高考物理二轮复习专题分层突破练17力学实验(含解析)

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1.为了探究在橡皮条弹力作用下小车的运动,某同学设计了如图甲所示的实验,由静止释放小车,小车在处于伸长状态的橡皮条弹力的作用下向左运动。打点计时器打下的纸带如图乙所示,计时点0为打下的第一个点,两点之间的时间间隔为T,该同学在测出计时点2、3、4到计时点0的距离x1、x2、x3后,将纸带由图示位置剪断,将每段纸带的下端对齐,依次并排粘贴在直角坐标系中,连接各段纸带上端的中点画出平滑曲线如图丙所示。对该实验结果的研究可知:
处理数据时,图丙纵轴取每段纸带的平均速度参量,横轴取时间参量,计数点2、3的速度分别为v2、v3,则图中vA表示 。
A.v3B.
C.D.
2.一个矿区的重力加速度偏大,某同学“用单摆测定重力加速度”实验探究该问题。
(1)用最小分度为毫米的米尺测得摆线的长度为990.8 mm,用10分度的游标卡尺测得摆球的直径如图所示,摆球的直径为 mm。
(2)把摆球从平衡位置拉开一个小角度由静止释放,使单摆在竖直平面内摆动,用秒表测出单摆做50次全振动所用的时间,秒表读数如图所示,读出所经历的时间,单摆的周期为 s。
(3)测得当地的重力加速度为 m/s2。(保留3位有效数字)
3.(2020广东高三二模)在“验证力的平行四边形定则”实验中,橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上P点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计A和B,平行于木板沿两个不同的方向拉弹簧测力计。某次实验,当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时,两细绳刚好相互垂直,弹簧测力计的示数如图甲所示。
(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出:FA= N和FB= N;
(2)请在图乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力的图示。
4.(2020北京高三二模)如图甲所示,在“验证动量守恒定律”实验中,A、B两球半径相同。先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下,从轨道末端抛出,落到位于水平地面的复写纸上,在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在水平轨道末端,让A球仍从位置C由静止滚下,A球和B球碰撞后,分别在白纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置,未放B球时,A球的落点是P点,O点是轨道末端在记录纸上的竖直投影点,如图乙所示。
(1)为了尽量减小实验误差,A球碰后要沿原方向运动,两个小球的质量应满足m1 m2(选填“>”或“<”)。
(2)实验中,不容易直接测定小球碰撞前后的速度。但是,可以通过仅测量 (填选项前的符号),间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平位移
(3)关于本实验的条件和操作要求,下列说法正确的是 。
A.斜槽轨道必须光滑
B.斜槽轨道末端必须水平
C.B球每次的落点一定是重合的
D.实验过程中,复写纸和白纸都可以移动
(4)已知A、B两个小球的质量m1、m2,三个落点位置与O点距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内,若满足关系式 ,则可以认为两球碰撞前后的总动量守恒。
5.(2020四川高三三模)新型电子秤是采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置,具有去皮清零功能,即先将容器置于电子秤上,按下去皮按钮清零后再把被测物品放进容器里,待物品静止时,电子秤受到的压力大小数值上等于物品受到的重力大小,通过当地重力加速度的换算,可以测出物品的质量。现用该电子秤探究小球在竖直面内做圆周运动在最低点时对轨道的压力与半径的关系。某物理兴趣小组到实验室取来该电子秤、半径不同的光滑半圆轨道和小球等器材做了下列探究实验,整个实验过程忽略空气阻力的影响:
(1)将小球静置于电子秤上,根据示数得到压力为F0,将半径为R的半圆轨道放在电子秤上并去皮清零。然后将小球从半圆轨道的边缘由静止释放,当小球运动到最低点时,可由电子秤的示数得到其压力为 ;
(2)将半径为R的半圆轨道换为半径为1.5R、2R……的半圆轨道放在电子秤上并清零,同样将小球从半圆轨道的边缘由静止释放,观察并记录电子秤的读数;
(3)进行多次试验后发现:随轨道半径增大,小球对轨道的压力 ,小球在轨道最低点的动能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
6.(2020四川泸县五中高三三模)某兴趣小组为研究一种蜡烛在水中的浮力,设置了如图的实验装置,透明玻璃管中装有水,蜡烛用针固定在管的底部,当拔出细针时,蜡烛能够上浮。为研究蜡烛的运动情况,采用了智能手机的频摄功能,拍摄频率为10 Hz。在实验过程中拍摄了100多张照片,取开始不久某张照片编号为0,然后依次编号,并取出编号为10的倍数的照片,使用照片编辑软件将照片依次排列处理,以照片编号0的位置为起点,测量数据,最后建立坐标系描点作图,纵坐标为位移,横坐标为照片编号,如图所示。
(1)通过计算机拟合发现各点连线近似于抛物线,则蜡烛上升的加速度为 m/s2(保留2位有效数字)
(2)已知当地的重力加速度为g,忽略蜡烛运动受到的粘滞力,若要求蜡烛受到的浮力,还需要测量 。
参考答案
专题分层突破练17 力学实验
1.C 解析 根据题意可知,图像横轴用纸带的宽度体现时间,纵轴用点与点的间距折算速度,则vA=,ABD错误,C正确。故选C。
2.答案 (1)18.4 (2)2.0 (3)9.86
解析 (1)由图所示的游标卡尺可知,主尺示数是18 mm,游标尺示数是4×0.1 mm=0.4 mm,游标卡尺所示是18 mm+0.4 mm=18.4 mm;
(2)由图所示的秒表可知,秒表分针示数是1.5 min,秒针示数是10.0 s,则秒表示数是100.0 s,则单摆周期T==2.0 s;
(3)单摆摆长l=L+=990.8+=1 000.0 mm=1.000 0 m,由单摆周期公式T=2π可知,g==9.86 m/s2。
3.答案 (1)4.00 N 2.50 N
(2)
解析 (1)由图甲中可知,弹簧测力计读数分别为4.00 N和2.50 N;
(2)由于每格为0.5 N,故FA、FB分别为8格和5格,故力的图示如图所示。
4.答案 (1)> (2)C (3)B (4)m1·OP=m1·OM+m2·ON
解析 (1)要使入射小球m1碰后不被反弹,应该满足m1>m2
(2)验证动量守恒定律实验中,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,根据平抛运动规律,若落地高度不变,则运动时间不变,因此可以用水平射程大小来体现水平速度大小,故需要测量水平射程,AB错误,C正确;故选C;
(3)实验中,斜槽轨道不一定需要光滑,但是斜槽轨道末端必须水平,保证小球做平抛运动,实验中,复写纸和白纸位置不可以移动,B球每次的落点不一定是重合的,ACD错误,B正确。故选B;
(4)根据平抛运动可知,落地高度相同,则运动时间相同,设落地时间为t,则v0=,v1=,v2=
而动量守恒的表达式是m1v0=m1v1+m2v2
若两球相碰前后的动量守恒,则需要验证表达式m1OP=m1OM+m2ON即可。
5.答案 (1)3F0 (3)不变 增大
解析 (1)设小球运动到最低点时的速度为v,此时小球所受支持力为FN,小球由静止释放运动到最低点的过程,由动能定理得
mgR=mv2-0
小球运动到最低点时,由牛顿第二定律得FN-mg=m
联立解得FN=3mg=3F0
由牛顿第三定律得,电子秤的压力示数为3F0。
(3)由(1)中的计算结果可知,小球运动到最低点时,小球对轨道的压力始终为自身重力的3倍,与轨道半径无关,所以随轨道半径增大,小球对轨道的压力不变。由(1)中的计算结果可知,小球运动到最低点时的动能等于mgR,则轨道半径增大,小球在轨道最低点的动能也增大。
6.答案 (1)1.4×10-2(或0.014) (2)蜡烛的质量m
解析 (1)由图可知,x1=1.4 cm,x2=(4.1-1.4) cm=2.7 cm,x3=(8.4-4.1) cm=4.3 cm,x4=(13.9-8.4) cm=5.5 cm,x5=(20.9-13.9) cm=7 cm,根据逐差法可知:a=,其中T=1 s,代入数可得,a=0.014 m/s2;
(2)根据牛顿第二定律可知:F浮-mg=ma,所以还要测蜡烛的质量m。