【创新设计】（山东专用）2022届高考物理二轮专题复习 专讲训练 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．请正确填写下列基本仪器的读数：图5－11－28(1)用游标尺为20分度的卡尺测量某物体的长度如图5－11－28甲所示，由图可知其长度为________cm；(2)用螺旋测微器测量某导线直径如图乙所示，由图可知其直径为______mm；(3)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测某电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为________Ω；(4)图丁中电阻箱的读数为________Ω.解析　(1)游标尺零刻度线对应的主尺上整数部分为50mm，游标尺第3条刻度线与主尺53mm刻度线对齐，3×0.05mm＝0.15mm，故读数为50.15mm，即5.015cm.(2)螺旋测微器读数为4.5mm＋19.8×0.01mm＝4.698mm(4.696～4.700mm均正确)．(3)多用电表测电阻不需要估读．用多用电表测电阻的方法：电阻的测量值＝表的示数×倍率．故答案为22×10Ω＝220Ω.(4)电阻箱的读数方法：将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到电阻箱的实际阻值．故读数为84580.2Ω.8\n答案　(1)5.015　(2)4.698(4.696～4.700均正确)(3)220　(4)84580.22．某同学利用图5－11－29甲所示的器材探究“力的平行四边形定则”，实验步骤如下：图5－11－29①将一轻质小圆环(可视为质点)与三根轻绳相连，如图甲所示，竖直方向的轻绳挂上弹簧秤，另外两根轻绳分别挂上钩码(每个钩码的重量已知)．实验时用力沿竖直方向缓慢拉弹簧秤，使三根轻绳处于伸直状态．现缓慢改变弹簧秤的示数，使轻质小圆环在三根轻绳的作用下处于静止状态．②保持弹簧秤的示数不变，将画有同心圆的平纸片置于圆环与轻绳的背后，缓慢移动纸片，使同心圆的圆心O与圆环重合，然后固定纸片，如图乙所示．③记下左右两边两根轻绳与纸片边缘的交点A和B，以及竖直方向轻绳与纸片边缘的交点C.同时还要记下_________________________________________________________________________________________________.④取下纸片，用刻度尺连接OA、OB及OC.设左右两边的轻绳对圆环的拉力分别为F1、F2，弹簧秤的拉力为F3.试回答下列问题：(1)某次实验中弹簧秤的读数如图5－11－30所示，则此时弹簧秤的读数为F3＝________N.图5－11－30(2)完成步骤③中所缺少的实验内容．(3)实验中每个钩码的重量为1N，同心圆中相邻两圆之间的距离也表示1N，某次实验中的实验数据记录如图5－11－29乙所示，用平行四边形定则作出F1、F2的合力F8\n′.过圆心O作出与F3等大反向的力F3′，比较F′与F3′的大小和方向可以得出的结论是__________________________．解析　(1)由题图读出弹簧秤的读数为F3＝5.0N.(2)在该实验中除了要记录三个力的方向外，还要记录三个力的大小．实验中记下左右两边两根轻绳与纸片边缘的交点A和B，以及竖直方向轻绳与纸片边缘的交点C，实际上就是记录了三个拉力的方向．这三个力的大小的记录方式是：竖直方向的拉力通过弹簧秤来记录，两边的拉力通过所挂已知质量的钩码来测量，若知道了钩码的个数，就知道了两边拉力的大小，所以要记录的内容是：记下两边轻绳所挂的钩码个数以及弹簧秤的读数．(3)所作的图如图所示；比较F′与F3′的大小和方向可知F′与F3′在误差允许范围内大小相等、方向相同．答案　(1)5.0　(2)两边轻绳所挂的钩码个数以及弹簧秤的读数(3)如解析图所示　F′与F3′在误差允许范围内大小相等、方向相同3．(2022·高考冲刺卷七)在某次探究活动中，小明对老师给出的“小球在光滑斜面上由静止释放时，所处高度越高，到达斜面底端的速度越大，而与小球质量无关”这一结论产生了质疑，他猜想小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度：猜想一：可能与小球在光滑斜面上的高度无关猜想二：可能与小球的质量有关他选择了一些实验器材，进行了如下实验(图5－11－31中A、B、C分别表示小钢球在第0.1s末、第0.2s末、第0.3s末所处的位置，钢球1、2、3的质量关系为m1＜m2＝m3，斜面和水平面均光滑)．图5－11－31(1)实验一是为了验证猜想________(填“一”或“二”)，通过实验一他得到的结论是：小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量________(填“有关”或“无关”)．8\n(2)实验二中，小球2和3在同一光滑斜面的不同高度处同时由静止释放，到达底端时的速度分别为v2、v3，判断v2________v3(填“＞”、“＝”或“＜”)．解析　(1)运用控制变量方法，由题图可知，高度相同而质量不同时，两小球到达斜面底端的速度相同，可见小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量无关．(2)由题图可知，两个小球在水平面上匀速运动时，相同时间内3球的位移大于2球的位移，可见v2＜v3.答案　(1)二　无关　(2)＜4．如图5－11－32所示，实验小组现利用一个弹簧秤中的弹簧来“探究弹力与弹簧伸长量的关系”，实验中将一透明薄刻度尺紧贴弹簧秤右边(刻度尺不与弹簧秤指针接触)，部分实验步骤如下：图5－11－32(1)记下弹簧秤不挂钩码时弹簧秤指针所指刻度尺上的刻度．(2)在弹簧秤下方挂上钩码，记下弹簧秤的读数F以及指针所指刻度尺上的刻度值L.(3)继续增加钩码(不超过弹簧秤量程)，重复实验步骤(2)．某同学根据实验数据在图5－11－33中画出了a、b、c、d四个坐标点，试完成下列问题(以下结果均保留三位有效数字)：图5－11－33①根据a、b、c、d四个坐标点，画出ΔL－F图线；8\n②根据所作的图象求出弹簧的劲度系数k＝________N/m；③若弹簧原长为50cm，要使弹簧伸长到75cm(弹簧仍在弹性限度内)，需要拉力F＝______N.解析　①如图所示．②图象的斜率为k′＝＝m/N.图象斜率的倒数表示弹簧的劲度系数，则k＝＝30.0N/m.③由胡克定律得F＝k(L－L0)＝30.0×(0.75－0.50)N＝7.50N.答案　①见解析　②30.0　③7.505．(2022·山东临沂5月模拟)某探究小组借用“探究加速度与力、质量的关系”的相关实验思想、原理及操作，来探究合外力做功与动能的变化关系：图5－11－34(1)下列做法正确的是________(填字母代号)A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡小车受到的摩擦力时，应将装有砝码的小桶通过定滑轮挂在小车上C．实验时，先接通打点计时器的电源再放开小车D．通过增减小桶里的砝码改变小车的牵引力时，不需要重新调节木板倾斜度(2)该探究小组通过实验得到了一条纸带，在纸带上选取O、A、B、C四个计数点(如图5－11－35所示)．已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则打B点时小车瞬时速度的大小为________m/s(保留三位有效数字)．8\n图5－11－35解析　(1)在“探究合外力做功与动能变化关系”的实验中，根据实验的注意事项可知A、C、D正确，B错误．(2)vB＝＝m/s＝0.653m/s.答案　(1)ACD　(2)0.6536．某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图5－11－36甲所示的实验装置．图5－11－36(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是______________________．(2)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝________cm；实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定．现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门1的时间为Δt，则滑块最后匀速运动的速度表达式为v＝________(用字母表示)．(3)逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门1的时间，并计算出对应的速度．则画出的W－v2图象应是__________________________．解析　(2)根据游标卡尺的读数规则可知，遮光条的宽度Δd＝0.5cm＋10×0.005cm＝0.550cm；由速度的定义式可知，滑块最后匀速运动的速度表达式为v＝.(3)由动能定理可知，W＝mv2，画出的W－v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线．答案　(1)将滑块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块轻置于气垫导轨上，轻推滑块看滑块通过两个光电门时间是否一样)(2)0.550　　(3)过坐标原点的一条倾斜直线7．一名同学想测量U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度的大小，实验中假设该磁场为匀强磁场．方案设计如下：8\n图5－11－37将两条间距为d、电阻可忽略不计的长直金属导轨固定在倾斜的木板上，在导轨一端用导线接入一定值电阻R，将一横截面为方形的长度略大于d的金属细杆与纸带相连，垂直放在导轨上，金属细杆质量为m，电阻为r；纸带另一端穿过打点计时器．导轨中间有几个完全相同的紧挨在一起的U形磁铁(未在图中画出)，形成可认为仅分布在MN和PQ之间的匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面斜向上，装置如图5－11－37所示．接通打点计时器的电源，然后由静止释放金属细杆．金属细杆带动纸带沿导轨下滑，打点计时器电源频率为50Hz；在纸带上打下一系列的点，如图5－11－38(纸带上)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K是计数点，每相邻两计数点间还有4个点没有标出．其中AB＝1.81cm、BC＝4.80cm、CD＝7.80cm、DE＝10.81cm、EF＝13.06cm、FG＝13.81cm、GH＝13.80cm、HI＝13.80cm、IJ＝14.56cm、JK＝17.55cm.图5－11－38(1)分析纸带可推知，金属杆在沿导轨下滑的过程中，未进入磁场前做________运动，加速度大小为a＝______m/s2，经过磁场时做________运动，速度大小为v＝________m/s.(计算结果均保留两位有效数字)(2)若金属杆进入磁场前的加速度为a，在磁场中运动的速度为v，则实验测得U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度B的表达式为________(用题中所给字母表示)．解析　(1)从纸带AE段数据可以看出：任意相邻两段的位移差都接近3.00cm，金属杆在沿导轨下滑的过程中，未进入磁场前做匀变速直线运动；根据匀变速直线运动的特征式Δx＝aT2，Δx＝3.00cm，T＝0.1s，可知加速度a＝＝3.0m/s2；根据FI段数据，每段距离在误差允许的范围内都相等，即x＝13.80cm，可以看出金属杆在磁场中做匀速直线运动，运动速度v＝＝1.4m/s.(2)金属杆在未进入磁场前mgsinθ－f＝ma，在磁场中mgsinθ－f＝F安，而F安＝BId，I＝＝，所以解得B＝.答案　(1)匀变速直线　3.0　匀速直线　1.48\n(2)B＝8