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专题07 力学实验（原卷版）
—江苏省12年（2008-2019）高考物理试题分类解析
实验1 研究匀变速运动（打点计时器）
1． 2010年第11题 为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。
（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 ▲ （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。
（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v-t图像。
（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。
实验2 力的平行四边形法则
2. 2014年第11题 .小明通过实验验证力的平行四边形定则.
(1 ) 实验记录纸如题 11 -1 图所示,O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力 F1和 F2 的方向分别过 P1 和 P2 点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力 F3 的方向过 P3 点. 三个力的大小分别为:F1= 3 . 30 N、F2= 3. 85 N 和 F3= 4 . 25 N. 请根据图中给出的标度作图求出 F1 和 F2 的合力. (2 ) 仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果. 他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度, 发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如题 11 -2 图所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于 O 点,下端 N 挂一重物. 用与白纸平行的水平力缓慢地移动 N,在白纸上记录下N 的轨迹. 重复上述过程,再次记录下 N 的轨迹.
两次实验记录的轨迹如题 11 -3图所示. 过 O 点作一条直线与轨迹交于 a、 b 两点, 则实验中橡皮筋分别被拉伸到 a 和 b 时所受拉力 Fa、Fb 的大小关系为 ▲ .
(3 ) 根据(2 ) 中的实验,可以得出的实验结果有哪些? ( 填写选项前的字母)
( A) 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
( B) 两次受到的拉力相同时,橡皮筋第 2 次的长度较长
( C) 两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第 2 次受到的拉力较大
( D) 两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大
(4 ) 根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.
3. 2011年第10题
某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_______N。
(2)下列不必要的实验要求是_________。(请填写选项前对应的字母)
(A)应测量重物M所受的重力 (B)弹簧测力计应在使用前校零
(C)拉线方向应与木板平面平行
(D)改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你指出两个解决办法。
实验3牛顿第二定律
4.2009年第11题.“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，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s.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/s2.（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：
| 砝码盘中砝码总重力F(N) |
0.196 |
0.392 |
0.588 |
0.784 |
0.980 |
| 加速度a（m·s-2） |
0.69 |
1.18 |
1.66 |
2.18 |
2.70 |
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-F图线不通过原点，请说明主要原因。
实验4 .测动摩擦因数
5.2012年第11题 为测定木块与桌面之间的动摩擦因数,小亮设计了如图所示的装置进行实验. 实验中,当木块A 位于水平桌面上的O 点时,重物B 刚好接触地面. 将A 拉到P 点,待B 稳定后静止释放,A 最终滑到Q 点. 分别测量OP、OQ 的长度h 和s. 改变h,重复上述实验,分别记录几组实验数据.
(1)实验开始时,发现A 释放后会撞到滑轮. 请提出两个解决方法.
(2)请根据下表的实验数据作出s-h 关系的图象.
(3)实验测得A、B 的质量分别为m = 0. 40 kg、M =0. 50 kg. 根据s -h 图象可计算出A 块与桌面间的动摩擦因数= _________. (结果保留一位有效数字)
(4)实验中,滑轮轴的摩擦会导致实验的测量结果 _________(选填“偏大”或“偏小”).
实验5. 测重力加速度
6. 2018年第11题．某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g．细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤．实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；
②在重锤1上加上质量为m的小钩码；
③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；
④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t．学，科网
请回答下列问题
（1）步骤④可以减小对下落时间t测量的 （选填“偶然”或“系统”）误差．
（2）实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了 ．
（A）使H测得更准确
（B）使重锤1下落的时间长一些
（C）使系统的总质量近似等于2M
（D）使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差．现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做?
（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0．用实验中的测量量和已知量表示g，得g= ．
7.2013年第11题 某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图所示。 倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球。 手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。 当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……。 这样，就可测出多个小球下落的总时间。
（1）在实验中，下列做法正确的有___▲____。
（A）电路中的电源只能选用交流电源
（B）实验前应将M调整到电磁铁的正下方
（C）用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度
（D）手动敲击M的同时按下秒表开始计时
（2）实验测得小球下落的高度H=1.980m，10个小球下落的总时间T=6.5s。 可求出重力加速度g=___▲____。 （结果保留两位有效数字）
（3）在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法。
（4）某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间 磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差，这导致实验误差。 为此，他分别取高度 和，测量n个小球下落的总时间和。 他是否可以利用这两组数据消除对实验结果的影响？ 请推导说明。
实验6 探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律
8.2015年第11题．某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如题11-1图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电
（1）下列实验操作中，不正确的有________
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
（2）该同学按照正确的步骤进行试验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3…….8，用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离，记录在纸带上，如题11-2图所示
计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整
（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________;磁铁受到阻尼作用的变化情况是____________.
（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为实验②），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明说明？对比实验①和②的结果得到什么结论？
实验7. 验证动能定理
9. 2019年高考江苏省物理卷第10题.（8分）
某兴趣小组用如图10-1所示的装置验证动能定理
（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：
A.电磁打点计时器
B.电火花打点计时器
为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择_______(选填“A”或“B”)
(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为，此时摩擦力的影响已经得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，
直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是______(选填“甲”或“乙”)。
（3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码，接通打点计时器电源，松开小车，小车运动，纸带被打出一系列点，其中一段如题10-2图所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度=______m/s.
（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，小车的质量应(选填“远大于”、“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力的功可用算出。多次测量，若W与均基本相等则验证了动能定理。
实验8. 验证机械能守恒定律
10.2008年第11题：
某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H．将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s．
⑴若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2＝ （用H、h表示）．
⑵该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
| h（10－1m） |
2.00 |
3.00 |
4.00 |
5.00 |
6.00 |
| s2 （10－1m2） |
2.62 |
3.89 |
5.20 |
6.53 |
7.78 |
请在坐标纸上作出s2－h关系图．
⑶对比实验结果与理论计算得到的s2－h关系图线（图中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 （填“小于”或“大于”）理论值．
⑷从s2－h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是 ．
实验10：探究恒力做功与物体动能变化的关系
11. 2017年第10题．（8分）利用如题10-1图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系.小车的质量为M=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电.
（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________.
（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题10-2图所示.选择某一点为O，一次每隔4个计时点取一个计数点.用刻度尺量出相邻计数点间的距离，记录在纸带上.计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s.
（3）将钩码的重力视位小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力对小车做的功W.利用算出小车动能，并求出动能的变化量.计算结果见下表.
| |
2.45 |
2.92 |
3.35 |
3.81 |
4.26 |
| |
2.31 |
2.73 |
3.12 |
3.61 |
4.00 |
请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出图象.
（4）实验结果表明，总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的.用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________.
实验10 机械能守恒
12.2016年第11题 某同学用如题11-1图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂着铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方。在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。
（1）ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 ▲ 之间的竖直距离.
（A）钢球在A点时的顶端 (B)钢球在A点时的球心（C）钢球子A点时的底端
（2）用ΔEk=mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如题11-2图所示，其读数为________cm．某次测量中，计时器的示数为0.0100 s，则钢球的速度为v=_________m/s.
（3）下表为该同学的实验结果：
| △Ep(×10－2J) |
4.892 |
9.786 |
14.69 |
19.59 |
29.38 |
| △Ek(×10－2 J) |
5.04 |
10.1 |
15.1 |
20.0 |
29.8 |
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的．你是否同意他的观点？请说明理由.
（4）请你提出一条减小上述差异的改进建议.
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