《高考物理各地市模拟题专题汇编》专题18 力学实验(解析版)

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专题 18 力学实验(解析版)
一、实验题（本大题共 12 小题）
1.[来源:2021 年湖北省龙泉中学、宜昌一中高考物理联考试卷（2月份）]在完成了“探究加速度与力、质
量之间的关系”的书本实验后，某同学想办法设计了一个新的实验用于进一步验证上述物理量的关系，具
体操作过程如下：
A
.用天平称出小车质量为
M=0.26 kg
，弹簧测力计质量为
m=0.046 5 kg .¿
取
9.8 m/s2¿
B
.接通打点计时器电源，让小车从一具有一定倾角
θ
的平整斜面上由静止开始加速下滑，用纸带记录
下它的运动情况，以便求出它的加速度
a
．
C
.撤掉打点计时器，在小车尾部用细线与一个弹簧测力计和水桶连接，在水桶中加入适量水，使轻推
小车时，能使其沿斜面向下做匀速直线运动
.
当小车到达斜面底部静止后，读出此时弹簧测力计的读数
F
．
D
.改变斜面的倾角，重复以上实验几次，通过几组数据来验证三个物理量之间的关系．
请回答下列问题：
(1)
下面这条纸带，是在某次实验中得到的
¿
每 5 个点取一个计数点
¿
，可求出此时小车的加速度
_
____
.
¼
(2)
小车由静止开始匀加速下滑过程中所受到的合力为____
¿
用本题中所给的物理量符号表示
¿.
¼
1
(3)
在该同学的这个验证实验中，____
¿
选填“需要”或“不需要”
¿
保证小车质量远大于所挂物体的
总质量
.
¼
【答案】¼
(1)2
．
00 m/s2¿
．
80 ∼2
．
20 m/s2
之间
¿
¼ ；¼ ¼
(2)mg+F
¼ ¼；¼ ¼
(3)
不需要。
【解析】
本题考查了实验数据处理、实验误差分析，实验误差分析是本题的难点；应知道小车受到的合力提供拉力，
难度不大，属于基础题。
(1)
由刻度尺读出相连两点间的距离，根据
Δx=a T 2
求得加速度；
(2)
在弹簧拉力存在时，根据共点力平衡列出平衡式，当小车向下加速运动时，根据沿斜面上的合力提供
小车做加速运动，求得合力；
(3)
此实验是通过共点力平衡求得小车受到的合力，即可判断。
【解答】
(1)
由刻度尺可知相连两点间的距离依次为
x1=4.00 cm=0.0400 m
，
x2=6.00 cm=0.0600 m
，
x3=8.00 cm=0.0800 m
相邻两点间的距离之差
Δx=x2− x1=x3− x2=0.0200 m
根据
Δx=a T 2
可知
a=Δx
T2=0.0200
0.12m/s2=2.00 m/s2
；
(2)
小车向下匀速运动时，对小车受力分析，根据共点力平衡可知
Mgsinθ=f+mg+F
当下车向下加速运动时，小车受到的合力为
F合=Mgsinθ− f
联立解得
F合=mg+F
；
(3)
此实验是通过共点力平衡求得小车受到的合力，不需要保证小车质量远大于所挂物体的总质量。
故答案为：¼
(1)2
．
00 m/s2¿
．
80 ∼2
．
20 m/s2
之间
¿
¼ ；¼ ¼
(2)mg+F
¼ ¼；¼ ¼
(3)
不需要。
2.[来源:2021 年山东省新高考物理模拟试卷]伽利略斜面实验被誉为物理学史上最美实验之一、研究小组尝
试使用等时性良好的“节拍法”来重现伽利略的斜面实验，研究物体沿斜面运动的规律。实验所用节拍频
率是每秒 2 拍，实验装置如图
(a)
所示。在光滑倾斜的轨道上装有可沿轨道移动的框架，框架上悬挂轻薄小
金属片，滑块下滑撞击金属片会发出“叮”的声音
¿
金属片对滑块运动的影响可忽略
¿
。实验步骤如下：
①
从某位置
¿
记为
A0¿
静止释放滑块，同时开始计拍调节框架的位置，使相邻金属片发出的“叮”声
恰好间隔 1 个拍，并标记框架在轨道上的位置
A1
、
A2
、
A3……
；
2
②
测量
A1
、
A2
、
A3……
到
A0
的距离
s1
、
s2
、
s3……
如图
(b)
所示。
③
将测量数据记录于下表，并将节拍数
n
转换成对应时间
t
的平方。
n
123456
s/cm
9.5
38.5
86.2
153.2
240.3
346.4
t2/s2
0.25
1.00
C
4.00
6.25
9.00
(1)
表格中“
C
”处的数据应为___________；
(2)
由表中数据分析可得，
s
与
t2
成___________关系
¿
填“线性”或“非线性”
¿
；
(3)
滑块的加速度大小为___________
m/s2¿
结果保留 2 位小数
¿
。
【答案】¼
(1)2.25
；
(2)
线性¼；¼
(3).0.76 ∼0.78
。
【解答】
(1)
实验所用节拍频率是每秒2拍，所以每两拍之间的时间间隔为
0.5 s
，所以当
n=3
时，
t=3×0.5 s=1.5 s
，
则
t2=2.25 s2
，故 C 处数据应为
2.25
；
(2)
分析表格中数据，
n=1
时，
s
t2=38 cm/s2
，
n=2
时，
s
t2=38.5 cm/s2
，
n=3
时，
s
t2≈38.3 cm/s2
，
n=4
时，
s
t2=38.3 cm/s2
，
n=5
时，
s
t2≈38.4 cm/s2
，
n=6
时，
s
t2≈38.5 cm/s2
，所以 s与
t2
的比值基本在
38 cm/s2∼38.5 cm/s2
之间，考虑到误差的存在，s与
t2
成线性关系；
(3)
对
(2)
中
s
t2
取平均值可得
s
t2≈38 cm/s2=0.38m/s2
，因为
s=1
2a t2
，所以
a=2s
t2=0.76 m/s2
．
3
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