2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：高考真题专项突破（六）　力学实验题

高考真题专项突破(六)　力学实验题

[真题1]　(2018·北京卷)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．

主要实验步骤如下：

a．安装好实验器材．接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．

b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示．

c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……

d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示．

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有     和      (填选项前的字母)．

A．电压合适的50 Hz交流电源

B．电压可调的直流电源

C．刻度尺

D．秒表

E．天平(含砝码)

(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v－t图象．

(3)观察v－t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是              ．v－t图象斜率的物理意义是           ．

(4)描绘v－t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是    (填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差     (填“有关”或“无关”)．

(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的．当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想．请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的．

解析：(1)打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度．故需要的仪器选A和C.

(2)利用所给点迹描点连线，得图象如下图所示，其中C点的横坐标为3T，纵坐标为v3.

(3)结合图象可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图象的斜率代表了运动时的加速度．

(4)Δt越小，则越接近计数点的瞬时速度，所以Δt越小越好，计算速度需要用到Δx的测量值，所以大小与速度测量的误差有关．

(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化．(要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证．)

答案：(1)A　C　(2)见解析　(3)小车的速度随时间均匀变化　加速度　(4)越小越好　有关　(5)见解析

[真题2]　(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为   _ cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为    N/m(保留3位有效数字)．

解析：实验所用的游标卡尺精度为0.05 mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm＋15×0.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm.

托盘中放有质量为m＝0.100 kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8 N＝0.980 N，弹簧伸长x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm＝0.01825 m，根据胡克定律，F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝＝53.7 N/m.

答案：3.775　53.7

[真题3]　(2018·全国卷Ⅱ)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值从图(b)中弹簧秤的示数读出.

回答下列问题：

(1)f4＝     N；

(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f－m图线；

(3)f与m、木块质量M、木板和木块之间的滑动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式f＝   ，f－m图线(直线)的斜率的表达式k＝     ；

(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝    .(保留2位有效数字)

解析：①描点连线时要注意让所有点均匀分布在线上或线的两边　②要结合图象坐标整理出相应的数学函数，然后观测斜率和截距分别代表什么．

(1)指针在2.7与2.8之间，估读为2.75 N

(2)描点画线注意让所有点均匀分布在线上或线的两边，作图如下：

(3)木块受到的是滑动摩擦力，根据滑动摩擦力的定义知f＝μ(M＋m)g＝(μg)m＋μMg

所以图象的斜率k＝μg

(4)取g＝9.80 m/s2，取图象上相距较远的两点求斜率k＝＝3.9，则μ＝＝≈0.40.

答案：(1)2.75　(2)见解析　(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40　

[命题情报]

高考试题主要考查基础知识与基本技能：重视对基本原理和基本方法的考查．如实验原理，基本测量仪器的原理，数据的处理和分析，光电门等相关数字化仪器的使用．

1．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图(a)所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐．将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心正上方．用手带动钢球，设法使它在空中做匀速圆周运动，通过俯视观察发现其做圆周运动的半径为r，钢球的质量为m，重力加速度为g.

(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为：    ；

(2)通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为h，那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为F＝    ；

(3)改变小球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图(b)所示的－h关系图象，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为    ．

解析：(1)根据向心力公式：Fn＝m，而v＝，T＝，得：Fn＝m；

(2)如图由几何关系可得：Fn＝mgtan θ＝mg；

(3)由上面分析得：mg＝m，整理得：

＝·h，故斜率表达式为.

答案：(1)m　(2)mg　(3)

2. 某探究学习小组的同学要验证“牛顿第二定律”，他们在实验室组装了一套如图甲所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光片，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力，传感器示数为传感器右端细线对它的拉力．(图中未画出)

(1)该实验中小车所受的合力    (填“等于”或“不等于”)力传感器(质量不计)的示数，该实验    (填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．

(2)实验需用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙所示，d＝m m.若实验中没有现成的挡光片，某同学用一宽度为7 cm的金属片替代，这种做法    (填“合理”或“不合理”)．

(3)实验获得以下测量数据：小车和挡光片的总质量M，挡光片的宽度d，光电门1和2的中心距离s.某次实验过程测量的数据：力传感器的读数为F，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，则该实验要验证的式子是    .

解析：(1)由于装有力传感器，小车所受拉力大小可以从传感器读取，故本实验不需要满足砝码和盘总质量远小于小车总质量，且由于实验前已经通过倾斜滑板平衡摩擦力，故小车所受到的合力等于传感器受到的拉力．

(2)由图示游标卡尺可知，挡光板的宽度：d＝7 mm＋0.05×7 mm＝7.35 mm.实验时把小车经过挡光片时的平均速度作为小车的瞬时速度，挡光片的宽度越窄，小车经过挡光片时的平均速度越接近小车的瞬时速度，挡光片的宽度越大，小车的速度误差越大，不能用7 cm的金属片替代挡光片．

(3)由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门1速度为：v1＝，滑块通过光电门2速度为：v2＝，根据功能关系需要验证的关系式为：Fs＝Mv－Mv，即：F＝(－)．

答案：(1)等于　不需要　(2)7.35　不合理　(3)F＝(－)

3．某同学使用有透光狭缝的钢条和光电计时器的装置测量重力加速度(图甲)．在钢条下落过程中，钢条挡住光源发出的光时，计时器开始计时，透光时停止计时，若再次挡光，计时器将重新开始计时．实验中该同学将钢条竖直置于一定高度(下端A高于光控开关)，由静止释放，测得先后两段挡光时间t1和t2.

(1)用游标卡尺测量AB、AC的长度，其中AB的长度如图乙所示，其值为   mm.

(2)该同学利用AB＝及AC＝，求出AB、AC，再利用测量的时间t1和t2，可得到重力加速度的表达式为    (用AB，AC及给出的时间表示)；若狭缝宽度不能忽略，则测量值比真实值    (填“偏大”或“偏小”)

解析：(1)标卡尺的主尺读数为74 mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为0.1×3 mm＝0.3 mm，所以最终读数为：74 mm＋0.3 mm＝74.3 mm.

(2)该同学利用AB＝，AC＝，根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度表示钢条运动的中间时刻瞬时速度，重力加速度为g＝＝.若狭缝宽度不能忽略，A到C的实际时间大于t1＋t2.所以测量得到的重力加速度值比其真实值偏大．

答案：(1)74.3　(2)　偏大