考点15 力学实验(二)
两年高考真题演练
1．(2015·浙江理综，21)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、质量的关系”实验。
图1
(1)图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材________；乙同学需在图中选用的器材________。(用字母表示)
图2
(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图2所示的两条纸带①和②。纸带________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小为________。
2．(2015·江苏单科，11)
图1
某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图1所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。
(1)下列实验操作中，不正确的有________。
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
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(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，…，8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图2所示。
图2
计算相邻计时点间的平均速度v，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表。请将表中的数据补充完整。
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
v(cm/s)
24.5
33.8
37.8
____
39.5
39.8
39.8
39.8
(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是___________________________________________________。
(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验②”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？
________________________________________________________________________________________________________________________________
3．[2014·广东理综，34(2)]某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
(1)如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表。由数据算得劲度系数k＝________N/m(g取9.80 m/s2)。
砝码质量(g)
50
100
150
弹簧长度(cm)
8.62
7.63
6.66
(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小__________。
(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v。释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为__________。
(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图(c)。由图可知，v与x成__________关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的__________成正比。
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考点15 力学实验(二)
一年模拟试题精练
1．(2015·山东省日照市高三校际联考)在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，某探究小组的同学们通过讨论提出了以下几种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝，……。
为了验证猜想，他们设计了如图甲所示的实验装置。PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。
(1)本实验中不需要测量物体的质量，理由是什么？__________________________________________________。
(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……，读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4……，并绘制了如图乙所示的L－v图象。根据绘制出的L－v图象，若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出________。
A．L－图象 B．L－图象
C．L－ 图象 D．L－v2图象
(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？______________。
2．(2015·湖南省株州市高三检测)在实验验证自由落体的重物机械能守恒时，打出一条纸带如图所示。图中O是打出的第一个点迹，A、B、C、D、E、F……是依次打出的点迹，量出OE间的距离为x1，DF间的距离为x2，已知打点计时器打点的周期是T。
(1)如果在实验误差允许的范围内x1、x2、T满足关系式________，即验证了重物下落过程中机械能是守恒的。
(2)已知T＝0.02 s。如果打出的纸带中有一条OA距离大约是5 mm，则出现这种情况的原因可能是________________；如果操作正确，但打出的纸带中有一条OA距离大约是1 mm，则 ________(填“能”或“不能”)利用这条纸带来进行验证。
3.
(2015·湖南益阳高三月考)某同学利用自己设计的弹簧弹射器测量弹簧的弹性势能。装置如图所示，水平放置的弹射器将质量为m的静止小球弹射出去。测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为t，甲、乙光电门间距为L，忽略一切阻力。
(1)小球被弹射出的速度大小v＝________，求得静止释放小球时弹簧弹性势能Ep
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＝________；(用题目中的字母符号表示)
(2)由于重力作用，小球被弹射出去后运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果________影响(选填“有”或“无”)。
4．(2015·河南信阳一调)
如图为验证小球做自由落体运动时机械能守恒的装置图，图中O点为释放小球的初始位置，A、B、C、D各点为固定速度传感器的位置，A、B、C、D、O各点在同一竖直线上。
(1)已知当地的重力加速度为g，则要完成实验，还需要测量的物理量是________。
A．小球的质量m
B．小球下落到每一个速度传感器时的速度v
C．各速度传感器与O点之间的竖直距离h
D．小球自初始位置至下落到每一个速度传感器时所用的时间t
(2)作出v2－h图象，由图象算出其斜率k，当k＝________时，可以认为小球在下落过程中机械能守恒。
(3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：____________________________________________________________________________________________________________________________________。
参考答案
考点15 力学实验(二)
两年高考真题演练
1．解析 (1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即A、B；“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以小车为研究对象，需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即B、D、E。
(2)纸带①相邻相等时间位移之差Δx1＝0.1 cm，而②纸带的Δx2＝0.05 cm，由a＝可知①纸带加速度大，且可算得a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2。
答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2
2．解析 (1)在实验时，应用手捏住纸带上端，保持静止，再接通电源，让打点计时器工作，然后迅速释放纸带，故做法不对的是C、D，所以本题正确选项为C、D。
(2)由v＝可求v4＝ m/s＝39.0 cm/s。
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(3)由纸带上的测量数据可知，磁铁下落的速度逐渐增大，最后匀速下落，所受阻力逐渐增大到大小等于重力。
(4)实验结果表明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，而磁铁在铜管中下落时受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。
答案 (1)CD (2)39.0 (3)逐渐增大到39.8 cm/s且增加的越来越慢 逐渐增大到等于重力 (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用
3．解析 (1)由k＝＝N/m＝50 N/m；
(2)要调整气垫导轨水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度相等；(3)根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能；(4)由题图可知，x与v成正比，即v＝kx，由Ep＝Ek＝ mv2＝mk2x2，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
答案 (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方
一年模拟试题精练
1．解析 (1)根据动能定理可知，mg(sin θ－μcos θ)L＝ mv2，等式两边都有m，所以探究W与v的关系时可以不测量质量m。(2)由动能定理得出结论：g(sin θ－μcos θ)L＝v2，为了更直观地看出L和v的关系，应作出Lv2的图象。D项正确。(3)从(2)中表达式可以看出，摩擦力大小不会影响Lv2的关系。
答案 (1)因为W＝ΔEk，W＝mg(sin θ－μcos θ)L，ΔEk＝mv2，等式两边都有m，所以探究W与v的关系时可以不测量质量m (2)D (3)不会
2．解析 (1)vE＝，若mgx1＝mv则机械能守恒，则v＝2gx1，gx1＝。(2)若是接通电源的同时重物开始下落，则xOA＝gT2≈2 mm，若OA距离大约是5 mm，说明先松开纸带后接通电源。如果操作正确，但打出的纸带中有一条OA距离大约是1 mm，可以不用第一个点，在纸带上另找两个点，根据v－v＝2gh也能达到实验目的。
答案 (1)gx1＝ (2)先松开纸带后接通电源 能
3．解析 (1)小球被弹出后做平抛运动，水平方向上做匀速直线运动，
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则小球被弹出的速度为v＝，由机械能守恒定律得弹簧的弹性势能为Ep＝mv2＝。(2)因小球被弹出时的速度等于小球被弹出后做平抛运动在水平方向分运动的速度，该速度与竖直方向的分运动无关，故小球运动轨迹向下偏转，对实验结果无影响。
答案 (1) (2)无
4．解析 (1)为验证小球做自由落体运动时机械能守恒，根据mgh＝mv2知，需要测量的物理量是速度v和高度h，选项B、C正确。
(2)由mgh＝mv2可得v2＝2gh，v2h图象的斜率k＝2g。
(3)相邻速度传感器之间的距离适当大些，速度v和高度h的测量相对误差小；选质量大、体积小的小球做实验，空气的阻力小，误差小。
答案 (1)BC (2)2g (3)见解析
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