【创新设计】（山东专用）2022高考物理二轮专题辅导训练 专题5 第11讲 力学实验中常考的4个问题（含解析）

第11讲　力学实验中常考的4个问题1．[2022·山东卷，21(1)]某同学利用图5－11－1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.图5－11－1①通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点________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”)．解析　①从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差Δx≈2.00cm，在6、7计数点间的位移比5、6之间增加了(12.28－11.01)cm＝1.27cm＜2.00cm，因此，开始减速的时刻在计数点6和7之间．②计数点5对应的速度大小为v5＝＝m/s＝1.00m/s计数点4对应的速度大小为v4＝＝m/s＝0.80m/s.根据v5＝，得计数点6对应的速度大小为v6＝2v5－v4＝(2×1.00－0.80)m/s＝1.20m/s.③物块在计数点7到11之间做减速运动，根据Δx＝aT2得x9－x7＝2a1T2，x10－x8＝2a2T2故a＝＝≈－2.00m/s2，物块做减速运动时受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打点计时器对纸带的摩擦阻力，因此根据牛顿第二定律，得μmg＋f＝ma，即μ＝，因此用μ′＝计算出的动摩擦因数比μ的真实值偏大．答案　①6　7(或7　6)　②1.00　1.20　③2.00　偏大2．[2022·山东卷Ⅰ，21(1)]图5－11－2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.-6-\n图5－11－2解析　游标卡尺测量钢笔帽的内径时，使用内测脚，故填“A”，该游标卡尺的最小分度为0.05mm，游标尺的第6个刻度线与主尺上的某刻线对齐，所以读数为11mm＋0.05mm×6＝11.30mm.答案　A　11.30(11.25或11.35)3．(2022·山东卷，21)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5－11－3甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；甲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/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61④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；乙图5－11－3⑤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)根据表中数据在如下坐标纸上作出F－G图线．-6-\n(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v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)．解析　(1)如图(2)由F＝μG可知，μ＝＝＝0.40.(3)滑块运动h达到最大速度v，之后继续滑行直到停到D点，由动能定理可得：－μmg(s－h)＝－mv2解得：v＝.答案　(1)如解析图所示(2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正确)(3)4．(2022·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图5－11－4(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：图5－11－4(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．-6-\n(2)由图(b)可知，a－m图线不经过原点，可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是______________________________，钩码的质量应满足的条件是________________．解析　(1)把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看出，a－m图线是曲线即非线性．(2)由图象可知，小车受到钩码的拉力作用，但加速度仍为零，可能的原因是小车还受到摩擦力的作用．(3)改进措施：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度．第二，要使小车受到合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量．答案　(1)非线性　(2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车质量5．(2022·新课标全国卷Ⅱ，23)图5－11－5(a)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系．实验装置如图5－11－5(a)所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80m/s2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm.P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)163①56.043.633.828.8(m/N)0.0061②0.01790.02290.02960.0347(1)将表中数据补充完整：①________，②________.(2)以n为横坐标，为纵坐标，在图5－11－5(b)给出的坐标纸上画出－n图象．-6-\n图5－11－5(b)(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k＝________N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k＝________N/m.解析　(1)①由胡克定律F＝kΔx可得：k＝＝＝N/m＝81.7N/m.②＝m/N＝0.0122m/N(2)通过描点作图可得到一条直线(见答案图)(3)由图线可知直线的斜率为，故函数关系满足＝n，即k＝N/m.由于60匝弹簧的自由长度为11.88cm；则n匝弹簧的自由长度满足＝，代入k＝，可得：k＝N/m.答案　(1)①81.7　②0.0122　(2)如图所示(3)(在～之间均可)　(在～之间均可)查看近几年的高考实验题不难得出命题规律：(1)长度的测量及相关仪器的使用是实验命题最频繁的知识点．(2)关于纸带问题中的“黄金命题热点”有：①纸带上某点瞬时速度的计算；②计数点之间的时间间隔的计算；③加速度的计算；④创新拓展型实验．(3)题型特点①“常规实验题”：该小题命题立足教材，侧重考查完成实验的能力．涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排、实验数据的处理、实验误差的分析．②“能力迁移题”：该命题立足迁移，侧重考查设计简单实验方案的能力．突出实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移(图象法和平均值法)等．-6-\n③“创新实验题”：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也很明显．其实这类题依然是以实验基础为依据，只不过在新的背景、新的命题方式下进行考查．-6-