2022届新高考二轮复习 力学实验基础考法 作业

实验题满分专训（一）  力学实验基础考法

1．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，“滴水计时器”等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知“滴水计时器”每30 s内共滴下46个小水滴)

(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。

(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2。(结果均保留2位有效数字)

解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的。

(2)“滴水计时器”每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝＝ s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝≈0.19 m/s。根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝＝ m/s2≈－0.038 m/s2。

因此加速度的大小为0.038 m/s2。

答案：(1)从右向左　(2)0.19　0.038(或0.037)

2．(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：

(ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；

(ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；

(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a­F的关系。

(1)实验获得如图丙所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝________m/s(保留两位有效数字)。

(2)需要满足条件M≫m的方案是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a­F图像时，把mg作为F值的是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。

解析：(1)相邻两个计数点之间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.10 s，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打d点时小车的速度大小vd＝＝×10－2 m/s≈0.19 m/s。

(2)在图甲中把托盘和砝码的重力视为小车受到的拉力，需要满足条件M≫m；在图乙中挂上托盘和砝码，使小车匀速向下运动，受力平衡，去掉托盘和砝码，小车所受的合外力F等于托盘和砝码的重力mg。所以需要满足条件M≫m的方案是甲。在作a­F图像时，把mg作为F值的是甲和乙。

答案：(1)0.19(0.18或0.19)　(2)甲　甲和乙

3．(2021·河源高三月考)实验室中有5根一模一样的弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号挂1个钩码，3号挂2个钩码，依此类推，钩码均相同。计算结果保留3位有效数字。

(1)为了更直观地呈现出弹力大小F与伸长量Δx的关系，小明以1号弹簧末端指针中点为原点，做出竖直的y轴及水平的x轴，其中y轴代表________，x轴代表________(选填“F”或“Δx”)。

(2)为测量弹簧的伸长量，小明取来一把米尺，竖直放置在地上，米尺的100 cm刻度刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为________cm。

(3)小明更换质量已知的钩码重新进行实验，根据测量的数据做出F­Δx图像，如图丙，则这些弹簧的劲度系数为________N/m。

解析：(1)由图甲知，y轴的原点选择在了弹簧原长处，所以y轴代表弹簧的伸长量Δx，x轴原点也在弹簧原长处，即没有悬挂钩码时，所以x轴代表弹力大小F；

(2)由图乙知，2号弹簧末端指针中点位置对应的刻度为95.5 cm，故弹簧伸长量为Δx＝100 cm－95.5 cm＝4.50 cm。

(3)由图丙得，弹簧的劲度系数为k＝＝＝200 N/m。

答案：(1)Δx　F　(2)4.50　(3)200

4．(2021·广州模拟)某学生学习小组在课外做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。

(Ⅰ)该实验需要用到如图甲所示的弹簧秤，并用对拉的方法选择弹簧秤。有两种选择方案，方案一：两弹簧秤竖直悬挂在铁架台上对拉，方案二：两弹簧秤置于尽量光滑的水平桌面对拉，下列说法正确的是________。

A．弹簧秤使用前必须进行调零

B．对拉的两个弹簧秤的量程需一致

C．若方案一的两弹簧秤读数相等，则可正常使用

D．若方案二的两弹簧秤读数相等，则可正常使用

(Ⅱ)该学习小组使用的弹簧秤量程为5.00 N，将橡皮条一端固定，先用两只弹簧秤将橡皮条另一端拉到某一位置，标记为O点，紧靠细绳标记A、B两点及记录弹簧秤读数；然后用一只弹簧秤将其拉至O点，紧靠细绳标记C点及记录弹簧秤读数，该小组完成的某次实验数据记录在图乙中。

①为做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，请按实验要求在图乙中完成作图；

②结合图乙，分析实验过程与结果，请至少给出一个方案以减少该实验的实验误差：________________________________________________________________________。

解析：(1)对拉弹簧秤是为了校准两弹簧秤，但是在校准前必须要调零，然后在水平面上对拉两弹簧秤，若其读数相等，则可正常使用，竖直方向上对拉时考虑弹簧自身重力的影响，并且与弹簧的量程无关，所以A、D正确，B、C错误。

(2)①如图所示，两种方式均可

②适当增大两细绳的夹角或增大A、B两点到O点的距离。

答案：(1)AD　(2)①见解析图　②适当增大两细绳的夹角或增大A、B两点到O点的距离

5．某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。

实验步骤如下：

(Ⅰ)用电磁铁吸住一个小铁球，将光电门A固定在立柱上，小铁球底部处于同一竖直位置，光电门B固定在立柱上的另一位置；

(Ⅱ)切断电磁铁电源，小铁球开始下落，数字计时器测出小铁球通过光电门A和光电门B的时间分别为tA、tB。

请回答下列问题：

(1)切断电磁铁电源之前，需要调节底座螺丝，使立柱处于________，以确保小铁球能通过两个光电门。

(2)实验中还需要测量的物理量是________(填选项前的字母)。

A．小铁球的质量m

B．小铁球的直径d

C．光电门A、B间的距离hAB

(3)小铁球经过光电门B时的速度可表示为vB＝_______(用测量的物理量表示)。

(4)在误差允许范围内，若满足关系式__________________________________________，即可验证机械能守恒(用测量的物理量和重力加速度g表示)。

解析：(1)切断电磁铁电源之前，需要调节底座螺丝，使立柱处于竖直，以确保小铁球能通过两个光电门。

(2)小铁球通过光电门A、B的速度分别为vA＝和vB＝，若从A到B机械能守恒，则mv－mv＝mghAB，即v－v＝2ghAB，2－2＝2ghAB

则实验中还需要测量的物理量是：小铁球的直径d以及光电门A、B间的距离hAB，故B、C正确。

(3)小铁球经过光电门B时的速度可表示为vB＝。

(4)在误差允许范围内，若满足关系式2－2＝2ghAB，即可验证机械能守恒。

答案：(1)竖直　(2)BC　(3)　(4)2－2＝2ghAB

6．(2020·天津等级考)某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。

(1)为了正确完成实验，以下做法必要的是________。

A．实验时应保持桌面水平

B．每次应使钢球从静止开始释放

C．使斜面的底边ab与桌边重合

D．选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面

(2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm，示意如图2。重力加速度g取10 m/s2，钢球平抛的初速度为________m/s。

(3)图1装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是__________________________。

解析：(1)为了使钢球离开桌面做平抛运动，实验时应保持桌面水平，A项正确；为了使钢球做平抛运动的初速度相同，每次应使钢球从同一位置由静止释放，B项正确；若斜面底边与桌边重合，则钢球抛出后将做斜下抛运动，C项错误；因每次从同一斜面同一位置无初速度释放，钢球经历相同运动过程，则到达斜面底端的速度相同，故不需要选择摩擦力小的斜面，D项错误。

(2)钢球水平速度不变，木板每次沿水平方向移动0.2 m，由平抛运动特点知：相邻两点间的运动时间相等，设为T，钢球在竖直方向做自由落体运动，有Δh＝h3－h2＝h2－h1＝gT2，得T＝0.1 s，钢球平抛的初速度v0＝＝2 m/s。

(3)本实验要保证木板竖直，铅垂线便于将木板调整到竖直。

答案：(1)AB　(2)2　(3)便于将木板调整到竖直平面

7.(2021·泉州模拟)为验证向心力公式，某探究小组设计了如图所示的演示实验，在米尺的一端钻一个小孔，使小孔恰能穿过一根细线，细线下端挂一质量为m，直径为d的小钢球。将米尺固定在水平桌面上，测量出悬点到钢球的细线长度l，使钢球在水平面内做匀速圆周运动，圆心为O，待钢球的运动稳定后，用眼睛从米尺上方垂直于米尺往下看，读出钢球外侧到O点的距离r，并用秒表测量出钢球转动n圈用的时间t。则：

(1)小钢球做圆周运动的周期T＝________。

(2)小钢球做圆周运动的向心力F＝________。

解析：(1)小钢球转动n圈用的时间为t，则周期为T＝。

(2)小钢球转动半径为R＝r－，根据向心力公式得

F＝m2R＝m。

也可根据受力分析可知，细线对小钢球的拉力在水平方向的分力提供向心力，设细线与竖直方向的夹角为θ，向心力F＝mgtan θ＝mg。

答案：(1)　(2)m或

mg

8．(2021·荆州二模)用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。

(1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是________________________________________________________________________。

(2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行。

第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置，给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为Δt2，滑块B通过光电门2的时间为Δt3。

第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置，给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为Δt5。

为完成该实验，还必须测量的物理量有________(填选项前的字母)。

A．挡光片的宽度d　　 B．滑块A的总质量m1

C．滑块B的总质量m2   D．光电门1到光电门2的距离L

(3)在第二次实验中，若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为____________________(用已知量和测量量表示)。

(4)在第一次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中机械能守恒，则应该满足的表达式为____________________(用已知量和测量量表示)。

解析：(1)使其中一个滑块在导轨上运动，看滑块经过两光电门的时间是否相等，若相等，则导轨水平。

(2)本实验需要验证动量守恒定律，所以在实验中必须要测量质量和速度，速度可以根据光电门的挡光时间求解，而质量通过天平测出，同时，挡光片的宽度可以消去，所以不需要测量挡光片的宽度，故选B、C。

(3)在第二次实验中，碰撞后A、B速度相同，根据动量守恒定律有：m1v1＝(m1＋m2)v2，根据速度公式可知v1＝，v2＝，代入则有：m1＝(m1＋m2)。

(4)在第一次实验中，碰撞前A的速度为v0＝，碰撞后A的速度为vA＝，B的速度为vB＝，根据机械能守恒定律有：m1v＝m1v＋m2v，代入则有：m12＝m12＋m22。

答案：(1)使其中一个滑块在导轨上运动，看滑块经过两光电门的时间是否相等，若相等，则导轨水平　(2)BC　(3)m1＝(m1＋m2)　(4)m12＝m12＋m22