2017年高考物理試題分類匯編及答案解析《力學實驗》

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力學實驗 1．【2017新課標Ⅰ卷】（5分）某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（a）所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴） （1）由圖（b）可知，小車在桌面上是____________（填“從右向左”或“從左向右”）運動的。 （2）該小組同學根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖（b）中A點位置時的速度大小為___________m/s，加速度大小為____________m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字） 【答案】（1）從右向左 （2）0.19 0.037 【解析】（1）小車在阻力的作用下，做減速運動，由圖（b）知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動；（2）已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為：，所以A點位置的速度為：，根據(jù)逐差法可求加速度：，解得a=0.037 m/s2。 【考點定位】勻變速直線運動的研究 【名師點睛】注意相鄰水滴間的時間間隔的計算，46滴水有45個間隔；速度加速度的計算，注意單位、有效數(shù)字的要求。 2．【2017新課標Ⅲ卷】（6分）某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm）的紙貼在水平桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。 （1）用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為_______N。 （2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖（a）中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N。 （i）用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平形四邊形定則畫出它們的合力F合； （ii）F合的大小為_______N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。 【答案】（1）4.0 （2）（i）如圖 （ii）4.0 0.05 【考點定位】驗證力的平行四邊形定則 【名師點睛】驗證力的平行四邊形定則中的作圖法要注意標明：力的標度、刻度、方向箭頭、大小和物理量名稱。 3．【2017新課標Ⅱ卷】（6分）某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。 實驗步驟如下： ①如圖（a），將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑； ②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間?t； ③用?s表示擋光片沿運動方向的長度，如圖（b）所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的?t時間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出–?t圖，如圖（c）所示。 完成下列填空： （1）用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和?t的關(guān)系式為= 。 （2）由圖（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字） 【答案】（1） （2）52.1 16.3（15.8~16.8） 【考點定位】勻變速直線運動的規(guī)律 【名師點睛】此題主要考查學生對勻變速直線運動的基本規(guī)律的運用能力；解題時要搞清實驗的原理，能通過運動公式找到圖象的函數(shù)關(guān)系，結(jié)合圖象的截距和斜率求解未知量。 4．【2017天津卷】如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律。 ①對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是______________。 A．重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B．兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正 C．精確測量出重物的質(zhì)量 D．用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物 ②某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖所示。紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計時點間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有____________。 A．OA、AD和EG的長度 B．OC、BC和CD的長度 C．BD、CF和EG的長度 D．AC、BD和EG的長度 【答案】①AB ②BC 【考點定位】實驗——驗證機械能守恒定律 【名師點睛】本題的難點是對實驗原理的理解。 5．【2017北京卷】（18分）如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。 （1）打點計時器使用的電源是_______（選填選項前的字母）。 A．直流電源 B．交流電源 （2）實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_______（選填選項前的字母）。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物且_______（選填選項前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計時器不打點 B．計時器打點 （3）接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W=_________，打B點時小車的速度v=_________。 （4）以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2–W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達式為_________________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_________。 （5）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2–W關(guān)系的是________。 【答案】（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=（4.5~5.0） kg–1 質(zhì)量 （5）A 【解析】（1）打點計時器均使用交流電源，選B。 （2）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它們平衡，選A；平衡摩擦力時需要讓打點計時器工作，紙帶跟打點計時器限位孔間會有摩擦力，且可以通過紙帶上打出的點跡判斷小車的運動是否為勻速直線運動，選B。 （3）小車拖動紙帶移動的距離等于重物下落的距離，又小車所受拉力約等于重物重力，因此W=mgx2；小車做勻變速直線運動，因此打B點時小車的速度為打AC段的平均速度，則。 （4）由圖3可知，圖線斜率k≈4.7 kg–1，即v2=4.7 kg–1W；設(shè)小車質(zhì)量為M，根據(jù)動能定理有，變形得，即k=，因此與圖線斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量。 （5）若m不滿足遠小于M，則由動能定理有，可得，v2與W仍然成正比關(guān)系，選A。 【考點定位】探究動能定理實驗 【名師點睛】實驗總存在一定的誤差，數(shù)據(jù)處理過程中，圖象讀數(shù)一樣存在誤差，因此所寫函數(shù)表達式的比例系數(shù)在一定范圍內(nèi)即可；第（5）問有一定的迷惑性，應(yīng)明確寫出函數(shù)關(guān)系，再進行判斷。 6．【2017江蘇卷】（8分）利用如題10–1圖所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系．小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電． （1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_____________________． （2）掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如題10–2圖所示．選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點．用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離，記錄在紙帶上．計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=______m/s． （3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對小車做的功W．利用算出小車動能，并求出動能的變化量．計算結(jié)果見下表． 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出圖象． （4）實驗結(jié)果表明，總是略小于W．某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的．用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=__________N． 【答案】（1）小車做勻速運動 （2）0.228 （3）如圖所示 （4）0.093 【解析】（1）小車能夠做勻速運動，紙帶上打出間距均勻的點，則表明已平衡摩擦；（2）相臨計數(shù)點間時間間隔為T=0.1 s，；（3）描點畫圖，如圖所示。 ； （4）對整體，根據(jù)牛頓第二定律有：mg=（m+M）a，鉤碼：mg–FT=ma，聯(lián)立解得繩上的拉力：． 【考點定位】探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系 【名師點睛】本題中的計算，要當心數(shù)據(jù)的單位、有效數(shù)字的要求．用整體法、隔離法，根據(jù)牛頓第二定律求繩上的拉力，題目比較常規(guī)，難度不大．