【新高考】山东省2011-2020年高考试卷分类汇编之11 —力学实验（解析卷）

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山东省2011-2020年高考试卷分类汇编之11
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力学实验
（1）游标卡尺
1.2013年山东卷21.（1）图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的______（填“A”、“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为_______mm。
答案：（1）A；
11.30mm（11.25mm或11.35mm）；
解析：
A用于测量内径，B用于测量外径，
C用于测量深度，故填A；根据游标尺的刻度为20格，总长度比主尺短1mm，故精度为0.05mm，读数=主尺读数（单位mm）+游标尺和主尺对齐的格数×0.05mm，所以读数为11.30mm（11.25mm或11.35mm）。
（2）测定物体的加速度?
2.2019年山东卷22．（5分）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50
Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是
点，在打出C点时物块的速度大小为
m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为
m/s2（保留2位有效数字）。
答案：A
;
0.233
;
0.75
解析：根据匀加速运动的特征，纸带点间距离由小变大，所以选A。
3.2017年山东卷22．（5分）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30
s内共滴下46个小水滴）
（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。
（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留2位有效数字）
【答案】（1）从右向左；（2）0.19
0.037
【解析】（1）小车在阻力的作用下，做减速运动，由图（b）知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动；（2）已知滴水计时器每30
s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为：，
所以A点位置的速度为：，
根据逐差法可求加速度：，
解得a=0.037
m/s2。
4.
2012年理综山东卷21．（1）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50Hz。
①通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点
和
之间某时刻开始减速。
②计数点5对应的速度大小为
m/s，计数点6对应的速度大小为
m/s。（保留三位有效数字）。
③物块减速运动过程中加速度的大小为a=
m/s2，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值
（填“偏大”或“偏小”）。
答：①6；7
(或7；6)
②1.00；1.20
③2.00；偏大
解析：①根据匀加速直线运动的推论，相邻相等时间内位移之差是常数Δx=aT2，可知开始位移之差为2cm，所以6和7之间某时刻开始减速。
②计数点5对应的速度大小为，
计数点6对应的速度大小为。
③物块减速运动过程中加速度的大小为
考虑到匀减速阶段，由于纸带与打点计时器之间有摩擦阻力,由得所以用计算物块与桌面间的动摩擦因数得到的结果比真实值偏大。
5.2020年山东卷13.2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：
（i）如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺（图中未画出）。
（ii）调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
（iii）该同学选取部分实验数据，画出了-t图像，利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6
m/s2。
（iv）再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。
回答以下问题：
(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为_____m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为_____m/s2。（结果均保留2位有效数字）
(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为_____
m/s2。（结果保留2位有效数字，sin37°=
0.60，cos37°=0.80）
【答案】
(1).
0.32或0.33
(2).
3.1
9.4
【解析】
(1)根据可得
则由-t图像的截距等于2v0，可得
，则v0=0.33m/s
-t图像的斜率等于a
，
(2)由牛顿第二定律可知
即
由题给数据知θ=53°时
a=5.6m/s2，即
当θ=37°时a=3.0m/s2，即
联立解得g=9.4m/s2
（3）验证平行四边形法则
6.2015年理综山东卷21．（10分）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。
实验步骤：
①????将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。
②????如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2，间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧秤示数改变0.50N，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
2.50
l（cm）
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
?③???找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O'，橡皮筋的拉力计为Foo'。
④??在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖呈适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到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）利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F-l图线，根据图线求得l0=????
cm。
（2）测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则FOA的大小为?????
?
N。
（3）根据给出的标度，在答题卡上作出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。
?答案：（1）10.00；（2）1.8；（3）如答图乙；（4）Foo'
解析：（1）作出F-l图像如答图甲，求得直线的截距即为l0，可得l0=10.00cm
；
（2）可计算弹簧的劲度系数为；
若OA=6.00cm，OB=7.60cm，则弹簧的弹力；
则此时；
（3）如图乙；
（4）通过比较F’和Foo'
的大小和方向，可得出实验结论．
（4）验证机械能守恒定律
7.2016年山东卷22.（5分）某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有和。打出纸带的一部分如图（b）所示。
该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。
(1)
若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______________，打出C点时重物下落的速度大小为_____________，重物下落的加速度大小为_____________。
(2)
已测得当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出f为__________。
答案：
(1)
；
；
(2)
40
解析：
(1)由于重物匀加速下落，A、B、C、D各相邻点之间时间间隔相同，因此B点应是从A运动到C的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得：
B点的速度vB等于AC段的平均速度，即
由于，故
同理可得
匀加速直线运动的加速度
故
①
(2)重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得：
②
由已知条件
③
由②③得
代入①得：
，
代入数据得
（5）探究摩擦力的实验
8.
2011年理综山东卷23.（1）某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。
②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。
③以下能引起实验误差的是________。
a．滑块的质量
b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
答案：①；
②；
③c
d；
解析：①滑动沿斜面做初速度为零的匀加速直线运动，有，
小球做自由落体运动，有，所以
。
②对滑块受力分析，根据牛顿第二定律得.
即
解得
③
由①②分析知，c、d能引起实验误差。
9.
2014年理综山东卷21（8分）某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤：
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示。在A端向右拉动木板，等弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；
③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.61
④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点（未与滑轮碰撞），测量C、D间的距离s。
完成下列作图和填空：
（1）根据表中数据在给定的坐标纸（见答题卡）上作出F—G图线。
（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝____________（保留2位有效数字）
（3）滑块最大速度的大小＝____________（用h、s、μ和重力加速度g表示。）
【答案】（1）如右图所示
（2）0.40（0.38、0.39、0.41、0.42均正确）
（3）
【解析】（1）F—G图线如图示
（2）根据图像的斜率表示动摩擦因数，可得μ=0.4，
（3）P落地后滑块又前进了(s-h)的距离才停止运动，在这段时间内做减速运动，根据
v2=2a(s-h),
而加速度a=μg,可得最大速度为
（6）探究弹簧弹力大小与伸长量的关系
10.2018年山东卷22．（5分）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；当托盘内放有质量为的砝码时，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，此弹簧的劲度系数为
N/m（保留3位有效数字）。
答案：
3.775
53.7
解析：实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，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3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。
托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N，
弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，
根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m。
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