2022届高考物理一轮复习专题突破：训练力学实验（含答案与解析）

这是一份2022届高考物理一轮复习专题突破：训练力学实验（含答案与解析），共32页。试卷主要包含了为得到的某条清晰纸带的一部分等内容，欢迎下载使用。

力学适应
1、（2021·T8高中名校八省市第一次新高考适应性考试）2020年12月8日，中尼两国共同宣布了珠穆朗玛峰的最新高度为海拔8848.86米，此次珠峰高度测量实现了北斗卫星导航系统首次应用、首次实测珠峰峰顶重力值等多项第一。同时，雪深探测雷达、重力仪、超长距离测距仪等一大批国产现代测量设备纷纷亮相。重力仪的内部包含了由弹簧组成的静力平衡系统。
为测量某弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实验装置如下图(1)图(2)所示，角度传感器与可转动“T”形螺杆相连，“T”形螺杆上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定的套杆（图2中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一端与铁架台底座的固定点相连。当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时，力传感器会随着“T”形螺杆旋转而上下平移，弹簧长度也随之发生变化。

(1)已知“T”形螺杆的螺纹间距d=4.0×10-3m，当其旋转300°时，力传感器在竖直方向移动______m。（结果保留2位有效数字）
(2)该探究小组操作步骤如下：
①旋转螺杆使初状态弹簧长度大于原长。
②记录初状态力传感器示数F0以及角度传感器示数θ0.
③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数F1，其增加值△F1=F1-F0；角度传感器示数θ1，其增加值△θ1=θ1-θ0。
④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中记录多组△F、△θ值：
序号
△F（单位：N）
△θ（单位：°）
1
0.121
499.7
2
0.247
999.9
3
0.373
1500.5
4
0.498
2000.2
5
0.623
2500.6
6
0.747
3000.3
下图已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线。（ ）

⑤用△F、△θ（单位为度）、d三个量计算弹簧劲度系数k的表达式为____________；结合图线算出弹簧的劲度系数k=____________N/m。（结果保留2位有效数字）

2、（2021·八省联考高三上学期1月考前猜题）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球P、Q，杆可以绕固定于中点O的水平轴在竖直面内自由转动。O点正下方有一光电门，小球球心可恰好通过光电门，已知重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径为d=_____cm。
（2）P、Q从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为=0.01s，则小球P经过最低点时的速度为v=_____m/s。
（3）若两小球P、Q球心间的距离为L，小球P的质量是小球Q质量的k倍（k＞1），当满足k=______（用L、d、、g表示）时，就表明验证了机械能守恒定律。

3、某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图所示A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm。则：

(1)图中相邻两计数点的时间间隔是______s；
(2)打B点时小车的速度大小是______m/s；
(3)小车运动的加速度大小是______m/s2。

4、（2021·福建省三明市高三上学期1月期末）某同学用图（甲）所示实验装置探究小车做匀变速直线运动的规律。图（乙）为得到的某条清晰纸带的一部分。A、B…E是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4个打出的点未画出，C、E间的计数点D未标出，交流电源的频率为50Hz。
(1)实验时，必须进行的是_________（填选项字母）；
A．平衡摩擦力
B．调节滑轮高度，使细线与长木板平行
C．选择所挂钩码的质量m远小于小车的质量M
(2)打出D点时小车的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。（结果均保留2位小数）


5、（2021·广东省佛山市高三上学期1月期末）某同学采用如图甲所示的装置及电火花打点计时器探究小车做匀变速直线运动的特点。
(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是（填编号）___________；
①天平 ②4～6V低压直流电源 ③刻度尺 ④秒表
(2)安装好实验装置后开始实验。实验中以下操作必需的是___________；
A．托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量
B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行
C．将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起
D．释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置
E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验
(3)实验中获得某条点迹清晰的纸带如图乙所示，已知打点计时器所用交流电频率为f，若___________（填写表达式，用题及图中物理量表示），则可认为匀变速直线运动具有___________的特点（提示：填有关速度或位移的特点）。


6、（2021·河北省邯郸市高三上学期1月期末）某同学利用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”：在倾斜桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力FT1、FT2和FT3，回答下列问题：
（1）在实验中，若一根绳子挂的钩码质量为m，另一根绳子挂的钩码质量为2m，则第三根绳子所挂的钩码质量M应满足关系：_________。

（2）在拆下钩码和绳子前，最必要的一个步骤是_______。
A.标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向
B.量出三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
（3）若改变桌面的倾斜角度，_______（填“会”或“不会”）影响实验的结论。

7、（2021·河北省张家口市高三上学期1月期末）某同学设计了如图甲所示实验装置来“验证机械能守恒定律”，通过电磁铁控制的小铁球从A处自由下落，光电门连接计时器可记录下小铁球的直径经过光电门B时的挡光时间t。小铁球的质量m=4×10-3kg、直径为d，重力加速度g=9.8m/s2。

(1)用游标卡尺测量小铁球的直径。如图乙所示，其直径d=______mm；
(2)当光电门B与A间距为0.22m时，挡光时间t=5×10-3s，则小球过光电门B时的动能Ek=______J，小铁球由A到B减少的重力势能Ep=______J，在误差允许范围内，小铁球机械能守恒。（计算结果保留三位有效数字）

8、（2021·湖南省永州市高三上学期1月一模）某兴趣小组在学习了自由落体以后设计了一个测量重力加速度的装置，装置如图甲所示。（注意实验时，将第一个光电门固定在靠近钢球开始下落的位置）
实验步骤如下：
A．按照图示安装实验器材
B．释放小球，记录小球从第一个光电门下落到第二个光电门之间的高度h和所用时间t，并填入设计好的表格中
C．保持第一个光电门位置不变，改变第二个光电门的位置，多次重复实验步骤B
D．根据实验数据作出图像，并由此图像求解重力加速度
根据以上信息思考下面的问题：
(1)根据实验数据得到的图像如图乙所示，写出图线的斜率k与重力加速度g之间的关系为g=_________。

(2)根据实验中的数据以为纵轴，t为横轴建立坐标系，发现图线不过原点，如图丙所示，图线与纵轴的截距的物理意义是___________
A．小球通过第一个光电门时的速度
B．小球通过第二个光电门时的速度
(3)从理论上利用图丙计算的重力加速度g与利用图乙计算的重力加速度g_______（填“有”或“无”）区别。

9、（2021·辽宁省葫芦岛市高三上学期1月期末）图甲为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为d的遮光条，滑块包括遮光条总质量为M。细绳下端挂砝码，钩码的质量为m。滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各自的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度v1和v2，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x，重力加速度为g。

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d=_____cm。
(2)写出滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，验证机械能守恒定律的表达式__________（用题中给出的物理量表示）。
(3)增加绳子下端砝码的个数，滑块每次都从同一位置由静止释放，作出图象，如图丙所示，其斜率为k=_____（用题中给出的物理量表示）。

10、（2021·山东省济宁市高三上学期1月期末）某同学设计如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小铁球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间t，当地的重力加速度为g。为了验证机械能守恒定律，该实验准备了如下器材：铁架台、夹子、小铁球，光电门、数字式计时器、游标卡尺（20分度）、毫米刻度尺。


(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，示数如图丙所示，则其直径为d=______cm；
(2)调整AB之间距离h，记录下小铁球通过光电门B的时间t，多次重复上述过程，作出随h的变化图像如图乙所示。若小球下落过程中机械能守恒，则该直线斜率k0=______；
(3)在实验中根据数据实际绘出图像的直线斜率为k（k
11、（2021·“八省联考”辽宁省普通高中学业水平选择考适应性测试）某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连。

实验步骤如下：
①接通M的开关，吸住小球；
②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1；
③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1；
④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2。
完成下列问题：
(1)本实验所用器材有；铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和___________（填入正确选项前的字母）。
A．天平 B．刻度尺 C．游标卡尺
(2)重力加速度大小可表示为g=___________（用h1、t1、h2、t2表示）。
(3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不变而改变A的位置，那么该组同学___________（填“能”或“不能”）正确测得重力加速度。

12、用如图1所示的实验装置测量木块与长木板间的动摩擦因数。把左端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，载有砝码的木块右端连接穿过打点计时器的纸带，左端连接细线，细线绕过定滑轮挂有槽码，木块在槽码的牵引下运动通过纸带测量木块的加速度，并测出木块与砝码的总质量M，槽码的总质量m，计算木块与木板之间的摩擦力f。改变M和m进行多次实验。

(1)下列实验操作步骤，正确顺序是___________；
①释放木块
②接通打点计时器电源
③将木板固定在水平桌面上
④调节滑轮高度使细线与木板平行
⑤将纸带穿过打点计时器的限位孔并固定在木块上
(2)实验打出的一段纸带如图2所示打点计时器的工作频率为50Hz，图中纸带按实际尺寸画出，则木块的加速度为___________m/s2；

(3)甲同学测得的数据见下表。
M/kg
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
f/N
2.48
2.18
1.80
1.50
1.16
请根据表中的数据，在方格纸上作出f-M图像__________；

(4)已知重力加速度g=9.80m/s2，可求得该木块与木板的动摩擦因数=___________；
(5)乙同学用(3)问表中的数据逐一计算出每次测量的值，取其平均值作为测量结果。他发现该值比甲同学在(4)问中得出的值大。你认为哪位同学的结果更准确，请简要说明理由______________。

13、（2021·“八省联考”湖南省普通高中学业水平选择考适应性测试）某同学利用滑块在气垫导轨上的运动测量当地的重力加速度，如图（a）所示，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、数字计时器、光电门等。导轨下方两支点间的距离为l。实验步骤如下：

(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当光电门A记录的遮光时间________（填“大于”“小于”或“等于”）光电门B记录的遮光时间时，认为气垫导轨水平；
(2)用游标卡尺测量遮光片宽度d。如图（b）所示，d=_______cm；
(3)在导轨左支点下加一高度为h的垫块，让滑块从导轨顶端滑下，记录遮光片经过A、B两处光电门的光时间△t1、△t2及遮光片从A运动到B所用的时间t12，可求出重力加速度g=______（用题中给出的物理量符号表示）；
(4)分析实验结果发现，重力加速度的测量值比该地的实际值偏小，写出一条产生这一结果的可能原因：______。

14、为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器坐标纸，细线，定滑轮（位置可调）两个，钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺（带可滑动的指针）固定在底座上，主尺可升降，如图1所示。

实验步骤如下：
(1)仪器调零。如图1，将已测量好的劲度系数k为5.00N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹箦挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针。
(2)搭建的实验装置示意图如图2.钩码组mA=40g，钩码组mB=30g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得=36.9°，=53.1°，由图3可读出游标卡尺示数为___________cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F=___________N。当地重力加速度g为9.80m/s2。
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中做出，用平行四边形定则做出合力F′________。

(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果___________（填写“有”或“无”）影响。

15、为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图（a）装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图（b），其中Fm是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g，请回答以下问题：

(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量△Ep=___________，动能的增加量△Ek=___________。（均用题中所给字母表示）
(2)观察图（b）中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：___________。
(3)为减小实验误差，实验时应选用密度___________（选填“较大”或“较小”）的小球。





力学适应（解析卷）
1、（2021·T8高中名校八省市第一次新高考适应性考试）2020年12月8日，中尼两国共同宣布了珠穆朗玛峰的最新高度为海拔8848.86米，此次珠峰高度测量实现了北斗卫星导航系统首次应用、首次实测珠峰峰顶重力值等多项第一。同时，雪深探测雷达、重力仪、超长距离测距仪等一大批国产现代测量设备纷纷亮相。重力仪的内部包含了由弹簧组成的静力平衡系统。
为测量某弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实验装置如下图(1)图(2)所示，角度传感器与可转动“T”形螺杆相连，“T”形螺杆上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定的套杆（图2中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一端与铁架台底座的固定点相连。当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时，力传感器会随着“T”形螺杆旋转而上下平移，弹簧长度也随之发生变化。

(1)已知“T”形螺杆的螺纹间距d=4.0×10-3m，当其旋转300°时，力传感器在竖直方向移动______m。（结果保留2位有效数字）
(2)该探究小组操作步骤如下：
①旋转螺杆使初状态弹簧长度大于原长。
②记录初状态力传感器示数F0以及角度传感器示数θ0.
③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数F1，其增加值△F1=F1-F0；角度传感器示数θ1，其增加值△θ1=θ1-θ0。
④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中记录多组△F、△θ值：
序号
△F（单位：N）
△θ（单位：°）
1
0.121
499.7
2
0.247
999.9
3
0.373
1500.5
4
0.498
2000.2
5
0.623
2500.6
6
0.747
3000.3
下图已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线。（ ）

⑤用△F、△θ（单位为度）、d三个量计算弹簧劲度系数k的表达式为____________；结合图线算出弹簧的劲度系数k=____________N/m。（结果保留2位有效数字）
【答案】 (1). (2). (3). (4).
【解析】
(1)[1]当其旋转360°时，力传感器在竖直方向移动d=4.0×10-3m，则当其旋转300°，力传感器在竖直方向移动距离为

(2) [2]描点作图如下

[3]角度增加时，弹簧形变量为，则有

根据胡克定律得

解得

[4]将上式变换得

图像斜率为

解得

2、（2021·八省联考高三上学期1月考前猜题）用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球P、Q，杆可以绕固定于中点O的水平轴在竖直面内自由转动。O点正下方有一光电门，小球球心可恰好通过光电门，已知重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径为d=_____cm。
（2）P、Q从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为=0.01s，则小球P经过最低点时的速度为v=_____m/s。
（3）若两小球P、Q球心间的距离为L，小球P的质量是小球Q质量的k倍（k＞1），当满足k=______（用L、d、、g表示）时，就表明验证了机械能守恒定律。
【答案】（1）1.450（2分） （2）1.450（2分） （3）（2分）
【解析】（1）小球的直径
（2）小球P经过最低点的速度；
（3）根据机械能守恒，整理得。
3、某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图所示A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm。则：

(1)图中相邻两计数点的时间间隔是______s；
(2)打B点时小车的速度大小是______m/s；
(3)小车运动的加速度大小是______m/s2。
【答案】 (1). (2). (3).
【解析】
(1)[1]打点计时器的打点周期为

相邻计数点之间的时间间隔

(2)[2]匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以点速度为

(3)[3]根据逐差法求解加速度

4、（2021·福建省三明市高三上学期1月期末）某同学用图（甲）所示实验装置探究小车做匀变速直线运动的规律。图（乙）为得到的某条清晰纸带的一部分。A、B…E是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4个打出的点未画出，C、E间的计数点D未标出，交流电源的频率为50Hz。
(1)实验时，必须进行的是_________（填选项字母）；
A．平衡摩擦力
B．调节滑轮高度，使细线与长木板平行
C．选择所挂钩码的质量m远小于小车的质量M
(2)打出D点时小车的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。（结果均保留2位小数）

【答案】 (1). B (2). 0.96 (3). 2.00
【解析】
(1)[1] A．探究小车做匀变速直线运动的规律时不需要平衡摩擦力，A错误；
B．调节滑轮高度，使细线与长木板平行，B正确；
C．探究小车做匀变速直线运动的规律时，不需要选择所挂钩码的质量m远小于小车的质量M，C错误。
故选B。

(2)[2] 打出D点时小车的速度大小为

[3]加速度大小为

5、（2021·广东省佛山市高三上学期1月期末）某同学采用如图甲所示的装置及电火花打点计时器探究小车做匀变速直线运动的特点。
(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是（填编号）___________；
①天平 ②4～6V低压直流电源 ③刻度尺 ④秒表
(2)安装好实验装置后开始实验。实验中以下操作必需的是___________；
A．托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量
B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行
C．将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起
D．释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置
E．选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验
(3)实验中获得某条点迹清晰的纸带如图乙所示，已知打点计时器所用交流电频率为f，若___________（填写表达式，用题及图中物理量表示），则可认为匀变速直线运动具有___________的特点（提示：填有关速度或位移的特点）。

【答案】 (1). ③ (2). BDE (3). (4). 连续相等时间内的位移之差相等
【解析】
(1)[1]①．在处理纸带求解速度与加速度的过程中，物体的质量不需要知道，所以不用天平测物体的质量。故①错误；
②．实验使用的电源必须是交流电源，故②错误；
③．刻度尺要用来测量纸带的点之间的距离，所以必须要有刻度尺，故③正确；
④．打点计时器本身就是计时的仪器，所以不需要秒表，故④错误。
故选③。
(2)[2]A．不管托盘和砝码的总质量与小车的总质量大小关系如何，只要小车做匀变速直线运动即可，即托盘和砝码的总质量不需要远小于小车的总质量。故A错误；
B．调整滑轮的高度，使细线与长木板平行，保证小车所受的合力在运动过程中不变。故B正确；
C．将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起是为了平衡摩擦力，但本实验是探究小车做匀变速直线运动的特点，不管平衡摩擦力与否，都是匀变速直线运动。因此不需要将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起。故C错误；
D．为了纸带的利用率，释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置。故D正确；
E．为了保证小车受力稳定，做匀变速直线运动，因此要选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验。故E正确。
故选BDE。
(3)[3][4]本实验要探究小车做匀变速直线运动的特点，即

可知，匀变速直线运动在连续相等时间内的位移差相等。
6、（2021·河北省邯郸市高三上学期1月期末）某同学利用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”：在倾斜桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力FT1、FT2和FT3，回答下列问题：
（1）在实验中，若一根绳子挂的钩码质量为m，另一根绳子挂的钩码质量为2m，则第三根绳子所挂的钩码质量M应满足关系：_________。

（2）在拆下钩码和绳子前，最必要的一个步骤是_______。
A.标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向
B.量出三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
（3）若改变桌面的倾斜角度，_______（填“会”或“不会”）影响实验的结论。
【答案】 (1). (2). A (3). 不会
【解析】
(1)[1]根据三力平衡条件，第三根绳子所挂的钩码质量M应满足关系为

即

(2)[2]必须记下力的三要素，即大小、方向、作用点。大小可以通过钩码的个数来表示，方向就是绳子的方向，作用点为O点，故选A。
(3)[3]绳子拉力即为钩码重力，若改变桌面的倾斜角度，拉力不变，所以不会影响实验的结论。
7、（2021·河北省张家口市高三上学期1月期末）某同学设计了如图甲所示实验装置来“验证机械能守恒定律”，通过电磁铁控制的小铁球从A处自由下落，光电门连接计时器可记录下小铁球的直径经过光电门B时的挡光时间t。小铁球的质量m=4×10-3kg、直径为d，重力加速度g=9.8m/s2。

(1)用游标卡尺测量小铁球的直径。如图乙所示，其直径d=______mm；
(2)当光电门B与A间距为0.22m时，挡光时间t=5×10-3s，则小球过光电门B时的动能Ek=______J，小铁球由A到B减少的重力势能Ep=______J，在误差允许范围内，小铁球机械能守恒。（计算结果保留三位有效数字）
【答案】 (1). 10.15 (2). 8.24×10-3 (3). 8.62×10-3
【解析】
(1)[1]由图示游标卡尺可知，游标尺为20分度，故精度为0.05，主尺读数为10mm，游标尺读数为
0.05×3mm=0.15mm
其示数为
10mm+0.15mm=10.15mm
(2)[2]小球过光电门B时的动能为

[3]小铁球由A到B减少的重力势能为

8、（2021·湖南省永州市高三上学期1月一模）某兴趣小组在学习了自由落体以后设计了一个测量重力加速度的装置，装置如图甲所示。（注意实验时，将第一个光电门固定在靠近钢球开始下落的位置）
实验步骤如下：
A．按照图示安装实验器材
B．释放小球，记录小球从第一个光电门下落到第二个光电门之间的高度h和所用时间t，并填入设计好的表格中
C．保持第一个光电门位置不变，改变第二个光电门的位置，多次重复实验步骤B
D．根据实验数据作出图像，并由此图像求解重力加速度
根据以上信息思考下面的问题：
(1)根据实验数据得到的图像如图乙所示，写出图线的斜率k与重力加速度g之间的关系为g=_________。

(2)根据实验中的数据以为纵轴，t为横轴建立坐标系，发现图线不过原点，如图丙所示，图线与纵轴的截距的物理意义是___________
A．小球通过第一个光电门时的速度
B．小球通过第二个光电门时的速度
(3)从理论上利用图丙计算的重力加速度g与利用图乙计算的重力加速度g_______（填“有”或“无”）区别。
【答案】 (1). 2k (2). A (3). 无
【解析】
(1)[1]根据平均速度公式得

而匀变速直线运动平均速度又可以表示为

根据匀变速直线运动速度公式得

联立得

则图像的斜率k与重力加速度g之间满足关系

解得

(2)[2]根据第(1)问推出的表达式

可知，图线与纵轴的截距即为初速度v0，是小球通过第一个光电门时的速度；
(3)[3]图像与纵轴的交点仅表示初速度的不同，图像的斜率不变，求得的重力加速度就相同。
9、（2021·辽宁省葫芦岛市高三上学期1月期末）图甲为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为d的遮光条，滑块包括遮光条总质量为M。细绳下端挂砝码，钩码的质量为m。滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各自的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度v1和v2，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x，重力加速度为g。

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d=_____cm。
(2)写出滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，验证机械能守恒定律的表达式__________（用题中给出的物理量表示）。
(3)增加绳子下端砝码的个数，滑块每次都从同一位置由静止释放，作出图象，如图丙所示，其斜率为k=_____（用题中给出的物理量表示）。
【答案】 (1). 0660 (2). (3).
【解析】
(1)[1]．用游标卡尺测量遮光条的宽度 d=0.6cm+0.05mm×12=0.660cm；
(2)[2]．系统重力势能减小量为
∆EP=mgx
动能增加量为

则要验证的关系式为

(3)[3]．由表达式可得

则图像的斜率为

10、（2021·山东省济宁市高三上学期1月期末）某同学设计如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小铁球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间t，当地的重力加速度为g。为了验证机械能守恒定律，该实验准备了如下器材：铁架台、夹子、小铁球，光电门、数字式计时器、游标卡尺（20分度）、毫米刻度尺。


(1)用游标卡尺测量小铁球的直径，示数如图丙所示，则其直径为d=______cm；
(2)调整AB之间距离h，记录下小铁球通过光电门B的时间t，多次重复上述过程，作出随h的变化图像如图乙所示。若小球下落过程中机械能守恒，则该直线斜率k0=______；
(3)在实验中根据数据实际绘出图像的直线斜率为k（k 【答案】 (1). 2.145 (2). (3).
【解析】
(1)[1]用游标卡尺测量小铁球的直径d=2.1cm+0.05mm×9=2.145cm.
(2)[2]已知经过光电门的时间和小球的直径，由平均速度表示经过光电门时的速度

小球下落过程中，重力势能减少量等于动能增加量时可以认为机械能守恒；则有

化简可得

那么该直线斜率

(3)[3]因存在阻力，对小球下落过程运用动能定理可得

解得


所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值

11、（2021·“八省联考”辽宁省普通高中学业水平选择考适应性测试）某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连。

实验步骤如下：
①接通M的开关，吸住小球；
②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1；
③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1；
④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2。
完成下列问题：
(1)本实验所用器材有；铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和___________（填入正确选项前的字母）。
A．天平 B．刻度尺 C．游标卡尺
(2)重力加速度大小可表示为g=___________（用h1、t1、h2、t2表示）。
(3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不变而改变A的位置，那么该组同学___________（填“能”或“不能”）正确测得重力加速度。
【答案】 (1). B (2). (3). 能
【解析】
(1)[1]实验需要测量A和B之间的距离，所以需要用刻度尺。因为没有记录小球过光电门的时间，所以不需要测量小球直径，故不要游标卡尺。故选B。
(2)[2]设过A时的速度为，从A运动到B，有
，
解得

(3)[3]倒过来分析，小球以相同的速度从B点竖直上抛，同理亦可以测得。
12、用如图1所示的实验装置测量木块与长木板间的动摩擦因数。把左端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，载有砝码的木块右端连接穿过打点计时器的纸带，左端连接细线，细线绕过定滑轮挂有槽码，木块在槽码的牵引下运动通过纸带测量木块的加速度，并测出木块与砝码的总质量M，槽码的总质量m，计算木块与木板之间的摩擦力f。改变M和m进行多次实验。

(1)下列实验操作步骤，正确顺序是___________；
①释放木块
②接通打点计时器电源
③将木板固定在水平桌面上
④调节滑轮高度使细线与木板平行
⑤将纸带穿过打点计时器的限位孔并固定在木块上
(2)实验打出的一段纸带如图2所示打点计时器的工作频率为50Hz，图中纸带按实际尺寸画出，则木块的加速度为___________m/s2；

(3)甲同学测得的数据见下表。
M/kg
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
f/N
2.48
2.18
1.80
1.50
1.16
请根据表中的数据，在方格纸上作出f-M图像__________；

(4)已知重力加速度g=9.80m/s2，可求得该木块与木板的动摩擦因数=___________；
(5)乙同学用(3)问表中的数据逐一计算出每次测量的值，取其平均值作为测量结果。他发现该值比甲同学在(4)问中得出的值大。你认为哪位同学的结果更准确，请简要说明理由______________。
【答案】 (1). ③⑤④②① (2). 0.47 (3). 见解析 (4). 0.33(0.32~0.34) (5). 见解析
【解析】
(1)[1]实验时，将木板固定在水平桌面上，接着将纸带穿过打点计时器的限位孔并固定在木块上，然后把细线拴在小车上，使细线跨过定滑轮并挂上槽码，调节滑轮高度使细线与木板平行。再接通打点计时器电源，接着释放木块。最后关闭电源，取下纸带。故正确顺序是③⑤④②①。
(2)[2]如图所示


每四个点选用一个计数点，标上字母。则计数点之间的时间间隔为

用刻度尺测得C、E两点到O点的距离分别为，，由逐差法得

(3)[3]根据表中数据描点，用平滑的曲线连接如下

(4)[4]由滑动摩擦力公式得

可知，图线的斜率为，则

解得

(5)[5]用图象法求，需要连线，连线时尽量让更多的点在线上，但不会去将就每一个点。这样偏离直线较远的点，说明有问题，可以自动排除。但乙同学通过求平均值就做不到这一点，因此甲同学的结果更准确。
13、（2021·“八省联考”湖南省普通高中学业水平选择考适应性测试）某同学利用滑块在气垫导轨上的运动测量当地的重力加速度，如图（a）所示，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、数字计时器、光电门等。导轨下方两支点间的距离为l。实验步骤如下：

(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当光电门A记录的遮光时间________（填“大于”“小于”或“等于”）光电门B记录的遮光时间时，认为气垫导轨水平；
(2)用游标卡尺测量遮光片宽度d。如图（b）所示，d=_______cm；
(3)在导轨左支点下加一高度为h的垫块，让滑块从导轨顶端滑下，记录遮光片经过A、B两处光电门的光时间△t1、△t2及遮光片从A运动到B所用的时间t12，可求出重力加速度g=______（用题中给出的物理量符号表示）；
(4)分析实验结果发现，重力加速度的测量值比该地的实际值偏小，写出一条产生这一结果的可能原因：______。
【答案】 (1). 等于 (2). 0.304 (3). (4). 测量遮光片宽度d偏小(测量运动时间偏大，或气垫导轨未调水平)
【解析】
(1)[1]调节气垫导轨水平后，轻推滑块能做匀速直线运动，则滑块通过两光电门的时间应相等；
(2)[2]20分度的游标卡尺精确度为0.05mm，则遮光片宽度为

(3)[3]滑块经过两光电门的时间较短，其平均速度可认为是经过两位置的瞬时速度，有
，
滑块做匀加速直线运动，有

而对滑块由牛顿第二定律有

联立各式解得重力加速度为

(4)[4]根据重力加速度的测量公式分析，测量值偏小，可能的原因如测量遮光片宽度d偏小，(或测量运动时间偏大，或气垫导轨未调水平)
14、为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器坐标纸，细线，定滑轮（位置可调）两个，钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺（带可滑动的指针）固定在底座上，主尺可升降，如图1所示。

实验步骤如下：
(1)仪器调零。如图1，将已测量好的劲度系数k为5.00N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹箦挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针。
(2)搭建的实验装置示意图如图2.钩码组mA=40g，钩码组mB=30g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得=36.9°，=53.1°，由图3可读出游标卡尺示数为___________cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F=___________N。当地重力加速度g为9.80m/s2。
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中做出，用平行四边形定则做出合力F′________。

(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果___________（填写“有”或“无”）影响。
【答案】 (1). (2). (3). (4). 无
【解析】
(2)[1]游标卡尺精度为，读数为
[2]则弹簧拉力的增量为。
(3)[3]根据题意可知绳产生的拉力为，绳产生的拉力为，力的合成如图

(4)[4]在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响。
15、为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图（a）装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图（b），其中Fm是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g，请回答以下问题：

(1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量△Ep=___________，动能的增加量△Ek=___________。（均用题中所给字母表示）
(2)观察图（b）中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：___________。
(3)为减小实验误差，实验时应选用密度___________（选填“较大”或“较小”）的小球。
【答案】 (1). mgh (2). (3). 空气阻力做负功，机械能有损失 (4). 较大
【解析】
(1)[1]小球第一次摆动至最低点的过程，重心下降了h，则重力势能的减少量为

[2]小球第一次摆动至最低点，初速度为零，最低点速度为，由牛顿第二定律有

而动能的增加量为

联立解得

(2)[3]根据图像可知小球做周期性的摆动每次经过最低点时拉力最大，而最大拉力逐渐变小，说明经过最低点的最大速度逐渐变小，则主要原因空气阻力做负功，导致机械能有损失；
(3)[4]为了减小因空气阻力带来的误差，应选择密度大体积小的球进行实验。