1、专题 7：力学实验 第 1 页2012-2017 年新课标全国卷专题分类汇总专题 7：力学实验1. (2017 新课标 ) 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a) 所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b) 记录了桌面上连续的 6个水滴的位置。(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图 (b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中
2、A 点位置时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2。(结果均保留 2 位有效数字)2. (2017 新课标 )(6 分)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下：如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t；用s 表示挡光片沿运动方向的长度，如图(b)所示， 表示滑块在挡光片遮住光线的t 时v间内的平均速度大小，求出 ；v将另一挡光片换
3、到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤、 ；多次重复步骤；利用实验中得到的数据作出 t 图，如图v(c)所示。完成下列填空：(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则 与 vA、a 和 t 的关系式为 = 。(2)由图(c)可求得，v A= cm/s，a= cm/s2。( 结果保留 3 位有效数字)3. (2017 新课标 卷 6 分)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴为 y 轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图 (a)所示。将橡皮筋的一端 Q
4、 固定在 y 轴上的 B 点(位于图示部分之外)，另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O，此时拉力 F 的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b) 所示，F 的大小为_N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将 P 端拉至 O 点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读专题 7：力学实验 第 2 页出两个拉力的大小分别为 F1=4.2 N 和 F2=5.6 N。(i)用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 为
5、作用点，在图(a) 中画出力 F1 F2 的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力 F 合 ；(ii)F 合 的大小为_N，F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为_。若 F 合 与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。1 (2016 年新课标全国卷 I)某同学用图(a) 所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz 和 40Hz。打出纸带的一部分如图 (b)所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率 f，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。图 （ a） (1)若从打出的纸带可判定重物匀
6、加速下落，利用 f 和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B 点时，重物下落的速度大小为_，打出 C 点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。图 （ b） (2)已测得 =8.89cm， =9.50cm， =10.10cm；s1 s2 s3当地重力加速度大小为 9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%，由此推算出 f 为_Hz。2(2016 年新课标全国卷 II)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a) 所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩
7、一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图 （ a） (1)实验中涉及下列操作步骤：把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号) 。图 （ b） (2)图(b)中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz。由 M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_ m/s。比较两纸带可知，_( 填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。3(2016 年新课标全国卷 III)某物理
8、课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力专题 7：力学实验 第 3 页之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬图 （ a） 挂钩码。本实验中可用的钩码共有 N=5 个，每个质量均为 0.010 kg。实验步骤如下：(1)将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码) 可以在木板上匀速下滑。(2)将 n(依次取 n=1，2，3，4，5) 个钩码挂在轻绳右端，其余 N n 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻 t
9、相对于其起始位置的位移 s，绘制 s t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度 a。(3)对应于不同的 n 的 a 值见下表。 N=2 时的 st 图象如图(b)所示；由图(b)求出此时小车的加速度( 保留 2 位有效数字) ，将结果填入下表。n 1 2 3 4 5a/(ms-2) 0.20 0.58 0.78 1.00(4)利用表中的数据在图 (c)中补齐数据点，并作出 a n 图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用 a n 图象求得小车(空载) 的质量为_ kg(保留 2 位有效数字，重力加速度 g取 9.8 m/s2)。(6)若以“保持木板
10、水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_( 填入正确选项前的标号) 。Aa n 图线不再是直线Ba n 图线仍是直线，但该直线不过原点Ca n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大图 （ a） 图 （ b） 4(2015 年新课标全国卷 I)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20m)。完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图(a)所示，托盘秤的示数为 1.00kg；(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b) 所示，该示数为 kg；(3)将小车从凹形桥
11、模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为 m；多次从同一位置释放小车，记录各次的 m 值如下表所示：序号 1 2 3 4 5m(kg) 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N；小车通过最低点时的速度大小为 m/s。(重力加速度大小取 9.80m/s2，计算结果保留 2 位有效数字) 图 （ a） 图 （ b） 5(2015 年新课标全国卷 II)某学生用图(a) 所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为 50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b
12、)所示，图专题 7：力学实验 第 4 页中标出了 5 个连续点之间的距离。(1)物块下滑是的加速度 a=_m/s2 打点 C 点时物块的速度 v=_m/s；(2)已知重力加速度大小为 g，为求出动摩擦因数，还需测量的物理量是_(填正确答案标号)A物块的质量B斜面的高度C斜面的倾角 图 （ a） 图 （ b） 6(2014 年新课标全国卷 I)某同学利用图(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
13、下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_( 选填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a-m 图线不经过原点，可能的原因是_。 图 （ a） (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_。7(2014 年新课标全国卷 II)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(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 01
14、02030405060 圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P 0 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。P1 P2 P3 P4 P5 P6x0/cm 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01x/cm 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41n 10 20 30 40 50 60k(N/m) 1
15、63 56.0 43.6 33.8 28.81/k(m/N) 0.006 1 0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7(1)将表中数据补充完整 :_，_。图 （ b） 1/k（ m/N） (2)以 n 为横坐标， 为纵坐标，在图乙给出的1k坐标纸上画出 -n 图象。1k(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。8(2013 年新课标全国卷 I)图(a) 为测量物块与水平桌
16、面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：专题 7：力学实验 第 5 页图 （ a） 用天平测量物块和遮光片的总质量 M、重物的质量 m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离 s；调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门 A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门 A 和光电门 B 所用的时间 tA 和 tB，求出加速度；图 （ b） 多次重复步骤，求 a 的平均值 ；a根据上述实验数据求出动摩擦因数 。回答下列问题：(1)测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为_cm。(2)物块的加速度 a 可用 d、 s
17、、t A 和 tB 表示为_。(3)动摩擦因数 可用 M、m、 和重力加速度 ga表示为_。(4)如果细线没有凋整到水平，由此引起的误差属于_( 填“偶然误差”或“系统误差”)。9(2013 年新课标全国卷 II)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图(a) 所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图 （ a） 回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与小球抛出时的动
18、能 Ek 相等。已知重力加速度大小为 g。为求得 Ek，至少需要测量下列物理量中的_图 （ b） A小球的质量 mB小球抛出点到落地点的水平距离 sC 桌面到地面的高度 hD弹簧的压缩量 xE弹簧原长 l0(2)用所选取的测量量和已知量表示 Ek，得Ek=_。(3)图(b)中的直线是实验测量得到的 s-x 图线。从理论上可推出，如果 h 不变，m 增加，s-x 图线的斜率会_(选填“增大”“减小”或“不变”) ；如果 m 不变，h 增加，s -x 图线的斜率会_( 选填“增大”“减小”或“不变”)。由图(b)中给出的直线关系和 Ek 的表达式可知，E p 与 x 的_次方成正比。10(2012
19、 年新课标全国卷 )某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图 (a)所示读数为_mm，图(b)所示读数为_mm，所测金属板的厚度为_mm。图 （ a） 图 （ b） 专题 7：力学实验 第 6 页答案：1(1) 、(s1+s2)f2、 ，(2)40；2(1)(s2+s3)f2(s3s1)f22，(2)1.29 M；3(3)0.39(0.370.41 均可) ， (4)略 ， (5)0.45(0.430.47 均可) ，(6)BC ；4(2)1.40 ，(4)7.91.4；5(1)3.25 1.79 ，(2)C；6(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；7(1)81.70.0122，(2) 略，(3) (在n3107. 之间均可) (在n3106.38. 09.l之间均可 )；8(1)0.960，(2)02.l， (3)12s(dtB)2+(dtA)2，(4)系统误差；9(1)A、mg-(M+m)aMgBC，(2) ，(3)减小、增大、hgs422；100.010；6.870；6.860；
