通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1和t2，用刻度尺测得两光电门中心之间的距离为h，已知当地重力加速度为g。

(1)该同学用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如图乙所示，小钢球的直径d＝________cm。

(2)小钢球通过光电门1时的速度大小为v1＝_________________________________

_________________________。

(3)若上述测量的物理量满足关系式______________________________，则动能定理得以验证。[(2)、(3)问用所测物理量的字母表示]

解析：(1)根据游标卡尺的读数规则可得，小钢球的直径

d＝0.5 cm＋0.05 mm×4＝0.520 cm。

(2)小钢球通过光电门1时的速度大小为v1＝。

(3)若测量的物理量满足关系式m2－m2＝mgh，即2－2＝2gh，则动能定理得以验证。

答案：(1)0.520　(2)　(3)2－2＝2gh