2013年高考物理二轮复习精品学案专题十一：力学实验

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2013高考二轮复习专题精品学案
高考二轮专题复习精品学案专题十一
力学实验
【重点知识解读】
高考力学实验包括三个验证性实验（验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律）和三个研究探究性实验（研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、探究动能定理），
探究性实验一般采用图象法处理实验数据，作图时要设法选择适当的物理量作纵横坐标轴，使图象线性化，即“变曲为直”。例如探究加速度与质量的关系，将a—1/m图象改画成a—m图象，探究“动能定理”实验画成△Ek—W图象。
验证型实验常用的实验思想有：
⑴控制变量法。自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的，决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较，研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。验证牛顿第二定律采用控制变量法。
⑵转换法。在物理实验的现象观察和物理量测量中，有些现象难以观察到，有些物理量不容易测量，利用这些物理现象的某种效应或这个物理量与其他物理量的联系，通过转移实验手段，可以把难以观察到的现象转化为容易观察的径迹和闪光，把不容易测量的物理量转化为容易测量的物理量进行测量，达到化不易为易、化不能为能，这就是转换法。验证碰撞中动量守恒实验把小球速度的测量转化为水平位移的测量。研究牛顿第二定律实验中把加速度的测量通过打点计时器打出的点迹转换为位移测量。验证机械能守恒定律实验中把速度测量通过打点计时器打出的点迹转换为位移测量。
⑶等效替代法。所谓等效替代法就是把复杂的物理现象和过程用简单的进行等效替代，或利用另一种测量仪器进行等效替代的思想方法。例如在验证力的平行四边形定则实验中，利用橡皮条伸长的长度相同，来保证合力与分力的等效性。
【高考命题动态】
力学实验是高考考查重点之一，研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律三个实验命题频率较高。高考一般采用组合、嫁接、拓展等形式命题考查。
【最新高考题分析】
典例1.（2012·广东理综物理）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）
②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表表：
代表符号
L0
Lx
L1
L2
L3
L4
L5
L6
数值（cm）
25.35
27.35
29.35
31.30
33.4
35.35
37.40
39.30
表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______。由表可知所用刻度尺的最小长度为______。
③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L0或Lx”）。
④由图可知弹簧的劲度系数为_________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2）。
【答案】①竖直②稳定 L3 1mm ③ Lx 4.9N/m 10
【解析】：由表中记录的数据可知，实验所用刻度尺最小刻度为1mm，记录数据应该估读到0.1mm，所以L3数值记录不规范。由于纵轴是砝码的质量，横轴应是弹簧长度与弹簧下端挂上砝码盘时长度Lx 的差值。由mg=kx可知，图象斜率等于弹簧的劲度系数为4.9N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为10g。
【考点定位】此题考查探究弹力与弹簧伸长量的关系实验。
典例2（2012·浙江理综）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤。
为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到实验数据如下表：
弹力F(N)
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
伸长量x(10-2m)
0.74
1.80
2.80
3.72
4.68
5.58
6.42
用作图法求得该弹簧的劲度系数k= N/m；
(2)某次实验中，弹簧秤的指针位置如图所示，其读数为 N,同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；
（3）由图得到F合= N。
【答案】：（1）53
（2）2.10
（3）3.3
【解析】画出弹力F随伸长量x变化关系图象，由图象斜率可得该弹簧的劲度系数k=53N/m；作出两个力的图示，根据平行四边形定则，得出这两个共点力的合力F合=3.3N。
典例3：（2012·安徽理综）图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板上滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是
A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。
C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动。
(2)实验中要进行质量和M的选取，以下最合理的一组是
A. M=20 g,m=10g、15 g、20、25 g、30 g、40 g
B. M =200 g, m=20 g、40 g、60、80 g、100 g、120 g
C. M =400 g, m=10 g、15 g、20、25 g、30 g、40 g
D. M =400 g, m=20 g、40 g、60、80 g、100 g、120 g
（3）图2 是实验中得到的一条纸带，、、、、、、为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为=4.22 cm、=4.65 cm、=5.08 cm、=5.49 cm、=5.91 cm、=6.34 cm 。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，,则小车的加速度a= m/s2 （结果保留2位有效数字）。
【答案】（1）B（2）C（3）0.42
【解析】实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板上滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是：将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。选项A正确。实验中要进行质量和M的选取，要M远大于m，最合理的一组是C。由T=0.02s×5=0.1s，△x=aT2和逐差法可得小车的加速度a=0.42m/s2。
【考点定位】此题考查“验证牛顿第二定律”的实验。
典例4.（2012·全国理综）图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。
（1）完成下列实验步骤中的填空：
①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点。
②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。
③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。
④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。
⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，…。求出与不同m相对应的加速度a。
⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做出--m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）。
（2）完成下列填空：
（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。
（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=__________。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=__________mm，s3=__________mm。由此求得加速度的大小a=__________m/s2。
（ⅲ）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为___________。
【答案】：（1）①均匀⑥线性
（2）（ⅰ）远小于小车和小车中砝码的质量之和
（ⅱ） 24.1 47.3 1.16（ⅲ）1/k b/k 【解析】：（1）由加速度与小车和砝码的总质量成反比，即a∝1/( M+m)可知，与m处应成线性关系。（2）小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是远小于小车和小车中砝码的质量之和。由于打点的时间间隔为Δt，相邻计数点的时间间隔为5Δt，由s3 -s1=2a·5Δt，解得a=。根据刻度尺读数规则，s1=36.6mm-12.5mm=24.1mm，s3=120.0mm-72.7mm=47.3mm。Δt=0.02s，代人a=得到a==1.16 m/s2。设小车质量为M，由F=(M+m)a，变换成=m+M。对比实验图线图3，由=k可得小车受到的拉力为F=1/k，由M=b可得M=b/k 。
【考点定位】考查验证牛顿第二定律实验。
典例5．（2011海南物理卷14题）现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图2甲所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B 两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；
（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_____。动能的增加量可表示为________。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为= ________.
(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：
1
2
3
4
5
s（m）
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
t（ms）
8.22
7.17
6.44
5.85
5.43
（104s-2）
1.48
1．98
2.41
2.92
3.39
以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图2乙位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=______×104m-1·s-2 (保留3位有效数字).由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出-s直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。
【解析】：此题考查用气垫导轨验证机械能守恒定律实验。（1）设倾斜的气垫导轨倾角为α，则有sinα=h/d，滑块、遮光片重力势能的减小量为Mgssinα，砝码重力势能的增加量为mgs，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量为Mgssinα-mgs=Mgsh/d–mgs=(Mh/d-m)gs.。滑块通过B点时速度v=b/t，动能的增加量为mv2=mb2/t2。若在运动过程中机械能守恒，则有(Mh/d-m)gs.=mb2/t2。与s的关系式为=(-1)gs。
（2）根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=2.49×104m-1·s-2
【答案】 (1) (Mh/d-m)gs mb2/t2 (-1)gs （2）2.49
【点评】机械能守恒定律是力学重要定律，可以设计多种实验验证机械能守恒定律，验证机械能守恒定律实验成为高考考查的热点和重点。高考中的验证机械能守恒定律的设计性实验难度中等。
【最新模拟题训练】。
1．（2013安徽江南十校摸底）右图是“探究小车速度随时间变化规律”的实验中打出的一条纸带，已知交流电源的频率是50Hz。纸带上每两个计数点间还有四个计时点未画出。
（1）打D点时，小车的速度大小是 m/s；
（2）如果小车系在纸带的F端，那么小车是做 直线运动（选填“匀加速”或“匀减速”）。
答案：（1）0.23（2）匀减速
解析：根据在中间时刻的瞬时速度等于CE这段时间的平均速度得到打D点时小车的速度大小是0.23m/s；如果小车系在纸带的F端，打出的点之间的距离越来越小，所以小车是做匀减速直线运动。
2．（2013安徽江南十校摸底）（1）某实验中需要测量一根钢丝的直径（约0.5mm），为了得到尽可能精确的测量数据，应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺（游标尺有10个等分刻度）中，选择 进行测量；
（2）用螺旋测微器测量某工件的厚度，示数如图所示，则工件的厚度为 mm。
答案：（2）螺旋测微器（2）2.203
解析：测量一根钢丝的直径，选择螺旋测微器进行测量；工件的厚度为2mm+0.203mm=2.203mm。
3. （6分）（2013广西三校联考）某同学在实验室分别用精度是0.l mm、0.05 mm和0.02 mm三种卡尺测量同一物件的长度，测量情况如下图中甲、乙和丙所示。
由图中读出的该物件的长度分别为 cm、 cm和 cm。
答案：6.63 6.635 6.634
解析：甲图游标上第3个刻度线与主尺刻度线对齐，读数是66mm+3×0.1mm=66.3mm=6.63cm；乙图游标上第7个刻度线与主尺刻度线对齐，读数是66mm+7×0.05mm=66.35mm=6.635cm；丙图游标上第17个刻度线与主尺刻度线对齐，读数是66mm+17×0.02mm=66.34mm=6.634cm。
4. （2013衡水中学调研）如图所示是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．
(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．
(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距x＝________cm；C点对应的速度是________m/s(计算结果保留三位有效数字)．
. 答案： (1)0.02 s　(2)0.66～0.70 cm　0.100 m/s
解析：纸带上打相邻两点的时间间隔为为0.02s。A、B两点间距x＝0.68cm；BC和CD之间的时间都为0.10s， C点对应的速度是v=×10-2m/s=0.100m/s。
5、（2013衡水中学调研）有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题：
(1)改变钩码个数，实验能完成的是 .
A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4
B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4
C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4
D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是 .
A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C．用量角器量出三段绳子之间的夹角
D．用天平测出钩码的质量
(3)在作图时，你认为图示中________是正确的．(填“甲”或“乙”)
. 答案：(1)BCD　(2)A　(3)甲
解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|＜F3＜F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的．
(2) 在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向。　
(3)F3的方向一定竖直向下，而F1和F2合力方向由于测量误差可能偏离竖直向上方向，所以甲是正确的。
6（11分）（2013广西三校联考）某同学利用图甲所示的实验装置做了这样的实验。
①按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块。释放小车，小车由静止开始运动。
②按实验要求正确装上纸带，让小车靠近打点计时器，按住小车，打开打点计时器电源，释放小车，获得一条带有点列的纸带。
③在获得的纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点A，B，C，…。测量相邻计数点的间距S1，S2，S3，…。并将其记录在纸带上对应的位置处。
完成下列填空：
（1）已知实验装置中打点计时器的电源为50Hz的低压交流电源，若打点的时间间隔用△t表示，则△t= s。
（2）设纸带上五个相邻计数点的间距为s1、s2、s 3和s 4。a可用s 1、s 4和△t表示为a= ;vB可用s1、s2和△t表示为vB= 。
（3）图乙为用米尺测量所得纸带上的s1、s2、s3和s4的情况，由图可读出s1= cm，s2= cm，s4= cm。由此求得加速度的大小a= m/s2，vB= m/s（计算结果取3位有效数字）。
答案：（1）0.02 （2）
（3）1.68 2.42 3.88 0.735 0.205
解析：打点的时间间隔△t=1/50s=0.02s。由△s=aT2,T=5△t得s 4 -s 1=3a(5△t)2，解得a=。vB==。
s1=2.58cm-0.90cm=1.68cm，s2=5.00cm- 2.58cm=2.42cm，s4=12.00cm-8.12cm=3.88cm。
a==0.735 m/s2，vB==0.205 m/s。
7（2013广东二校联考摸底)在验证牛顿第二定律的实验中，采用如右图所示的实验装置。在探究加速度a与所受外力F的关系实验过程，某小组得到了如图所示的纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的频率为50Hz的交流电，则两计数点间的时间间隔为 s，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。（保留两位有效数字）由于他们操作不当得到的a-F关系图象如图所示，其原因是
（2）答案：0.10 0.50 没有平衡摩擦力或木板倾角过小
解析：两计数点间的时间间隔为5×0.02s=0.10s；由△x=aT2和逐差法求得小车的加速度大小为a=0.50m/s2。得到的a-F关系图象如图所示，其原因是没有平衡摩擦力或木板倾角过小.
8．（6分）（2013届江西省重点中学高三联考）(1)我们已经知道，物体的加速度（a）同时跟合外力（F）和质量（M）两个因素有关。要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是

（2）某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法而带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：
a：用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是 。
b：使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于 。
（3）该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：
A、利用公式计算； B、根据利用逐差法计算。
两种方案中，你认为选择方案_________比较合理。
[来源:Z。xx。k.Com]
（6分）答案：（1）控制变量法;（或先保持M不变，研究a与F的关系；再保持F不变，研究a与M的关系）（2分）；
（2）a.平衡摩擦力(1分)；b.砂桶的重力 (1分)；
（3）B (2分)；来源:Z。xx。k.Com]
解析：要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法而带来的实验误差，使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力；用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据利用逐差法计算，选项B正确。
9. （2013哈尔滨三中月考）做匀变速直线运动的小车带动纸带通过打点计时器，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），已知打点计时器使用的是50Hz的交变电流，则打点计时器在打“1”时的速度v1 ＝______m/s，平均加速度为a＝______m/s2。由计算结果可估计出第5个计数点与第6个计数点之间的距离最可能是______㎝。 （结果均保留3位有效数字）。
.答案：4.91m/s 0.880±0.01m/s2 8.86±0.01cm（每空2分）
解析：打点计时器在打“1”时的速度v1 ＝×10-2 m/s =4.91m/s；由△x=aT2，和逐差法可得平均加速度为a＝0.880m/s2；第5个计数点与第6个计数点之间的距离最可能是7.98cm+0.880×0.12m=8.86㎝。
10．（2013哈尔滨三中月考）在研究摩擦力特点的实验中，将质量为0.52 kg木块放在水平长木板上，如图甲所示，用力沿水平方向拉木块，拉力从0开始逐渐增大．分别用力传感器采集拉力和木块受到的摩擦力，并用计算机绘制出摩擦力f随拉力F的变化图象，如图乙所示．（g=10 m/s2）可测得木块与长木板间的动摩擦因数μ= 。
答案：0.6 （3分）
解析：由图乙可知，滑动摩擦力等于3.12N，由摩擦定律，木块与长木板间的动摩擦因数μ=3.12÷5.2=0.6.
11．（2013哈尔滨三中月考）用金属制成的线材（如钢丝、钢筋）受到的拉力会伸长，17世纪英国物理学家胡克发现，金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律．这个发现为后人对材料的研究奠定了重要的基础．现有一根用新材料制成的金属杆，长为4m，横截面积为0. 8 cm2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/100,由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，就选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如右图：
(1)根据测试结果，推导出线材伸长x与材料的长度L、材料的横截面积S及拉力F的函数关系为x= （用所给字母表示,比例系数用k表示）。
(2)在寻找上述关系中，运用 科学研究方法。
11.答案：(1)x=k（其中k为比例系数）； (2)控制变量法（每空3分）
解析：根据第1行数据，伸长x与拉力F成正比；根据第1、4、5行数据，伸长x与横截面积S成反比；根据第1、2、3行数据，伸长x与长度L成正比；所以线材伸长x与材料的长度L、材料的横截面积S及拉力F的函数关系为x= k。
12．(8分) （2013江苏徐州摸底）用如图所示装置探究“加速度与力的关系”。已知砂和砂桶的总质量为m，小车的质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
(1)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 ．
A．M=40g，m=10g、20g、30g、40g、50g
B．M=100g，m=10g、20g、30g、40g、50g
C．M=500g，m=10g、20g、30g、40g、50g
D．M=500g，m=30g、60g、90g、120g、150g
(2)本实验中应在释放小车 (选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源。下图所示为实验中打出的一条纸带，A、B、C、D、E为计数点，相邻计数点间还有四个点没有画出，计数点间的距离如图所示．已知打点计时器的工作频率为50Hz．则小车加速度a= m/．(结果保留两位有效数字)[来源:Z*xx*k.Com]
(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图象，可能是图中的图线 。(选填“甲”、“乙”或“丙”)
10、答案：（1）C （2）之前 0.50 （3）丙[来源:学
解析：由于实验要求小车质量远远大于砂和砂桶的总质量，所以最合理的一组是C。本实验中应在释放小车之前接通打点计时器的电源。由△x=aT和逐差法可得小车加速度a=0.50m/．若遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图象，可能是图中的图线丙。
13（4分）（2013辽宁省五校协作体高三期初联考）图示为探究牛顿第二定律的实验装置，该装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和沙桶等组成。光电门可以测出滑块分别通过两个光电门的瞬时速度，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离，另用天平测出滑块和沙桶的质量分别为M和m.下面说法正确的是_______
A．用该装置可以测出滑块的加速度
B．用该装置探究牛顿第二定律时，要保证拉力近似等于沙桶的重力，因此必须满足m<C．可以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足m<D．可以用该装置探究动能定理，但不必满足m<答案：AB解析：测出滑块分别通过两个光电门的瞬时速度，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离，应用v22-v12=2ax可以得到滑块的加速度，选项A正确；用该装置探究牛顿第二定律时，要保证拉力近似等于沙桶的重力，因此必须满足m< 14. （2013武汉摸底）某同学设计了如下实验方案用来‘验证牛顿运动定律’:
(1)如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，把滑块通过细绳与带夹的重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下夹一纸带，穿过打点计时器。调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动。
(2)如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之由静止开始加速运动。打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，打出的纸带如图丙所示，A, B, C,D,E是纸带上五个计数点。
①图乙中滑块下滑的加速度为_______。(结果保留两位有效数字)
②若重锤质量为m，滑块质量为M,重力加速度为g，则滑块加速下滑受到的合力为________。
③某同学在保持滑块质量不变的情况下，通过多次改变滑块所受合力，由实验数据作出的a-F图象如图丁所示，则滑块的质量为______kg.(结果保留两位有效数字)
14．答案：①3.9m/s2 ②mg ③2.0
解析：由△x=aT2和逐差法计算得到a=3.9m/s2。滑块通过细绳与带夹的重锤相连，滑块匀速下滑，说明滑块沿斜面的向下的重力分力和摩擦力之和等于重锤的重力，取下细绳和重锤，滑块加速下滑受到的合力为mg。a-F图象的斜率表示质量的倒数1/m，得到滑块的质量为2.0kg.
15.（9分）（2013安徽师大摸底）（1）某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2，则滑块的加速度可以表示为a=____________ （用题中所给物理量表示）。
（2）该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是____________ ，机械能守恒的表达式为____________ （用题中所给物理量和测量的物理量表示）。
15. （9分） 答案：（1）……（3分）
（2）滑块的质量M和沙桶的质量m……（3分）
……（3分）
解析：（1）窄遮光板依次通过两个光电门的速度分别为v1=d/ t1和v2=d/ t2，由v22- v12=2aL可得滑块的加速度a=。
（2）要验证机械能守恒定律，根据，还需测量的物理量是滑块的质量M和沙桶的质量m。
16.（6分）（2013邯郸摸底）用如图装置探究加速度与力和质量的关系，设沙和沙桶的质量为m，小车的质量为M：
⑴为了消除摩擦力对小车运动的影响，应将木板 ；
⑵本实验中近似地认为：绳子对车的拉力大小等于沙和沙桶的重力，其条件是 ；
⑶实验中测得a—1/M关系如图，图线右部发生了弯曲，试分析产生上述现象的原因。


答案：⑴左端垫高以平衡摩擦力；⑵M>>m;
⑶当M较小时，不满足条件M>>m
解析：⑴木板与小车间有摩擦力，为了减小误差，需要平衡掉摩擦力，即垫高木板左端，使摩擦力与重力沿斜面向下的分力相等；⑵要想使绳子对车的拉力大小等于沙和沙桶的重力，必须满足M>>m; ⑶当M>>m时，绳子上的拉力近似等于mg，但是若不满足此关系，绳子上的拉力小于mg，出现如图所示情况。
17.（9分）（2013邯郸摸底）某同学安装如图甲的实验装置，验证机械能守恒定律。
⑴此实验中，应当是让重物做 运动， （填“需要”或“不需要”）测出重物的质量；
⑵打点计时器所用交流电的频率为50Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究。
求得B点对应的速度vB= m/s（保留两位有效数字），若再求得D点对应的速度为VD，测出重物下落的高度为hBD，则还应计算 与 大小是否相等（填字母表达式）；
⑶但该同学在上述实验过程中存在明显的问题。安装实验装置时存在的问题是 ；研究纸带时存在的问题是 ，实验误差可能较大。
答案：⑴自由落体；不需要；
⑵0.19；(vD2- vB2) ; ghBD(上两式同乘了m不扣分)；
⑶重物会落在桌面上（或“纸带打点过短”等与此类似的答案）；B、D两点间时间间隔过短。
解析：⑴由实验原理知，应让重物在松开手后做自由落体运动；根据机械能守恒，mgΔh=1/2m(v22-v12),整理后，得gΔh=1/2(v22-v12),所以，不需要测量质量。⑵B点速度等于AC段的平均速度，vB=AC/0.04s=0.19m/s；根据原理知，还用计算(vD2- vB2)与ghBD，看两者大小是否相等；⑶重物距离桌面太近，会落到桌面上；B、D间时间间隔太短，计算误差较大。
18. （2013温州八校联考）某兴趣小组利用平抛运动知识测量某农庄水平喷水口的流量（，为出水口的横截面积，为出水口的水速），方法如下：
先用游标卡尺测量喷水口的内径D。A、B、C、D图中，测量方式正确的是 ▲
（2）图15为正确测量得到的结果，由此可得喷水口的内径D＝ ▲ m。
（3）打开水阀，让水从喷水口水平喷出，稳定后测得落地点距喷水口水平距离为x，竖直距离为y，则喷出的水的初速度v0 ＝ ▲ （用x、y、g表示）。
（4）根据上述测量值，可得水管内水的流量Q ＝ ▲ （用D、x、y、g表示）
18.答案：（1）C （2）1.010×10-2 （3） （4）
解析：由平抛运动规律可得喷出的水的初速度v0 ＝
水管内水的流量Q ＝S v0 ＝。
19.（2012年5月河北邯郸二模）某同学用如图（a）所示的装置探究加速度a与力F、质量m的关系。甲、乙两小车放在倾斜轨道上，小车甲上固定一个力传感器，小车乙上固定一个加速度传感器（可以测量乙在任意时刻的加速度大小），力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接，且细线与轨道平行。在弹簧拉力作用下两小车一起开始运动，利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小。
⑴下列关于实验装置和操作的说法中正确的是
A．.轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力
B．轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力
C．实验中，在小车乙向下运动的过程中均可采集数据
D．实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集数据
⑵四个实验小组选用的小车乙（含加速度传感器）的质量分别为m1=0.5kg、m2=1.0kg、m3=1.5kg和m4=2.0kg，其中有三个小组已经完成了a-F图像，如图（b）所示。最后一组的实验数据如下表所示，请在图（b）中完成该组的a-F图线。
实验次数
1
2
3
4
5
6
拉力F（N）
24.5
20.0
17.5
12.0
8.1
4.8
加速度a（m/s2）
16.3
13.3
11.7
8.0
5.4
3.2
⑶在探究了a与F的关系后，为了进一步探究a与m的关系，可直接利用图（b）的四条图线收集数据，然后作图。请写出具体的做法：
①如何收集据？ ；
②为了更直观地探究a与m的关系，建立的坐标系应 以为纵轴；以 为横轴。
答案：(1)BD
(2)如右图 (2分)（图线不过原点不得分）
(3)①在a-F图像上做一条垂直于横轴的直线，与四条图线分别有四个交点，记录下四个交点的纵坐标a，分别与四个图线对应的m组成四组数据 （2分）
② 加速度a （1分）；质量的倒数 （1分）
解析：实验中乙为研究对象，轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力，选项B正确A错误；实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集力和加速度的数据，选项C错误D正确。
为了进一步探究a与m的关系，利用图（b）的四条图线收集数据的方法是：在a-F图像上做一条垂直于横轴的直线，与四条图线分别有四个交点，记录下四个交点的纵坐标a，分别与四个图线对应的m组成四组数据。由于加速度a与质量m成反比，为了更直观地探究a与m的关系，建立的坐标系应加速度a以为纵轴；以质量的倒数 为横轴。
20．（2012上海黄浦模拟）现要测定木块与长木板之间的动摩擦因数，给定的器材如下：一个倾角可以调节的长木板（如图）、木块、计时器、米尺。请填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤：
①用米尺测量长木板顶端B相对于水平桌面CA的高度h和长木板的总长度L。设木块所受重力为mg，木块与长木板之间的动摩擦因数为μ，则木块所受的合外力表达式F ＝__________。
②让木块从斜面上方一固定点D由静止开始下滑到斜面底端A处，记下所用的时间t，用米尺测量D与A之间的距离s。
③根据牛顿第二定律，可求得动摩擦因数的表达式＝__________，代入测量值计算求出的值。
④改变______________________________，重复上述测量和计算；再求出的平均值。
解析：对木块进行受力分析，画出受力分析图，设斜面倾角为θ，求得合外力F=mgsinθ-μmgcosθ，而sinθ=h/L，cosθ=/L，所以F= mgh/L-μmg/L。
由s=at2，解得a=2s/t2.。由牛顿第二定律F=ma，联立解得μ=h/-。
【答案】：①mgh/L-μmg/L ③h/-④高度h
21．（2012年4月上海闵行区二模）利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动。当带有遮光片的滑块自斜面顶部滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用毫米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值，所得数据如右表所示。
s（mm）
180
295
357
425
466
495
t（ms）
100
180
230
310
370
450
s/t（m/s）
1.80
1.64
1.55
1.37
1.26
1.10
完成下列填空和作图：
（1）设滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是__________________________。
（2）根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上描点画出s/t－t图线
（3）由所画出的s/t－t图线，得出滑块加速度的大小a＝________m/s2（保留2位有效数字）。
答案：(1)s=v1t-at2/2
(2)如右图
(3)4.0
解析：滑块从甲到乙的匀加速直线运动可反演为从乙甲的匀减速直线运动，由匀变速直线运动规律可得，滑块加速度大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是s=v1t-at2/2。可变换为s/t= v1-at/2，s/t－t图线的斜率绝对值等于a/2，由此得出滑块加速度的大小a＝4.0m/s2。
22. （2012年4月上海普陀区二模）小李家的一个水龙头拧不紧，水一滴一滴不停地滴落到地上。小李发现，第一滴水碰地的同时，第二滴水刚好从水龙头处下落。他为了测算水滴下落的平均速度，找来了秒表和卷尺。首先量出水龙头口离地面的高度h，再用秒表计时。当他听到某一水滴滴在地上声音的同时，开启秒表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3……”，一直数到“n”时，按下秒表停止计时，读出秒表的示数为t。
（1）水滴在空中运动的平均速度的表达式为 ；
（2）测得h=1m，当数到n=20时秒表的示数 t=8.7s，则水滴下落的平均速度为 m/s；
（3）小李为了进一步找出水滴下落的平均速度和下落高度的关系，又做了以下实验：找来一块挡板，让水滴落在挡板上。改变挡板和水龙头口之间的距离h，并仔细调节水龙头滴水的快慢，使得总是在前一滴水滴到挡板上的同时，后一滴水刚好开始下落。计时方法仍和上面一样。他从实验中又获得了如下表所示的6组数据(连同上面的一组共有7组数据)。请选取合适的坐标轴，标上数据和单位，作出相应的图象，并根据图象写出平均速度和下落高度的函数关系为 。
次数
1
2
3
4
5
6
高度h(m)
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
平均速度v(m/s)
0.97
1.19
1.38
1.54
1.68
1.95
5．答案：（1）v=(n-1)h/t
（2）平均速度v≈2.18m/s
（3）作出的2—h图象如图。 2=4.8h
解析：每滴水下落时间为t1=t/(n-1)，水滴在空中运动的平均速度的表达式为v=h/ t1=(n-1)h/t。测得h=1m，当数到n=20时秒表的示数 t=8.7s，则水滴下落的平均速度为v≈2.18m/s；由表格中的测量数据可知，平均速度v的二次方与高度h成正比，所以选取2作为纵坐标轴，h作为横坐标轴，作出相应的图象。根据图象写出平均速度和下落高度的函数关系为2=4.8h。
23. （2012河南六市联考）利用如图6所示的装置可以测定做竖直下落运动的物体的加速度。立柱上端有一个电磁铁，通电时，具有磁性的小球被吸在电磁铁上，断电时，小球由初速度为零开始竖直下落，计时装置开始计时。立柱上还有5个光电门。当小球经过某一个光电门时，光电计时装置能测出小球通过光电门所用的时间△t，用游标卡尺测出小球的直径d，就可以求出小球经过光电门时的速度v。用刻度尺再测出电磁铁到5个光电门的距离x，就可以求出物体竖直下落运动的加速度。所得数据如下表：利用如图5所示的装置可以测定做竖直下落运动的物体的加速度。立柱上端有一个电磁铁，通电时，具有磁性的小球被吸在电磁铁上，断电时，小球由初速度为零开始竖直下落，计时装置开始计时。立柱上还有5个光电门。当小球经过某一个光电门时，光电计时装置能测出小球通过光电门所用的时间△t，用游标卡尺测出小球的直径d，就可以求出小球经过光电门时的速度v。用刻度尺再测出电磁铁到5个光电门的距离x，就可以求出物体竖直下落运动的加速度。所得数据如下表：
各光电门到电磁铁的距离x/m
0.200
0.300
0.500
0.700
0.900
小球经过光电门速度（）v/(m·s-1)
1.970
2.410
3.115
3.694
4.180
v2/(m·s-1)2
3.881
5.808
9.703
13.580
17.472
完成下列填空和作图：
（1）若小球所受空气阻力为一常量，小球加速度的大小a、小球经过某一光电门时的瞬时速度v、测量值x三个物理量之间所满足的关系式是____________；
（2）根据表中给出的数据，在给出的坐标纸上画出v2－x图线；
（3）由所画出的v2－x图线，得出小球加速度的大小为a＝_______m／s2。
6.【答案】：（1）v2=2ax
（2）如图6J所示
（3）9.70
【解析】：根据题述小球所受空气阻力为一常量可知，小球加速度的大小a恒定，小球做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动规律可知，小球经过某一光电门时的瞬时速度v、测量值x三个物理量之间所满足的关系式是v2=2ax。由描点法画出v2－x图线，由v2=2ax可知，v2－x图线的斜率等于2a。v2－x图线的斜率为=19.4，小球加速度的大小为a＝19.4÷2 m／s2 =9.70m／s2。
24.（2012河北唐山摸底检测）某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了下面左图所示的实验装置。

（1）将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是________。
（2）如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度△d= cm；实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为△t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为____（用字母表示）。
（3）逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度。则画出的W-v2图象应是 。
答案：（1）将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动（将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速），其它方法正确同样得分。
（2）0．550
（3）
（4）过坐标原点的一条倾斜直线
解析：根据游标卡尺读数规则，遮光条的宽度△d=0.5cm+10×0.005cm=0.550cm..。由速度定义可知，滑块最后匀速运动的速度表达式为v=；由动能定理可知，W=mv2，画出的W-v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线。