实验题专练 专练14

二、实验题专练

专练定位 本专练主要是解决高考热考的几种实验题．高考对实验题的考查方式为 “一力一电”的组合方式，对力学实验的考查一般比较简单，侧重实验原理、实验注意事项和简单的数据处理；而电学实验则侧重考查电路设计、实物连接、数据处理和误差分析．从命题趋势看，实验题的考查向着拓展实验和创新实验的方向发展，来考查学生的迁移能力和解决实际问题的能力．

应考策略 实验题无论如何考，其原理和方法都离不开课本中的实验，复习中应该根据考题，找准我们学习过的类似且相应的实验，从原理迁移中找突破．

专练14 力学实验的设计与探究

(限时：45分钟)

1．(2013·山东·21(1))图1甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________(填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________mm.

图1

答案 A 11.30

解析 游标卡尺测量钢笔帽的内径时，使用内测脚，故填“A”，该游标卡尺的最小分度为0.05 mm，游标尺的第6个刻度线与主尺上的某刻线对齐，所以读数为11 mm＋0.05 mm×6＝11.30 mm.

2．(2013·浙江·21)如图2所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上．一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的a、b、c??均为打点计时器打出的点．

图2

(1)任选一条纸带读出b、c两点间距离为________；

(2)任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为____，纸带①和②上c、e两点间的平均速度v①________v②(填“大于”、“等于”或“小于”)； (3)图中________(填选项)． A．两条纸带均为用装置甲实验所得 B．两条纸带均为用装置乙实验所得

C．纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得 D．纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得 答案 (1)2.10 cm或2.40 cm(±0.05 cm，有效数字位数要正确) (2)1.125 m/s或1.25 m/s(±0.05 m/s，有效数字位数不作要求) 小于 (3)C

解析 (1)纸带①中b、c间距为6.00 cm－3.90 cm＝2.10 cm；纸带②中b、c间距为6.50 cm－4.10 cm＝2.40 cm；

?10.50－6.00?×102 m(2)纸带①中c、e两点间的平均速度为v①＝＝1.125 m/s；纸带②

2×0.02 s

－

?11.50－6.50?×102 m

中c、e两点间的平均速度为v②＝＝1.25 m/s；可知纸带①、②

2×0.02 s

－

上c、e两点间的平均速度v①小于v②；

(3)由纸带数据可知，纸带①的加速度几乎恒定，纸带②的加速度不恒定，故选项C正确．

3．(2013·江苏·11)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3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．

图3

(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＝1.980 m,10个小球下落的总时间T＝6.5 s．可求出重力加速度g＝________m/s2.(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Δt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Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．

答案 (1)BD (2)9.4 (3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值 (4)见解析

解析 (1)无论是交流电还是直流电，电磁铁都可以具有磁性而正常工作，A错；要满足实验条件，M必须在电磁铁的正下方，B正确；考虑到实验实际情况，应从小球下边缘到M点的距离作为小球下落的高度，则C错；敲击M的同时开始计时是准确的，D1T

正确．(2)由公式H＝gt2、t＝，计算得g＝9.4 m/s2.(3)本题关键是准确计时，因此采

210用累加法计时，同时适当增加小球下落的高度可以减小误差，多次测量求平均值是减小1T11T2－Δt?2和H2＝g?－Δt?2，可解得g＝偶然误差常用的方法．(4)由H1＝g???2?n2?n2n2? H1－ H2?2

从而消除Δt对实验结果的影响．

?T1－T2?24． 根据要求，完成“验证力的平行四边形定则”实验．

图4

(1)如图4甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，另一端B连接两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点B位于O处，记下________和两条轻绳的方向，取下滑轮及钩码．

(2)如图乙所示，取某单位长度表示1 N，用力的图示作出两条轻绳的拉力F1和F2；再用一个弹簧测力计把结点B也拉至O处，记下测力计的读数F′＝________ N，取下测力计．

(3)在图丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示．

(4)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是______ ______________________________________________________________.(填一个原因) 答案 (1)O的位置 (2)5.0 (3)如图所示

(4)测量存在误差；作图不准确；弹簧测力计自身重力的影响；滑轮与绳之间的摩擦力等．

解析 (2)弹簧测力计的读数为5.0 N；(3)作出F1、F2两个力的图示，以F1、F2为两邻边作出平行四边形，对角线即为合力F，然后作出F′的图示即可．

5． 某实验小组在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验

方案，其实验装置如图5所示．已知小车质量M＝214.6 g，砝码盘质量m0＝7.8 g，打点计时器所使用的交流电频率为f＝50 Hz.其实验步骤是

图5

A．按图所示安装好实验装置；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动； C．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；

D．将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；

E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复A、B、C、D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度． 回答下列问题：

(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)．

(2)实验中打出的其中一条纸带如图6所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________ m/s2.

图6

(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表：

次数 砝码盘中砝码 的重力F/N 小车的加速度 a/(m·s) －21 0.10 2 0.20 3 0.29 4 0.39 5 0.49 0.88 1.44 1.84 2.38 2.89 他根据表中的数据画出a－F图象(如图7)．造成图线不过坐标原点的最主要原因是________________________________________________________________________， 从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是________，其大小为________．

图7

答案 (1)否 (2)0.88 (3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确) 砝码盘的重力 0.08 N

解析 (1)取下砝码盘后，小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力，而实验中的研究对象是小车，因此，实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量．

?8.64＋7.75?－?6.87＋6.00?－(2)a＝×102 m/s2，解得a＝0.88 m/s2. 24×?0.1?

(3)实验中本应有(m0＋m)g＝Ma，由于实验中未计入砝码盘质量m0，测得的图象与真实图象相比沿F轴左移m0g，图象将不过原点．由图象及上述分析可知，m0g＝0.08 N. 6． 某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实

验装置如图8所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1，通过B的挡光时间为t2，重力加速度为g.为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明．

图8

(1)(单选)下列必要的实验测量步骤是______． A．用天平测出运动小物体的质量m B．测出A、B两传感器之间的竖直距离h C．测出小物体释放时离桌面的高度H

D．用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间Δt

(2)若该同学用d和t1、t2的比值分别来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足________关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的．

(3)该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是(请写出一种)：_____________ ___________________________________________________________. 答案 (1)B

(2)(d/t2)2－(d/t1)2＝2gh

(3)小物体上挡光片的宽度d太大或h的测量不准

解析 (1)由于重力势能和动能中均包括质量m，因此小物体的质量m不需要测量，A错误；求物体重力势能的减小量，需要测量下落高度，B正确；我们关心的是下落高度，与物体距离桌面的高度无关，C错误；不需要测量物体下落所需的时间，D错误． dddd

(2)物体通过两光电门速度分别为、，验证机械能守恒，即需要验证()2－()2＝2gh.

t1t2t2t1(3)该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是小物体上挡光片的宽度d太大、h的测量不准等．

【解题方法技巧8】 力学实验的复习策略——

强化总结提升能力

力学实验部分在高考中常以运动的研究为载体，考查速度、加速度等物理量的测量，或考查力学规律的验证与探究，同时实验原理的理解、实验数据的处理、实验误差的分析仍然是高考考查的重点与热点.

高考力学实验题大部分是从课本中的学生实验变形而来.我们首先要掌握课本要求的基本的实验原理和方法，在复习中要善于找出不同实验在知识或能力要求上的共性和个性.如：验证机械能守恒定律实验、探究加速度与物体质量、物体受力的关系、探究速度随时间的变化规律实验在原理、操作、数据分析等要求上有很多共同点；验证型实验就是在一定的条件下测量出相关物理量并判断规律是否成立，而探究型实验本质是验证型实验，只不过需要先进行物理上的推导或猜想.

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