2021年高考物理二轮复习第1部分核心突破专题5物理实验第1讲
力学实验特训
1．(xx·成都模拟)利用如图甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量关系的实验”．所用的钩码质量均为30 g．实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将4个钩码逐个加挂在弹簧下端，每次挂完钩码待弹簧稳定后测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中．(弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10 m/s2)试完成下列问题：
345
实验次数12
钩码总质量(g)0306090120
弹簧总长度(cm) 6.007.118.209.3110.40
(2)由图象求得该弹簧的劲度系数k＝__27__N/m(保留两位有效数字)．
(3)某同学直接利用表中的实验数据，作出了如图丙所示的钩码质量m跟弹簧总长度x之间的函数关系图象，那么
该图象斜率所表示的物理意义是__弹簧劲度系数k 与当地重力加速度g 的比值；弹簧的原长__；
该图象在横轴上截距的物理意义是__弹簧劲度系数k 与当地重力加速度g 的比值；弹簧的原长__．
解析：(1)弹簧所受的拉力为钩码的重力，弹力大小F 跟弹簧总长度x 之间的函数关系图象如图所示．
(2)弹簧的劲度系数k 等于F －x 图象的斜率，为求直线的斜率，可在直线上取两个距离较远的点，
如(8.20,0.60)和(10.40,1.20)，
则k ＝ΔF Δx ＝ 1.20 N －0.60 N 10.40 cm －8.20 cm
＝0.27 N/cm ＝27 N/m. (3)根据胡克定律有mg ＝kx ，所以题图丙所示图象斜率的物理意义是弹簧劲度系数k 与当地重力加速度g 的比值；图象在横轴上的截距表示弹簧的原长．
2．(xx·河南六市统考)某实验小组用如图所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板、电火花打点计时器、交流电源、木块、纸带、米尺、8个质量均为20 g 的钩码以及细线等．实验操作过程如下：
A ．长木板置于水平桌面上，带定滑轮的一端伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上并与电源连接，纸带穿过打点计时器并与木块相连，细线一端与木块相连，另一端
跨过定滑轮挂上钩码，其余钩码都叠放在木块上；
B．使木块靠近打点计时器，接通电源，释放木块，打点计时器在纸带上打下一系列点，记下悬挂钩码的个数n；
C．将木块上的钩码逐个移到悬挂钩码端，更换纸带，重复实验操作B：
D．测出每条纸带对应木块运动的加速度a，实验数据如下表所示.
n45678
a(m/s2)0.50 1.30 2.20 3.00 3.90
(1)为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x1＝3.20 cm，x2＝4.52 cm，x5＝8.42 cm，x6＝9.70 cm.则木块加速度大小a＝__1.3__m/s2.(保留两位有效数字)
(2)根据表数据，在下图中作出a－n图象；
由图线得到μ＝__0.30(0.28～0.32都正确)__(g＝10 m/s2)，还可求的物理量是__木块的质量__(只需填写物理量名称)．
解析：(1)根据Δx＝at2有x5＋x6－(x1＋x2)＝2×4at2，
所以有(8.42＋9.70)×10－2 m－(3.20＋4.52)×10－2 m
＝2×4×a×0.12，解得1.3 m/s2.
(2)根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出图象，如答图所示；对木块与钩码组成的系统，由牛顿第二定律得nmg－μ[(8－n)m＋M]g＝(8m＋M)a，a＝
1＋μnmg＋2μmg
－μg，由图象得n＝0时，－μg＝a＝－3，μ≈0.31(0.28～0.32 8m＋M
均正确)，由图象还可以求出木块质量．
3．(xx·合肥一中第一学期段一考)某实验小组应用如图甲所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮轻质且光滑．实验步骤如下：
A．按图甲所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加
速度；
D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．根据以上实验过程，回答以下问题：
(1)对于上述实验，下列说法正确的是__C__.
A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等
B．实验过程中砝码盘处于超重状态
C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半E.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
(2)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝__0.88__m/s2.(结果保留两位有效数字)
乙
(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是__A__.
解析：(1)由实验装置可知砝码盘下落的高度为h时，小车沿木板下滑的距离为2h，故小车的加速度为砝码盘的2倍，选项A错误；由于砝码盘加速下落，故处于失重状态，选项B错误；若细绳不与木板平行，则木板方向是由细绳拉力的分力产生加速度，给实
验带来误差，故要求细绳一定平行于木板方向，选项C 正确；对砝码盘由牛顿第二定律
有mg －2F T ＝ma ，解得测力计的读数F T ＝12
m (g －a )，选项D 错误；由于本实验利用测力计可以直接读出细绳的拉力，故不需要砝码和砝码盘的质量远小于小车质量，选项E 错误；(2)由题意知时间间隔T ＝0.1 s ，由Δx ＝aT 2，可知a ＝
7.75＋8.64－ 6.00＋6.872×0.1
2×10－2m/s 2＝0.88 m/s ；(3)根据牛顿第二定律F ＝ma ，可知a ＝1m
F ，选项A 正确． 4．(xx·吴起5月模拟)某课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的“动能定理”．如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力F 1用位移传感器测出小车的位移x 和瞬时速度v .已知小车质量为200 g.
甲
乙 丙
(1)某次实验得到数据如表所示，v －x 图象已经画出，如图乙所示，请根据表格中
数据在坐标纸内图丙中画出F－x图象，并求出x＝0.30 m到0.52 m过程中变力F做的功W＝0.18J，此过程动能的变化量ΔE k＝__0.17___J(保留2位有效数字).
v/m·
x/m F/N
s
0.30 1.000.00
0.310.990.31
0.320.950.44
0.350.910.67
0.400.810.93
0.450.74 1.10
0.520.60 1.30
(2)__CD__.(填选项前的字母，可能不止一个正确选项)
A．使拉力F要远小于小车的重力B．使拉力F要远大于小车的重力
C．实验时要先平衡摩擦力D．要使细绳与滑板表面平行
解析：(1)根据表格中数据在坐标纸内题图丙中画出F－x图象，根据F－x图象可
知，
当x 1＝0.30 m 时，F 1＝1.00 N ，
x 2＝0.52 m 时，F 2＝0.60 N ，
因此：W ＝F 1＋F 2
2×(x 2－x 1)≈0.18 J.
速度v 随位移x 变化图象可知：
x 1＝0.30 m ，v 1＝0，x 2＝0.52 m 时，v 2＝1.30 m/s
ΔE k ＝1
2m (v 2
2－v 21)≈0.17 J.
(2)该实验中不是利用悬挂的重物的重力表示细绳的拉力，而是直接测量出细绳的拉力，因此不需要使拉力F 要远小于或远大于小车的重力，故A 、B 错误；当平衡了摩擦力且细绳与滑板表面平行时，细绳上的拉力才等于小车所受合外力，故C 、D 正确．
5．(xx·福州质检题)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置，将质量为m ＝1.5 kg 的钩码P 与质量为M ＝5.0 kg 的小车Q 组成的系统作为研究对象来验证动能定理，其实验步骤如下：(重力加速度g 取10 m/s 2)
A ．将一端带滑轮的木板放在水平桌面上，有滑轮的一端伸出桌边沿．
B ．在木板不带滑轮的一端安装打点计时器，用导线将打点计时器跟频率为50 Hz 的交流电源相连．
C ．将小车Q 放在木板上打点计时器的附近，纸带穿过打点计时器的限位孔并与小
车相连．
D ．细绳的一端与小车Q 相连，另一端跨过滑轮与钩码P 相连．
E ．接通打点计时器后释放小车Q ，打点计时器在纸带上打下一系列点如图乙所示．图中A 、B 、C 、…、H 是计数点，每相邻两个计数点间有4个记录点未标出，设纸带上两个相邻的计数点之的时间间隔为T .
乙
(1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T ＝__0.1__s.
(2)由图乙所示的纸带，通过分析计算可知，小车Q 运动中受到的阻力f ＝__2__N .
(3)从打点计时器打下B 点到打下C 点的过程中，对钩码P 与小车Q 组成的系统，合外力做的功为W ＝__(mg －f )s 2__(用M 、m 、g 、f 、T 、s 1、s 2、s 3、…中的相关符号表示)；钩码P 与小车Q 组成的系统动能的改变量ΔE k ＝ M ＋m 8T 2[(s 2＋s 3)2－(s 1＋s 2)2
] (用M 、m 、g 、f 、T 、s 1、s 2、s 3、…中的相关符号表示)．
(4)该实验中，每次实验所求得的W 都略大于ΔE k ，引起该实验误差的原因是__钩码P 下落过程中受到空气的阻力__(只需填写一个即可)．
解析：(1)相邻两计数点间的时间间隔T ＝5T 0，T 0为打点计时器的打点周期，即T 0＝0.02 s ，故T ＝0.1 s
(2)由纸带可求得小车运动时的加速度a ＝s 3－s 2T 2
由牛顿第二定律得mg －f ＝(M ＋m )a
解得f ＝2 N
(3)从B 到C 的过程中，合外力做的功为W ＝(mg －f )s 2
由纸带可知：v B ＝s 1＋s 22T ，v C ＝s 2＋s 32T
则ΔE k ＝12
(M ＋m )(v 2
C －v 2B ) ＝M ＋m 8T 2[(s 2＋s 3)2－(s 1＋s 2)2
] (4)根据实验原理分析，W 略大于ΔE k 的原因有：钩码P 下落过程中受到空气的阻力；计算过程中忽略了滑轮的质量即滑轮获得的动能；滑轮转动过程中受到轴、空气的阻力等．