2009高考真题汇编17-力学实验综合

某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出$A$、$B$两点，$B$点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。

实验步骤如下：
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度$d$，用天平测量滑块的质量$m$；
②用直尺测量$AB$之间的距离$s$，$A$点到水平桌面的垂直距离$h_1$，$B$点到水平桌面的垂直距离$h_2$；
③将滑块从$A$点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间$t$；
④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值$\overline{t}$；
⑤利用所测数据求出摩擦力$f$和斜面倾角的余弦值$\cos \alpha$；⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出$f-\cos \alpha$关系曲线。

⑴用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为$g$）：
①斜面倾角的余弦$\cos \alpha$=；
②滑块通过光电门时的速度$v$=；
③滑块运动时的加速度$a$=；，
④滑块运动时所受到的摩擦阻力$f$=_。
⑵测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得$d$=。

某同学利用图1所示装置做"研究平抛运动"的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图2所示。图2中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10$m$，$P_1$、$P_2$和$P_3$是轨迹图线上的3个点，$P_1$和$P_2$、$P_2$和$P_3$，之间的水平距离相等。
完成下列填空：（重力加速度取9.8$m/s$²）
⑴设$P_1$、$P_2$和$P_3$的横坐标分别为$x_1$、$x_2$和$x_3$，纵坐标分别为$y_1$、$y_2$和$y_3$。从图2中可读出|$y_1-y_2$|=$m$，|$y_1-y_3$|=$m$，|$x_1-x_2$|=$m$（保留两位小数）。

⑵若已测知抛出后小球在水平方向上做匀速运动。利用⑴中读取的数据，求出小球从$P_1$运动到$P_2$所用的时间为$s$，小球抛出后的水平速度为$m/s$。（均可用根号表示）。
⑶已测得小球抛出前下滑的高度为0.50$m$，设$E_1$和$E_2$分别为开始下滑时和抛出时的机械能，则小球从开始下滑到抛出的过程中机械能的相对损失$\frac{E_1-E_2}{E_{}}\times 100\%$=%（保留两位有效数字）。

某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度$L$，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径$d$，示数如图。由图可读出$L$=$cm$，$d$=$mm$。

如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力和速度。
①所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架
台和带夹子的重物，此外还需（填字母代号）中的器材。

②通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确
程度。为使图线的斜率等于重力加速度，除作$v-t$图象外，还可作图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 。

某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子$A$、$B$上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为$O$，将第三条橡皮筋的另一端通过细胞挂一重物。

①为完成实验，下述操作中必需的是
a．测量细绳的长度
b．测量橡皮筋的原长
c．测量悬挂重物后像皮筋的长度
d．记录悬挂重物后结点$O$的位置
②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是

一个实验小组在"探究弹力和弹簧伸长的关系"的实验中，使用两条不同的轻质弹簧$a$和$b$，得到弹力与弹簧长度的图象如图7所示。下列表述正确的是（）

"研究匀变速直线运动"的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为$50Hz$)，得到如图8所示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是（）

气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为$a$的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为$b$.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的$6$个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度$s_1$、$s_2$和$s_3$.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为、，两滑块的总动量大小为；碰撞后两滑块的总动量大小为。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。

某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一薄的金属圆片的直径和厚度，读出图中的示数，该金属圆片的直径的测量值为$cm$，厚度的测量值为$mm$。

"探究加速度与物体质量、物体受力的关系"的实验装置如图甲所示.
（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02$s$.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度$a$=$m/s^2$.（结果保留两位有效数字）

（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度$a$与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表

请根据实验数据作出$a-F$的关系图像

（3）根据提供的试验数据作出的$a-F$图线不通过原点，请说明主要原因。

利用图（a）实验可粗略测量人吹气产生的压强。两端开口的细玻璃管水平放置，管内塞有潮湿小棉球，实验者从玻璃管的一端$A$吹气，棉球从另一端$B$飞出，测得玻璃管内部截面积$S$，距地面高度$h$，棉球质量$m$，开始时的静止位置与管口$B$的距离$x$，落地点$C$与管口$B$的水平距离$l$。然后多次改变$x$，测出对应的$l$，画出$l^2-x$关系图线，如图（b）所示，并由此得出相应的斜率$k$。

（1）若不计棉球在空中运动时的空气阻力，根据以上测得的物理量可得，棉球从$B$端飞出的速度$v_0$＝。
（2）假设实验者吹气能保持玻璃管内气体压强始终为恒定值，不计棉球与管壁的摩擦，重力加速度$g$，大气压强$p_0$均为已知，利用图（b）中拟合直线的斜率$k$可得，管内气体压强$p$＝。
（3）考虑到实验时棉球与管壁间有摩擦，则（2）中得到的$p$与实际压强相比（填偏大、偏小）。

某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究"动能定理"，如图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距$50.0cm$的$A$、$B$两点各安装一个速度传感器记录小车通过$A$、$B$时的速度大小。小车中可以放置砝码。

（1）实验主要步骤如下：
①测量和拉力传感器的总质量M₁;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；
②将小车停在$C$点，，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过$A$、$B$时的速度。
③在小车中增加砝码，或，重复②的操作。
（2）表1是他们测得的一组数据，其中$M$是$M_1$与小车中砝码质量$m$之和，$|{v_2}^2－{v_1}^2|$ 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量$△E$，$F$是拉力传感器受到的拉力，$W$是$F$在$A$、$B$间所作的功。表格中$△E_3$=，$W_3$=.(结果保留三位有效数字)
（3）根据表1，请在方格纸上作出$△E-W$图线。

表1 数据记录表

某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括：输出为$3V$的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等。
（1）他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹，金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图14

（2）实验的主要步骤如下：
①正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；

②读出电流表的示数，记录金属夹的位置；
③断开开关，，合上开关，重复②的操作。
（3）该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图15的关系图线，其斜率为$A^{-1}·m^{-1}$(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和。
（4）他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图16所示。金属丝的直径是。图15中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是,其数值和单位为（保留三位有效数字）。                                                                    

小明同学在学习了$DIS$实验后，设计了一个测物体瞬时速度的实验，其装置如下图所示。在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端。小明同学将小车从该端同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据。

则以下表述正确的是（）①四个挡光片中，挡光片I的宽度最小
②四个挡光片中，挡光片Ⅳ的宽度最小
③四次实验中，第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
④四次实验中，第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度

Ⅰ．用多用电表进行了几次测量，指针分别处于$a$、$b$的位置，如图所示。若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的档位，$a$和$b$的相应读数是多少？请填在表格中。

（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择$V$，电流表的量程应选择$A$；$R_0$应选择$\Omega$的定值电阻，R应选择阻值范围是$\Omega$的滑动变阻器。
Ⅱ．用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻$R_0$起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
（a）电流表（量程$0.6A$、$3A$）；
（b）电压表（量程$3V$、$15V$）
（c）定值电阻（阻值$1\Omega$、额定功率$5W$）
（d）定值电阻（阻值$10\Omega$，额定功率$10W$）
（e）滑动变阻器（阴值范围$0--10\Omega$、额定电流$2A$）
（f）滑动变阻器（阻值范围$0-100\Omega$、额定电流$1A$）
那么

（2）引起该实验系统误差的主要原因是。
Ⅲ．探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：

（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为$W$、$2W$、$3W$、……；
  （2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度$v_1$、$v_2$、$v_3$、……；
  （3）作出$W-v$草图；
  （4）分析$W-v$图像。如果$W-v$图像是一条直线，表明$\propto v$；如果不是直线，可考虑是否存在$W\infty v^2$、$W\infty v^3$、$W\infty \sqrt{v}$等关系。
以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是。
A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为$W$、$2W$、$3W$、……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为$W$，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是$2W$、$3W$、……。
B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。
C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。
D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。