1、1第 1 讲 力学实验限训练通高考 科学设题 拿下高考高分(45 分钟)1用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为_ mm，用 20 分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为_ mm.解析：螺旋测微器的固定刻度读数 6 mm，可动刻度读数为 0.01 mm12.50.125 mm，所以最终读数为 6 mm0.125 mm6.125 mm；游标卡尺的主尺读数为 6.3 cm63 mm，游标尺上第 12 个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为 0.05 mm120.60 mm，所以最终读数为 63 mm0.60 mm63.60 mm.答案：6.125(0.002
2、 均可) 63.602(2017高考全国卷)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器实验步骤如下：如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t；用 s 表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示， 表示滑块在挡光片遮住光线的v t 时间内的平均速度大小，求出 ；v将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤；多次重
3、复步骤；利用实验中得到的数据作出 t 图，如图(c)所示v2完成下列填空：(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则 与 vA、 a 和 t 的关系式为 _.v v(2)由图(c)可求得， vA_ cm/s， a_ cm/s 2.(结果保留 3 位有效数字)解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得 t vA t a( t)2，则 vA a t.(2)由 vA a t 结合题图(c)可知，图线与v12 v 12 v 12纵轴的交点的纵坐标即为 vA，将图线延长与纵轴相交，得 vA52.1 cm/s，图线的斜
4、率等于 a，即 a cm/s2，求得 a16.4 cm/s 2.12 12 53.60 52.120.18答案：(1) vA t (2)52.1 16.4a23在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块 A、 B，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为 m1和 m2.如图 a 所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块 A、 B 通过光电门的时间分别为 t1、 t2.(1)图 b 所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度 d 时所得的不同情景由该图可知甲同学测得的示数为_ mm，乙同学测得的示数为_ mm.(2)用测量的
5、物理量表示动量守恒应满足的关系式为_(用 m1、 m2、 t1、 t2、 d 表示)，被压缩弹簧开始贮存的弹性势能 Ep_.解析：(1)题图 b 中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为 3.5 mm，可动刻度读数为 0.01 mm0.50.005 mm，所以最终读数为 3.5 mm0.005 mm3.505 mm.同理，乙的读数为 3 3mm0.485 mm3.485 mm.(2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为 0 m1v1 m2v2，即m1v1 m2v2，根据光电门的性质可知 v1 ， v2 ，代入上式可得 ，根据功能关dt1 dt2 m1dt1 m2dt2系可知，压
6、缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块 A、 B 获得的动能，则有Ep m1v m2v ( )2 ( )2.12 21 12 2 m12 dt1 m22 dt2答案：(1)3.505(3.5033.507 均可) 3.485(3.4833.487 均可) (2) ( )m1dt1 m2dt2 m12 dt12 ( )2m22 dt24(2016高考全国卷)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势
7、能(1)实验中涉及下列操作步骤：把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号)(2)图(b)中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz.由 M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s.比较两纸带可知，_(填“ M”或“ L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大解析：(1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑
8、动，因此步骤为.(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此 M 纸带对应的实验中物块脱离弹簧时4的速度为 v 1.29 m/s.由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推2.5810 2 m0.02 s开物块后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此 M 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大答案：(1) (2)1.29 M5利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所示实验主要步骤如下：在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；用游标卡尺测量遮光条的宽度 d；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 L；将滑块移至光电门 1 左侧某处，待托盘静止不动时
9、，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小 F，从数字计时器读出遮光条通过光电门 1 的时间 t1，通过光电门 2 的时间 t2；用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量 M.回答下列问题：(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式_(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是_；A理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度B牵引滑块的细绳应与导轨平行C需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响D托盘和砝码的总质量 m 必须远小于滑块、遮光条
10、和拉力传感器的总质量 M(3)不计空气阻力，已知重力加速度 g 和实验测得的物理量，根据“ mg F ma”，可以计算托盘和砝码的总质量 m.若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为 m1；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为 m2，则 m1_m2(选填“大于”“等于”或“小于”)解析：(1)滑块经过两光电门的速度分别为 v1 、 v2 ，对滑块运用动能定理有d t1 d t2FL M( )2 M( )2.12 d t2 12 d t15(2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故 A 正确；牵引滑块的细绳应与导轨
11、平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功，导致计算结果不准确，故 B 正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，故 C 错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量 m 不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量 M，故 D 错误(3)不考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为 a1，则( )2( )22 a1Ld t2 d t1考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为 a2，则 v1 a2 ， v2 a2 ，2 a2L v vd t1 t12 d t2 t22 2 21联立以上几式得2a2L( )2( )2 a (
12、t1)2( t2)2d t2 d t1 142故 2a1L2a2L， a1a2，由 m ，得 m1m2.Fg a答案：(1) FL M( )2 M( )2 (2)AB (3)大于12 d t2 12 d t16.某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球(小球与弹簧不连接)，压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中(管径略大于两球直径)，金属管水平固定在离地面一定高度处，如图所示解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工
13、具，并按下述步骤进行实验：用天平测出两球质量分别为 m1、 m2；用刻度尺测出两管口离地面的高度均为 h；解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点 M、 N.根据该小组同学的实验，回答下列问题：(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有_A弹簧的压缩量 xB两球落地点 M、 N 到对应管口 P、 Q 的水平距离 x1、 x2C小球直径D两球从弹出到落地的时间 t1、 t2(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为_.(3)用测得的物理量来表示，如果满足关系式_，则说明弹射过程中系统动6量守恒解析：(1)弹簧弹出两球过程中，系统机械能守恒，要测定压缩弹簧的弹性势
14、能，可转换为测定两球被弹出时的动能，实验中显然可以利用平抛运动测定平抛初速度以计算初动能，因此在测出平抛运动下落高度的情况下，只需测定两球落地点 M、 N 到对应管口 P、 Q 的水平距离 x1、 x2，所以选 B.(2)平抛运动的时间 t ，初速度 v0 ，因此初动能2hg xtEk mv ，由机械能守恒定律可知，压缩弹簧的弹性势能等于两球平抛运动的初动12 20 mgx24h能之和，即 Ep .(3)若弹射过程中系统动量守恒，则 m1v01 m2v02，代入初速m1gx214h m2gx24h度得 m1x1 m2x2.答案：(1)B (2) Ep m1gx214h m2gx24h(3)m1
15、x1 m2x27某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则实验步骤：将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为 O1、 O2，记录弹簧测力计的示数 F，测量并记录 O1、 O2间的距离(即橡皮筋的长度 l)每次将弹簧测力计示数改变 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05找出中 F2.50 N 时橡皮
16、筋两端的位置，重新标记为 O、 O，橡皮筋的拉力记为 FOO .在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙所示用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端达到 O 点，将两笔尖的位置标记为 A、 B，橡皮筋 OA 段的拉力记为 FOA， OB 段的拉力记为 FOB.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出 F l 图线，根据图线求得 l0_ cm.7(2)测得 OA6.00 cm， OB7.60 cm，则 FOA的大小为_ N.(3)根据给出的标度，在图丁中作出 FOA和 FOB的合力 F的图示(4)通过比较 F与_的大小和方向，即可得出实验结论解析：(1)根据表格数据，作出 F l 图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l010.0 cm.(2)橡皮筋总长 l OA OB13.60 cm，根据 F l 图线，可读出橡皮筋长度 l13.60 cm 时橡皮筋的拉力为 1.80 N.(3)根据平行四边形定则作图，对角线表示合力 F.(4)若 F与 FOO 在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的答案：(1)如图所示 10.0(9.8、9.9、10.1 均正确)(2)1.80(1.701.90 均正确)(3)如图所示8(4)FOO
