2025届高考物理二轮复习：第15讲 力学实验 -专项训练 【含答案】

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1.读出图中游标卡尺和螺旋测微器的读数:
游标卡尺的读数为 mm;螺旋测微器的读数为 mm.
2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,小王同学组装了如图甲所示装置.
(1)小王将长木板的一端适当垫高,在不挂砝码盘的情况下,使小车靠近打点计时器.先接通电源,后用手轻拨小车,小车便拖动纸带在木板上运动.若打点计时器在纸带上打出的计时点越来越疏(从打出的点的先后顺序看),则应将长木板底下的小木块垫得比原先 (填“高”或“低”)些.重复以上操作步骤,直到打点计时器在纸带上打出一系列间隔均匀的计时点.小王称量出小车的质量为200.0 g,应选择图乙中的 (填“A”“B”或“C”)作牵引小车的悬挂物.
(2)操作过程中,小王回想起学习运动学时也用到该实验装置做了“探究小车速度随时间变化的规律”,这个实验中 (填“需要”或“不需要”)完成以上(1)的操作.
(3)图丙为实验得到的一条纸带(每两点间有四个点未画出),则其对应的加速度a= m/s2(电源频率为50 Hz,保留两位有效数字).
(4)小王保持悬挂的重物质量不变,研究小车的加速度a与小车质量M的关系.小王改变小车的质量M,得到小车的加速度a,并描绘a-1M图线后,发现图线在1M值较大的区间发生弯曲,其他区间为直线,他分析认为可能是由于细绳拉力不再等于悬挂物重力引起的,于是调整了研究参数,结果得到了一条完整的直线,他的调整可能是 .
A.描绘a与1M+m的关系图线
B.描绘a与1M+m2的关系图线
C.描绘a与(M+m)的关系图线
D.描绘a与mM的关系图线
3.[2024·余姚中学模拟] (1)在下列实验中,需要用到打点计时器的有 (填选项前的字母).
A.“探究平抛运动的特点”的实验
B.“探究加速度与力、质量的关系”的实验
C.“用单摆测量重力加速度”的实验
D.“探究向心力大小表达式”的实验
(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中,实验装置如图甲所示.按照正确操作得到如图乙所示的纸带.其中打O点时释放物体,计数点A、B、C是打点计时器连续打下的三个点.已知打点计时器的电源频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度g取9.80 m/s2.
①实验桌上放着如图丙所示的三个物体M、N、P,则实验装置中的重物应选择 (选填“M”“N”或“P”).
②在纸带OB段,重物的重力势能减少量为 J(结果保留三位有效数字).
③为了计算在OB段重物的动能增加量,需得到打点计时器打B点时重物的速度大小vB.下列计算B点速度大小的方法正确的是 (填选项前的字母).
A.vB=2gxOB
B.vB=gtOB
C.vB=xACtAC
4.[2024·效实中学模拟] 用如图所示装置研究平抛运动.将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上.钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上.由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点.移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点.
(1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端切线 .每次让小球从同一位置由静止释放,是为了平抛 .
(2)下列说法正确的是 .
A.小球与斜槽间有摩擦会使实验的误差增大
B.斜槽轨道倾角越大,实验误差会越小
C.挡板高度应该等间距变化
D.如果用空心钢球代替实心钢球做实验,会增大实验误差
(3)为定量研究,取平抛运动的起始点为坐标原点,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系.首先将钢球静置于Q点,钢球的 (选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点;然后再确定 (选填“x轴”或“y轴”).
(4)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是 .
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
5.[2024·诸暨中学模拟] (1)某小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验.
①如图甲为实验操作过程中记录的画面,请指出该小组操作过程存在的两处错误:
A. ;
B. .
②在该实验中,下列操作或思考可行的是 .
A.同一次实验,不允许结点O的位置变动
B.确定力的方向时,可以用铅笔沿着细绳画线
C.若只有一个弹簧测力计也能完成探究
D.可以用细绳代替橡皮筋
(2)如图乙所示,在铁架台的水平横杆上等间距地悬挂6根完全相同的弹簧,依次在弹簧下端悬挂0、1、2、3、4、5个钩码,发现弹簧末端近似在一条倾斜直线上.以下结论正确的是 .
A.弹簧弹力与弹簧长度成正比
B.倾斜直线越陡表示该弹簧抗拒形变的“本领”越小
C.换一组更“硬”的弹簧,直线的倾斜程度更平缓
D.按照上述规律不断增加弹簧和钩码,各弹簧末端一定都在此倾斜直线附近
6.[2023·效实中学模拟] “探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示.
(1)采用的实验方法是 (填选项前的字母).
A.控制变量法
B.等效法
C.模拟法
(2)在小球质量和转动半径相同的情况下,逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动,此时左、右标尺露出的红白相间等分标记之比等于两小球的 (选填“线速度大小”“角速度的二次方”或“周期的二次方”)之比;在加速转动手柄过程中,左、右标尺露出红白相间等分标记之比 (选填“不变”“变大”或“变小”).
参考答案与详细解析
1.11.4 0.922(0.921~0.923均可)
[解析] 游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标尺读数为4×0.1 mm=0.4 mm,所以最终读数为11.4 mm;螺旋测微器的固定刻度读数为0.5 mm,可动刻度读数为42.2×0.01 mm=0.422 mm,所以最终读数为0.922 mm.
2.(1)低 B (2)不需要 (3)0.20 (4)A
[解析] (1)打点计时器在纸带上打出的计时点越来越疏,说明小车做加速运动,木板的一端抬得过高,则应将长木板底下的小木块垫得比原先低些.要使得悬挂物的重力等于小车的牵引力,必须要使得悬挂物的质量远小于小车的质量,小王称量出小车的质量为200.0 g,应选择图乙中的B作为牵引小车的悬挂物.
(2)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,只需要小车做加速运动即可,不需要补偿阻力,即这个实验中不需要完成以上(1)的操作.
(3)因每两点间有四个点未画出,可知T=0.1 s,则其对应的加速度a=xDG-xAD9T2=(6.50-2.60)-(2.60-0.50)9×0.12×10-2 m/s2=0.20 m/s2.
(4)对小车和悬挂物整体有mg=(M+m)a,故a=mgM+m,作图时应作出a-1M+m图像,得到一条完整的直线,故A正确.
3.(1)B (2)①P ②0.453 ③C
[解析] (1)“探究平抛运动的特点”的实验中,物体的运动轨迹是曲线,打点计时器只能用来研究直线运动,所以用不到打点计时器,故A错误;“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,需要测量加速度的大小,所以需要用到打点计时器,故B正确;“用单摆测量重力加速度”的实验中,需要用刻度尺测摆长和用停表测周期,不需要打点计时器,故C错误;“探究向心力大小表达式”的实验中,需要用天平测质量和通过向心力演示仪读出角速度之比、半径之比、向心力之比,不需要打点计时器,故D错误.
(2)①纸带下端所挂物体应该体积小而质量大,从而受到阻力影响较小,同时不要选用砝码、钩码这类易受损的精密器材,只能用图中的P.
②在纸带OB段,重物的重力势能减少量为Ep=mgh=200×10-3×9.80×23.10×10-2 J≈0.453 J.
③计算B点速度大小,应根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度,即vB=xACtAC,故C正确;不能利用vB=2gxOB和vB=gtOB,因为这两个式子已经默认机械能守恒了,实验的验证性目的不存在了,故A、B错误.
4.(1)水平 初速度相等 (2)D (3)球心 y轴 (4)AB
[解析] (1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端切线水平,以保证小球能水平飞出.每次让小球从同一位置由静止释放,是为了平抛运动初速度相等.
(2)斜槽的作用是使小球获得水平初速度,小球与斜槽间是否有摩擦以及斜槽轨道倾角大小都不会影响实验结果,故A、B错误;挡板的作用是阻挡小球以获得一些平抛运动过程中的位置点迹,对挡板高度变化并无等间距要求,故C错误;空心钢球受空气阻力影响较大,所以用空心钢球代替实心钢球做实验,会增大实验误差,故D正确.
(3)由题意“钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点”知钢球的球心对应白纸上的位置即为原点,确定原点后,再根据铅垂线确定y轴.
(4)从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,可得到平抛运动轨迹,故A符合题意;用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,可得到平抛运动轨迹,故B符合题意;将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,笔尖与纸面之间无挤压并不会留下痕迹,故不可得到平抛运动轨迹,故C不符合题意.
5.(1)①A.细绳未与弹簧中心轴共线 B.细绳太短 ②AC (2)BC
[解析] (1)①由图甲可知,该小组操作过程存在的两处错误是,细绳未与弹簧中心轴共线和细绳太短.
②为了保证效果相同,同一次实验过程中O点位置不允许变动,故A正确;确定力的方向时,采用两点确定一条直线的方法,不能沿细绳画线,故B错误;若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验,需用手拉住一条细绳,用弹簧测力计拉另一条细绳,互成角度地拉橡皮条,使结点到达O点,且至少需要3次把橡皮条结点拉到O点,第一次用细绳代替拉力F1,用弹簧测力计测量F2,第二次用细绳代替拉力F2,用弹簧测力计测量F1,第三次弹簧测力计直接拉橡皮条,测量F',故C正确;两个弹簧测力计共同作用时,与一个弹簧测力计作用效果相同,必须使作用效果相同,若用细绳代替橡皮筋,不能保证效果相同,故D错误.
(2)根据题意,以不挂钩码的弹簧底端为原点,建立坐标系,如图所示,可知,y表示弹簧的形变量,设相邻弹簧水平间距为x0,倾斜直线与x轴夹角为θ,由图可知,当挂1个钩码时,形变量为x0tan θ,当挂2个钩码时,形变量为2x0tan θ,…,当挂5个钩码时,形变量为5x0tan θ,综上所述可知,弹簧弹力与弹簧形变量成正比,故A错误;综上所述有nmg=knx0tan θ,可得tan θ=mgkx0,可知倾斜直线越陡,劲度系数k越小,表示该弹簧抗拒形变的“本领”越小,换一组更“硬”的弹簧,即k变大,则θ变小,直线的倾斜程度更平缓,故B、C正确;按照上述规律不断增加弹簧和钩码,当超过弹簧的弹性限度时,弹簧末端不在此倾斜直线附近,故D错误.
6.(1)A (2)角速度的二次方 不变
[解析] (1)本实验先控制住其他几个因素不变,集中研究其中一个因素变化所产生的影响,采用的实验方法是控制变量法,故A正确.
(2)标尺上露出的红白相间的等分标记之比为两个小球所受的向心力之比,根据F=mrω2可知,在小球质量和转动半径相同的情况下,左、右标尺露出的红白相间等分标记之比等于两小球的角速度的二次方之比;在加速转动手柄过程中,左右标尺露出的红白相间等分标记之比始终为两个小球所受的向心力之比,即始终等于两小球的角速度的二次方之比,该比值不变.