2016高考物理二轮复习专题训练15力学实验与创新(含解析)

力学实验与创新(限时45分钟)实验题(第1题10分，其余每小题14分，共80分)1．(2015·百校联盟押题卷)某中学物理兴趣实验小组在完成“探究弹力和弹簧长度关系”实验后测出了弹簧劲度系数，操作过程如下：该小组同学按照图甲组装好实验装置，调节滑轮高度使细线呈水平状态，测出不挂钩码时弹簧长度，然后在细线下端逐个增加钩码并测出对应弹簧长度，将测量数据描绘在图乙坐标系中，已知纵坐标为每次弹簧所受拉力，横坐标为每次所对应弹簧长度．已知每个钩码质量为m＝0、04 kg，取重力加速度g＝10 m/s2、根据上述操作完成下列问题：甲乙(1)根据图乙中描出数据点画出F－L图线．(2)根据作出图线可知，弹簧自然长度L0为______cm，该弹簧劲度系数k为________N/m、(3)该实验与弹簧呈竖直状态相比较，优点是：________________________________________________________________________________ _____________________________________；缺点是：___________________________________________、答案：(1)如图所示(2)5 20 (3)见解析解析：(1)用平滑曲线将各点连接起来，如答案图所示．(2)弹簧原长L0，即弹力为零时弹簧长度，由图象可知，l0＝5×10－2 m＝5 cm、弹簧劲度系数等于F­L图象直线部分斜率，k＝20 N/m、(3)优点：避免弹簧自身所受重力对实验影响；缺点：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦使实验误差增大．2．(2015·山东理综)某同学通过下述实验验证力平行四边形定则．甲实验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸竖直木板上，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，将橡皮筋两端位置标记为O1、O2，记录弹簧秤示数F，测量并记录O1、O2间距离(即橡皮筋长度l)．每次将弹簧秤示数改变0、50 N，测出所对应l，部分数据如下表所示．FOO′、乙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．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋两端，使秤钩下端达到O点，将两笔尖位置标记为A、B，橡皮筋OA段拉力记为F OA，OB段拉力记为F OB、完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出F­l图线，根据图线求得l0＝________cm、(2)测得OA＝6、00 cm，OB＝7、60 cm，则F OA大小为________N、(3)根据给出标度，在图丙中作出F OA和F OB合力F′图示．丙(4)通过比较F′与________大小和方向，即可得出实验结论．答案：(1)如解析图甲所示10、0(9、8～10、1均正确) (2)1、80(1、70～1、90均正确) (3)如解析图乙所示(4)F OO′解析：(1)在坐标系中描点，用平滑曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上点均匀分布在直线两侧．如图甲所示，由图线可知与横轴交点为弹簧原长，即l0＝10、0 cm、甲(2)橡皮筋长度l＝OA＋OB＝13、60 cm，由图甲可得F＝1、80 N，所以F OA＝F OB＝F＝1、80 N、(3)利用给出标度作出F OA和F OB图示，然后以F OA和F OB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图乙．(4)F OO′作用效果和F OA、F OB两个力作用效果相同，F′是F OA、F OB两个力合力，所以只要比较F′和F OO′大小和方向，即可得出实验结论．乙3．(2015·浙江理综)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量关系”实验．甲(1)图甲中A 、B 、C 、D 、E 表示部分实验器材，甲同学需在图中选用器材有________；乙同学需在图中选用器材有________．(用字母表示)乙(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图乙所示两条纸带①和②，纸带________(填“①”或“②”)加速度大，其加速度大小为________．答案：(1)AB BDE (2)② 2、5 m/s 2解析：(1)甲同学做“验证机械能守恒定律”实验时，只需验证gh ＝12v 2即可，不需要知道重物质量，但需应用打点计时器打出纸带计算速度v ，故选A 、B 、乙同学做“探究加速度与力、质量关系”实验时，需考虑F 、m 、a 三者测量，取小车研究，利用钩码重力作为小车所受合力，应用打点计时器打出纸带计算加速度，故选择B 、D 、E 、(2)纸带①中第1、2点间与第2、3点间位移差为Δx 1＝[(32、40－30、70)－(30、70－29、10)] cm ＝0、1 cm ，纸带②中第1、2点间与第2、3点间位移差为Δx ＝[(30、65－29、00)－(29、00－27、40)] cm＝0、05 cm ，根据逐差法Δx ＝aT 2可得纸带①加速度大，大小为a ＝0.1×10－20.22 m/s 2＝2、5 m/s 2、 4、(2015·广东理综)某同学使用打点计时器测量当地重力加速度．(1)请完成以下主要实验步骤：按图(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物纸带，使重物______(填“靠近”或“远离”)计时器下端；____________，____________，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验．(2)图(b)和(c)是实验获得两条纸带，应选取________(填“b”或“c”)来计算重力加速度，在实验操作和数据处理都正确情况下，得到结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和______________________．(a)(b)(c)答案：(1)靠近接通打点计时器电源释放纸带(2)b (3)纸带与打点计时器间摩擦解析：(1)使用打点计时器进行相关实验时，拖动纸带重物应靠近打点计时器，而且应先接通打点计时器电源，待打点计时器打点稳定后，再释放纸带．(2)纸带在重物作用下，做匀加速直线运动，打点距离越来越大，而(c)纸带打点距离先增大后减小，故应选取(b)进行研究．在实验操作和数据处理都正确情况下，得到结果小于当地重力加速度主要原因是空气阻力和纸带与打点计时器间摩擦．5．(2015·湖南师大附中第6次月考)“探究加速度与力关系”装置如图所示．带滑轮长木板水平放置，细绳通过两滑轮分别与弹簧秤挂钩和砂桶连接，细线与桌面平行．将木块放在靠近打点计时器一端，缓慢向砂桶中添加细砂，直到木块开始运动，记下木块运动后弹簧秤示数F，通过纸带求出木块运动加速度a、将木块放回原处，再向砂桶中添加适量细砂，释放木块…获取多组a、F数据．(1)关于该实验操作，以下说法正确是( )A ．实验过程中，应先闭合打点计时器开关，再释放小车B ．通过缓慢添加细砂，可以方便地获取多组实验数据C ．每次添加细砂后，必须测出砂及砂桶质量D ．实验过程要确保砂及砂桶质量远小于木块质量(2)某同学根据实验数据做出了两个a －F 图象如图所示，正确是________；该同学发现图线没有过原点，应该是由于有摩擦力原因，于是想要作出木块加速度与合力关系图象，需要对图象进行修正．修正后横坐标F 合应该等于________(用F 、F 0表示)．答案：(1)AB (2)B 2F －2F 0解析：(1)纸带长度有限，若先释放小车，再闭合开关时，重物已落一段距离，纸带打点长度可能就很短，不利于测量，而先闭合开关，再释放小车，保证纸带充分利用，A 正确；缓慢添加细砂，改变小车受到拉力，可以获取多组实验数据，B 正确；小车受到拉力可通过弹簧秤读出，因而不用测量砂及砂桶质量，C 错误；小车受到拉力可通过弹簧秤读出，不用砂及砂桶重力代替，故可以不用考虑“确保砂及砂桶质量远小于木块质量”这一条件，D 错误．(2)根据牛顿第二定律F 合＝2F －f ＝ma ，得a ＝2F －f m，可知随着拉力增大，加速度恰好为零时，应满足摩擦力f ＝2F 0，修正后应让图线过坐标系原点，图线向左平移2F 0，F 合＝2F －2F 0、6．(2015·山西一模)为探究弹簧弹性势能与压缩量关系，某同学设计了如图甲所示实验装置．甲实验步骤如下：①用游标卡尺测量滑块上遮光片宽度d ，游标卡尺示数如图乙所示；②将水平弹簧一端固定于气垫导轨左侧；③用滑块压缩弹簧，记录弹簧压缩量x ；④释放滑块，记录滑块脱离弹簧后通过光电门时间Δt ，算出滑块速度v ；⑤重复步骤③④，作出v 与x 关系图象如图丙．乙 丙回答下列问题：(1)遮光片宽度为________cm 、(2)若Δt ＝3、0×10－2 s ，则滑块速度为________m/s 、(3)由图丙可知，v 与x 成________关系．(4)实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧压缩量关系是___________________________________________________．答案：(1)0、930 (2)0、31 (3)正比(正比例) (4)弹性势能与弹簧压缩量(x )平方成正比解析：(1)由题图乙知，遮光片宽度为d ＝9 mm ＋6×0、05 mm ＝0、930 cm ；(2)滑块速度近似为通过遮光片时平均速度，其大小为v ＝dΔt ＝0、31 m/s ；(3)由题图丙知，v ­x 图象为过坐标原点直线，则v 与x 成正比例关系；(4)由机械能守恒定律知弹簧弹性势能E p ＝12mv 2，而v ＝kx (k 为v ­x 图象斜率)，联立得E p ＝12mk 2x 2，故弹性势能与弹簧压缩量平方成正比．。