2015届高考物理 考前三个月 名师考点点拨专题讲练12 力学实验

（二）（含14真题及原创解析）新人教版

考题1 探究动能定理

例1 (2014·天津·9(2))某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图1所示．

图1

①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些________．

②实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)． A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力

③平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_____________________________________________________ ________________________________________________________________________. ④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)． A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近

C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力

解析 ①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度．

②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确．

③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上

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加适量砝码(或钩码)．

④当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．

答案 ①刻度尺、天平(包括砝码) ②D ③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD

1．某实验小组同学利用气垫导轨和光电门计时器等装置探究动能定理．如图2所示，他们通过改变滑轮下端的小沙盘中沙子的质量来改变滑块所受水平方向的拉力；滑块上安有宽度为d的挡光片，实验中，用天平称出小盘和沙子的总质量为m，滑块(带挡光片)的质量为M，用最小分度为1 mm的刻度尺测量出光电门1和2之间的距离x，计时器显示挡光片经过光电门的时间分别为t1和t2.

图2

(1)用最小分度为1 mm的刻度尺测量出光电门1和2之间的距离x，以下数据合理的是( ) A．50 cm B．50.00 cm C．50.0 cm

D．50.000 cm

1d2d2

(2)小组的某位同学探究得出结论的表达式为mgx＝(M＋m)[()－()]，请问在这位同学的

2t2t1实验操作过程中是否需要满足“小沙盘和沙子的总质量m远远小于滑块(带挡光片)的质量M”这个条件________(填“是”或“否”)． (3)为减小实验误差可采取的方法是________． A．适当增大挡光片的宽度d B．适当减小挡光片的宽度d C．适当增大两光电门之间的距离x D．适当减小两光电门之间的距离x 答案 (1)B (2)否 (3)BC

解析 (1)刻度尺的最小分度是1 mm，所以用cm做单位时小数点后保留两位，所以B正确，A、C、D错误；(2)通过表达式可以看出此同学的研究对象是系统，所以并不需要满足“小盘和沙子的总质量m远远小于滑块(带挡光片)的质量M”这个条件；(3)适当减小挡光片的宽度，或适当增大光电门间的距离可减小误差．

2．在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图3所示的装置，拉力传感器固定在

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小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：

图3

(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点．

(2)测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后__________，打出一条纸带，关闭电源．

(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图4所示，在纸带上按打点先后顺序依次取O、

A、B、C、D、E等

多个计数点，各个计数点到O点间的距离分别用hA、hB、hC、hD、hE、……表示，则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为____________________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为______________．

图4

(4)某同学以A点为起始点，以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是______________________________________________________________．

MhE－hC2

答案 (1)间距相等 (2)释放小车 (3) F(hD－hA) (4)外力所做的功等于物体2

8T动能的变化量

解析 (1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时，小车做匀速直线运动，受力平衡．

(2)在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车．

hE－hC12

(3)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度，即vD＝，故打下D点时的动能为EkD＝Mv D＝

2T2

MhE－hC2

；拉力对小车做的功为W＝F(hD－hA)． 2

8T(4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45°，可得出方程式ΔEk＝W，故可得结论：外力所做的功等于物体动能的变化量．

考题2 验证机械能守恒定律

例2 为了探究机械能守恒定律，岳口高中的金金设计了如图5所示的实验装置，并提供了如下的实验器材：

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图5

A．小车 B．钩码 C．一端带滑轮的木板 D．细线 E．电火花计时器 F．纸带 G．毫米刻度尺 H．低压交流电源 I．220 V的交流电源

(1)根据上述实验装置和提供的实验器材，你认为实验中不需要的器材是________(填写器材序号)，还应补充的器材是________．

(2)实验中得到了一条纸带如图6所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号0～6)，测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T.则打点2时小车的速度v2＝________；若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为________________．

图6

(3)在实验数据处理时，如果以为纵轴，以d为横轴，根据实验数据绘出－d图象，其图线

22的斜率表示的物理量的表达式为________________．

解析 (1)电火花计时器需接通220 V交流电源，因此低压交流电源用不着；另外还需要用到天平测出小车的质量M.

(2)打点2时的速度等于点1到点3之间的平均速度，即v2＝

v2

v2

d3－d1d4

或；根据机械能守恒，2T4T122

整个系统减少的重力势能等于整个系统增加的动能，即mg(d5－d1)＝(M＋m)(v5 －v1 )．

2(3)根据v＝2ad，因此－d图线的斜率就是加速度，而对钩码进行受力分析可知：mg－FT＝

2

2

v2

mma，而对小车FT＝Ma，因此可得a＝g.

M＋md3－d1d4

答案 (1)H 天平 (2)或

2T4T1m22

mg(d5－d1)＝(M＋m)(v g 5－v 1) (3)

2M＋m

3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少量等于它动能的增加量，以下操作步骤中不必要的或错误的是( )

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