高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 第一講 力學(xué)基礎(chǔ)實驗課前自測診斷卷（含解析）-人教版高三物理試題

力學(xué)基礎(chǔ)實驗考點一基本儀器的使用和讀數(shù)1.[考查游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)]如圖1是用游標(biāo)卡尺測量時的刻度圖，為20分度游標(biāo)尺，讀數(shù)為：__________cm。圖2中螺旋測微器的讀數(shù)為：________mm。解析：20分度的游標(biāo)卡尺，精確度是0.05mm，游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為13mm，游標(biāo)尺上第15個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)尺讀數(shù)為15×0.05mm＝0.75mm，所以最終讀數(shù)為：13mm＋0.75mm＝13.75mm＝1.375cm。螺旋測微器的固定刻度為0.5mm，可動刻度為20.0×0.01mm＝0.200mm，所以最終讀數(shù)為0.5mm＋0.200mm＝0.700mm。答案：1.3750.7002．[考查游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用和讀數(shù)](1)某實驗中需要測量一根金屬絲的直徑(約0.5mm)，為了得到盡可能精確的測量數(shù)據(jù)，應(yīng)從實驗室提供的米尺、螺旋測微器和游標(biāo)卡尺(游標(biāo)尺上有10個等分刻度)中，選擇______________進(jìn)行測量。(2)用游標(biāo)卡尺(游標(biāo)尺上有50個等分刻度)測定某工件的寬度時，示數(shù)如圖所示，此工件的寬度為________mm。解析：(1)金屬絲的直徑約0.5mm，而游標(biāo)卡尺精確度才0.1mm，螺旋測微器精確度可達(dá)0.01mm，故應(yīng)選擇螺旋測微器進(jìn)行測量。(2)由于50分度的游標(biāo)卡尺精確度為0.02mm，主尺上讀數(shù)為23mm，游標(biāo)尺上第11格與主尺刻度對齊，故游標(biāo)尺的讀數(shù)為0.22mm，所以工件寬度為23.22mm。答案：(1)螺旋測微器(2)23.22考點二“力和運動”類實驗3.[考查研究勻變速直線運動]某同學(xué)利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中，必需的措施是________。A．細(xì)線必須與長木板平行B．先接通電源再釋放小車C．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D．平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm。則小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)利用打點計時器研究小車的勻變速直線運動時，為順利完成實驗，保證實驗效果，細(xì)線與長木板要平行，否則小車受力會發(fā)生變化，選項A正確；為打的點盡量多些，需先接通電源，再釋放小車，選項B正確；本題中只要保證小車做勻變速運動即可，無須保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；同理，小車與長木板間可以有不變的摩擦力，無須平衡摩擦力，選項D錯誤。故必需的措施是A、B選項。(2)由s4－s1＝3a1T2、s5－s2＝3a2T2、s6－s3＝3a3T2知加速度a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(s4＋s5＋s6－s1－s2－s3,9T2)＝0.80m/s2打B點時小車的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s。答案：(1)AB(2)0.800.404．[考查驗證力的平行四邊形定則](2018·天津高考)某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)。(1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的有________。A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B．重復(fù)實驗再次進(jìn)行驗證時，結(jié)點O的位置可以與前一次不同C．使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是________。解析：(1)兩細(xì)繩套拉力的合力不一定沿兩細(xì)繩套夾角的角平分線，故A錯誤。同一次實驗，用一個細(xì)繩套拉橡皮條和用兩個細(xì)繩套拉橡皮條結(jié)點O的位置應(yīng)相同，不同次實驗結(jié)點O的位置可以不同，故B正確。為減小彈簧測力計摩擦和誤差，施力方向應(yīng)沿測力計軸線，讀數(shù)時視線正對測力計刻度，故C正確。合力可以比分力大，也可以比分力小，故D錯誤。(2)為了提高實驗精度，測力計讀數(shù)應(yīng)適當(dāng)大一些，標(biāo)度應(yīng)適當(dāng)小一些，兩分力夾角適當(dāng)大一些，標(biāo)注細(xì)線方向的兩點離結(jié)點應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)一些。故選B。答案：(1)BC(2)B5.[考查探究加速度與力、物體質(zhì)量的關(guān)系]某同學(xué)利用如圖甲所示裝置探究“加速度與力、物體質(zhì)量的關(guān)系”，圖中裝有砝碼的小車放在長木板上，左端拴有一不可伸長的細(xì)繩，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一砝碼盤相連。在砝碼盤的牽引下，小車在長木板上做勻加速直線運動，圖乙是該同學(xué)做實驗時打點計時器在紙帶上打出的一些連續(xù)的點，該同學(xué)測得相鄰點之間的距離分別是s1、s2、s3、s4、s5、s6，打點計時器所接交流電的周期為T。小車及車中砝碼的總質(zhì)量為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得小車運動的加速度表達(dá)式為a＝______________。(2)該同學(xué)先探究合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量的關(guān)系，以下說法正確的是________。A．平衡摩擦力時，要把裝有砝碼的砝碼盤用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上，把木板不帶滑輪的一端緩慢抬起，反復(fù)調(diào)節(jié)直到紙帶上打出的點跡均勻為止B．由于小車受到的摩擦力與自身重力有關(guān)，所以每次改變小車質(zhì)量時，都要重新平衡摩擦力C．用天平測出M和m后，小車運動的加速度可以直接用公式a＝eq\f(mg,M)求出D．在改變小車質(zhì)量M時，會發(fā)現(xiàn)M的值越大，實驗的誤差就越小(3)該同學(xué)接下來探究在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力的關(guān)系。他平衡摩擦力后，每次都將小車中的砝碼取出一個放在砝碼盤中，用天平測得砝碼盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m，并通過打點計時器打出的紙帶求出加速度。得到多組數(shù)據(jù)后，繪出如圖丙所示的a-F圖像，發(fā)現(xiàn)圖像是一條過坐標(biāo)原點的傾斜直線。圖像中直線的斜率表示______(用本實驗中可測量的量表示)。(4)該同學(xué)在這個探究實驗中采用的物理學(xué)思想方法為________。A．理想化模型法 B．控制變量法C．極限法 D．比值法解析：(1)為了減小偶然誤差，采用逐差法處理數(shù)據(jù)，有：s6－s3＝3a1T2，s5－s2＝3a2T2，s4－s1＝3a3T2，為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值得：a＝eq\f(1,3)(a1＋a2＋a3)解得：a＝eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)。(2)在該實驗中，我們認(rèn)為細(xì)繩的拉力就等于小車所受的合外力，故在平衡摩擦力時，細(xì)繩的另一端不能懸掛裝砝碼的砝碼盤，故A錯誤。由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ。所以無論小車的質(zhì)量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，改變小車質(zhì)量時不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤。小車運動的加速度應(yīng)通過紙帶求出，不能通過a＝eq\f(mg,M)求出，故C錯誤。本實驗中，只有滿足砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車及車中砝碼的總質(zhì)量M時，才能近似認(rèn)為細(xì)繩拉力等于砝碼盤和砝碼的重力，所以在改變小車質(zhì)量M時，會發(fā)現(xiàn)M的值越大，實驗的誤差就越小，故D正確。(3)對砝碼盤和砝碼：mg－F＝ma①對小車：F＝Ma②聯(lián)立①②得：mg＝(M＋m)a認(rèn)為合力F＝mg所以F＝(M＋m)a即a＝eq\f(1,M＋m)F，a-F圖像是過坐標(biāo)原點的傾斜直線，直線的斜率表示eq\f(1,M＋m)。(4)該實驗采用控制變量法，先控制砝碼盤和砝碼的總重力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，再控制小車和砝碼盤及砝碼的質(zhì)量M＋m不變，研究加速度與力的關(guān)系，故選B。答案：(1)eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)(2)D(3)eq\f(1,m＋M)(4)B考點三“能量和動量”類實驗6.[探究功與速度變化的關(guān)系]做“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗時，有如圖所示的甲、乙兩套實驗裝置。請回答下列問題：(1)兩套實驗裝置都必須滿足的操作是________。A．都需要平衡摩擦力B．甲圖中橡皮筋的規(guī)格可以不同，乙圖中小車的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量C．在接通電源的同時釋放了小車D．所用的打點計時器都必須使用交流電源E．除圖中已給出的實驗器材和電源外，都還需要刻度尺和天平(2)用甲圖實驗裝置打的紙帶如圖丙所示，其中AG段小車做加速運動，GK段小車做勻速運動，那么應(yīng)該用________(填“AG”或“GK”)段來計算小車的速度。(3)用乙圖實驗裝置打出的紙帶如圖丁所示。某同學(xué)想利用BE段驗證動能定理，測出紙帶上AC間的距離s1，DF間的距離s2，BE間的距離s3。該同學(xué)用天平分別測出小車的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m。已知打點計時器的打點頻率為f，從打B點到打E點的過程中，合力對小車做的功是________，小車動能的增量是________。(用題中的物理量符號表示)解析：(1)要確定合外力做功，所以兩個實驗都需要平衡摩擦力，故A正確；甲圖中橡皮筋的規(guī)格要相同，才能保證每條橡皮筋的拉力做功都相等；乙圖中小車的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，鉤碼的重力近似等于小車受到的拉力，B錯誤；要先接通電源后釋放小車，故C錯誤；打點計時器用的是交流電，所以一定要接到交流電源上，故D正確；甲、乙兩套裝置都需要刻度尺，但甲裝置不需要天平，故E錯誤。(2)小車脫離橡皮筋后做勻速運動，此時拉力做功全部轉(zhuǎn)化為小車的動能，所以應(yīng)該選用GK段來測小車的速度。(3)小車受到的合力即為鉤碼的重力，所以合外力做的功為mgs3，根據(jù)中點時刻的速度等于平均速度，所以B點的速度為：vB＝eq\f(fs1,2)，vE＝eq\f(fs2,2)，則小車動能的增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)MvE2－eq\f(1,2)MvB2＝eq\f(Mf2s22－s12,8)。答案：(1)AD(2)GK(3)mgs3eq\f(Mf2s22－s12,8)7．[考查驗證機(jī)械能守恒定律]用如圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律。圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打下的點(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點間的距離如圖乙所示。已知m1＝50g，m2＝150g，則(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，實驗用交流電周期為0.02s)(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5＝________m/s；(2)在打下計數(shù)點0～5的過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝________J，為了簡化計算，g取10m/s2，則系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________J；(3)在本實驗中，若某同學(xué)作出了eq\f(1,2)v2-h圖像，如圖丙所示，h為從起點量起的長度，則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝____________m/s2。解析：(1)利用勻變速直線運動的推論有：v5＝eq\f(x46,t46)＝eq\f(0.216＋0.264,2×0.1)m/s＝2.4m/s。(2)系統(tǒng)動能的增加量為：ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v52＝eq\f(1,2)×(0.05＋0.15)×2.42J＝0.58J，系統(tǒng)重力勢能減小量為：ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×(0.384＋0.216)J＝0.60J，在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。(3)由機(jī)械能守恒定律得ΔEk＝Ek5－0＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝ΔEp＝(m2－m1)gh，由于(m1＋m2)＝2(m2－m1)，所以得到：eq\f(1,2)v2＝eq\f(g,2)h，所以eq\f(1,2)v2-h圖像的斜率k＝eq\f(g,2)，解得g＝9.7m/s2。答案：(1)2.4(2)0.580.60(3)9.78．[考查驗證動量守恒定律]如圖甲所示，某同學(xué)設(shè)計一個氣墊導(dǎo)軌裝置驗證動量守恒定律的實驗：(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d如圖乙所示，則d＝________mm。(2)質(zhì)量為m2的滑塊2靜止放在水平氣墊導(dǎo)軌上光電門②的右側(cè)，質(zhì)量為m1的滑塊1從光電門①的右側(cè)向左運動，穿過光電門①與滑塊2發(fā)生碰撞，隨后兩個滑塊分離并依次穿過光電門②，滑塊2與導(dǎo)軌左端相碰并被粘接條粘住，待滑塊1穿過光電門②后用手將它停住，兩個滑塊上固定的遮光條寬度相同，數(shù)字計時器分別記錄下滑塊1通過光電門①的時間Δt、滑塊2和滑塊1依次通過光電門②的時間Δt2和Δt1。本實驗中兩個滑塊的質(zhì)量大小關(guān)系應(yīng)為________。若等式________________成立，則證明兩滑塊碰撞過程中系統(tǒng)的動量守恒(用題中的所給的字母表示)。解析：(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝1.3cm