考点16力学实验-2022届高三《新题速递·物理》9月刊（高考复习）

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考点16力学实验



1．（2020·福建上杭一中高三月考）某同学设计以下的实验测量某一小电动机的转速，实验主要步骤如下：

（1）用游标卡尺测量电动机转轴的直径如图甲所示，测量值为__________。
（2）取一根柔软的无弹性的细线，把细线的一端用少许强力胶水固定在电动机的转轴上。
（3）如图乙所示，把细线的另一端用小夹与纸带的左端相连，让纸带水平穿过打点计时器的限位孔（打点计时器所用的交流电频率为50 Hz）。
（4）打开打点计时器，再开动电动机，细线顺次排列绕在电动机的转轴上，同时拉动纸带向左运动，打出的纸带如图丙所示。由以上数据计算电动机的转速为__________r/s。（计算结果保留整数）
（5）实验中存在系统误差使测量结果偏大，造成该系统误差的原因以下说法正确的是（____）
A．纸带与打点计时器的限位孔间存在摩擦
B．交流电的实际频率大于50 Hz
C．细线有直径，在轴上绕行相当于增大转轴的直径
D．测量时的读数误差
2．（2020·云南高三三模）某同学用如图甲所示装置做验证“保持合外力不变，加速度与质量成反比”的实验。部分实验步骤如下：

（1）将放在水平桌面上的气垫导轨左端垫高，力传感器固定在气垫导轨的上端，光电门固定在气垫导轨的下端；
（2）将挡光片安装在滑块上，用天平测出滑块质量，用游标卡尺测量挡光片宽度d如图乙所示，则d=________mm；
（3）将滑块放在气垫导轨上，力传感器的挂钩与滑块连接，读出传感器示数F，用米尺测量挡光片中心到光电门中心的距离L。
（4）解开挂钩，让滑块由静止开始运动，当滑块上的挡光片经过光电门时，光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间为△t，则滑块的加速度大小a=________（用L、d、△t表示）；
（5）改变滑块负重，测出滑块质量M，再将力传感器的挂钩与滑块连接，调整气垫导轨的倾斜角度，使力传感器的示数仍为F，解开挂钩，让滑块由静止开始运动，测得挡光片挡光时间，得到加速度a。多次重复实验，得到多组加速度a和质量M的数据，作图像，验证加速度与质量的关系。
（6）有同学提出本实验不必计算出加速度大小，可通过作下列________，该图像是通过坐标原点的一条直线，即可验证“合外力一定，加速度与质量成反比”。
A．△t-M2图像 B．△t-M图像
C．△t-图像 D．△t-图像
3．（2020·山东高三三模）某兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置，用来测量木块与木板之间的动摩擦因数μ。纸带一端固定在木块上，另一端穿过打点计时器，木块以某一初速度沿斜面向上运动，打点计时器在纸带上打出了一系列的点，选取比较清晰的某一段中的五个点分别标记为O、A、B、C、D，每相邻两个标记点之间还有四个点未显示，所标记的每相邻两点之间时间间隔均为T，两点之间距离分别为，，，，，如图乙所示。

(1)根据图乙可得，木块经过位置A时的速度大小vA=_____，木块运动的加速度大小a=_____；（用符号表示）
(2)已知打点计时器打点频率为50Hz，测得，，，，，则可求得木块与木板之间的动摩擦因数μ=_____；（sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g取10m/s2，结果保留2位有效数字）
4．（2020·广东濠江金山中学高三三模）某同学利用图1所示的实验装置，测量物块与水平桌面间的动摩擦因数。物块在重物的牵引下开始运动，如图2所示为电火花计时器打下的一条纸带，A、B、C、D、E为5个计数点，相邻两计数点间有4个点没标出，已知纸带与A点相近的一端跟小车相连。A、B间的距离为，D、E间的距离为。

（1）电火花计时器使用的电源为________。
A．46V的交流电源 B．46V的直流电源
C．220V的交流电源 D．220V的直流电源
（2）若使用电源的频率为50Hz，打C点时，物块的瞬时速度________；物块的加速度大小为_______（计算结果均保留3位有效数字）。
（3）若重物的质量为0.10kg，物块的质量为0.40kg，重力加速度g取，根据（2）中的数据可得物块与水平桌面的动摩擦因数为__________（计算结果保留3位有效数字）。
5．（2020·陕西高三三模）为了测量木块与木板间动摩擦因数m，某实验小组使用位移传感器设计了如图所示的实验装置，让木块从倾斜木板上A点由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机，描绘出滑块与传感器的距离s随时间t变化规律，取g=10m/s2，sin37°=0.6，如图所示：

(1)根据上述图线，计算可得木块在0.4s时的速度大小为v =（______）m/s；
(2)根据上述图线，计算可得木块的加速度大小a =（______）m/s2；
(3)现测得斜面倾角为37°，则m=（______）。（所有结果均保留2位小数）
6．（2020·黑龙江双鸭山高三三模）某同学做“验证力的平行四边形定则”实验如图甲，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。

(1)按照正确的操作，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是_____（填F或F′）；
(2)本实验采用的科学方法是_____；
A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法
(3)关于本实验，下列说法正确的是_____。
A．两细绳必须等长
B．弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行
C．两次拉伸橡皮筋，只要使橡皮筋伸长到相同长度即可
D．拉橡皮筋的细绳要适当长些，标记同一细绳方向的两点要适当远些
7．（2020·陕西榆林高三三模）某实验小组用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”.在水平的圆形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.

步骤如下：
A．在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，调整滑轮P2、P3，位置并使结点O静止；
B．在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，用同一标度作出三个拉力的图示；
C．以绕过滑轮P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度；
D．检验对角线的长度和绕过滑轮P绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上.
(1)第一次实验中，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳所挂的钩码质量M应满足关系___________________.
(2)第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点__________(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合.实验中，若桌面倾斜，____________(选填“会”或“不会”)影响实验的结论.
8．（2020·北京高三三模）以下是某实验小组探究“二力合成规律”的过程。
(l)首先进行如下操作：
①如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE;
②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO;
③撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使其位于0点，如图丙。

同学们发现，力F单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，都使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即____，所以F等于F1、F2的合力。
(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：
①由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F（三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力大小由弹簧测力计读出）；
②用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是 ____；
③多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形。实验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做____，
上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F将圆环拉到O点，再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的____，此实验可以探究____规律。
9．（2020·渤海大学附属高级中学高三月考）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．

（1）下列做法正确的是 ________ （选填字母代号）．
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）

（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲 ________ m乙 ，μ甲 ________ μ乙．（选填“大于”“小于”或“等于”）
10．（2020·四川省泸县第四中学高三开学考试）为了探究质量一定时加速度与力的关系，一位小朋友设计了如图所示的实验装置。其中m1为带滑轮的小车的质量，m2为砂和砂桶的质量滑轮光滑且质量不计。力的传感器m3固定在墙上，位移传感器m4固定在长木板上，实验时它们的信息随时能送达计算机记录处理。

(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是__________________。
A．用天平测出砂和砂桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．改变砂和砂桶的质量，多做几次实验
D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
E.为减小误差，实验中一定要保证两个传感器的质量m3、 m4很小
(2)以力传感器示数F为横坐标，以加速度传感器示数a为纵坐标，计算机画出的a图像是一条直线，由图像得到的斜率为k，已知当地重力加速度为g，则小车的质量为_________，这个图像的纵坐标的极限an=________。

11．（2020·吉林长春外国语学校高三开学考试）某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”。

（1）下列实验中相关操作正确的是________
A．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
（2）将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差。设小车所受拉力的真实值为F真，为了使系统误差，小车和砝码的总质量是M，则M与m应当满足的条件是______________.
（3）在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数与小车质量M的关系图象正确的是____

12．（2020·黑龙江双鸭山一中高三开学考试）某实验小组设计了如下图（）所示的实验装置，通过改变生蚝的的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度和所受拉力的关系图象．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条图线，如图（）示．
（）图线__________是在轨道左侧抬高成斜面情况下得到的（选填“①”或“②”）．
（）滑块和位移传感器发射部分的总质量__________：滑块和轨道间的动摩擦因数__________．


13．（2020·甘肃省靖远县第二中学高三月考）在“研究平抛运动”的实验中，要描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：
A．让小球多次从________释放，在一张印有小方格的纸上记下小球经过的一系列位置，如图中a、b、c、d所示。
B．按实验原理图安装好器材，注意________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。
C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的运动轨迹。

(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。
(2)上述实验步骤的合理顺序是________。
(3)已知图中小方格的边长L＝1.25 cm，则小球平抛的初速度为v0＝________(用L、g表示)，其值是________。(取g＝9.8 m/s2)
(4)b点的速度vb＝________。(用L、g表示)
14．（2020·河北高三零模）用如图1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)下列实验条件必须满足的有_____________。
A．小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放
B．斜槽轨道要尽量光滑些
C．斜槽轨道末端必须保持水平
D．本实验必需的器材还有刻度尺和停表
(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_____________（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_____________（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行。
(3)伽利略曾硏究过平抛运动，他推断∶从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，只要下落高度相同，在空中飞行的时间都一样。这实际上是因为平抛物体_____________。
A．在水平方向上做匀速直线运动
B．在竖直方向上做自由落体运动
C．在下落过程中机械能守恒
15．（2020·昌吉市第九中学高三开学考试）某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数．PQ为一块倾斜放置的木板，在斜面底端Q处固定有一个光电门，光电门与数字计时器相连(图中未画)．每次实验时将一物体(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放，但始终保持斜面底边长L＝0.500 m不变．(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)

(1)用20分度游标卡尺测得物体上的遮光条宽度d如乙图所示，则d＝__________cm；
(2)该小组根据实验数据，计算得到物体经过光电门的速度v，并作出了如图丙所示的v2－h图象，其图象与横轴的交点为0.25．由此可知物块与斜面间的动摩擦因数μ＝______________；
(3)若更换动摩擦因数更小的斜面，重复上述实验得到v2－h图象，其图象的斜率将______________(填“增大”“减小”或“不变”)．
16．（2020·江西南昌十中高一月考）如图所示为“探究功与速度变化的关系”的实验示意图．

（1）将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器，将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，当轻推小车后，若打点计时器在纸带上打出_______的点，则表明已经平衡好摩擦力了．
（2）依次用2条、3条、4条、5条、6条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验，但必须让小车从__________（选填“同一位置”或“不同位置”）静止释放．
（3）下图是某次实验打出的纸带，则可以用下列哪些数据计算小车的速度_______．

A．x1、x2 B．x5、x6
C．x3、x4 D．所有数据都要用到，这样可以减小实验误差
（4）某同学记录的相关数据见下表，若用W0表示一条橡皮筋做的功，请在如图乙所示的坐标纸上作出W－v2图像．
（_____）
实验次数
橡皮筋的条数
速度（m/s）
速度平方（m2/s2）
1
1
0.93
0.87
2
2
1.32
1.74
3
3
1.61
2.60
4
4
1.98
3.92
5
5
2.08
4.33
6
6
2.28
5.20

（5）分析W－v2图像，你认为该同学第_____次实验操作出现了问题，可能在操作该次实验时，橡皮筋的伸长量偏_____（选填“大”或“小”）．
17．（2020·山东高三开学考试）如图所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．

(1)打点计时器使用的电源是_________（选填选项前的字母）．
A．直流电源   B．交流电源
(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是_______（选填选项前的字母）．
A．把长木板右端垫高       B．改变小车的质量
(3)在不挂重物且______（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．
A．计时器不打点     B．计时器打点
(4)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O．在纸带上依次去A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T．测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点打B点的过程中，拉力对小车做的功W=_______，打B点时小车的速度v=________．
(5)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作如图所示的v2–W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为_________________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_________．

(6)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映v2–W关系的是______________．
A． B． C． D．
18．（2020·江苏江阴高三开学考试）小妮同学利用如图甲所示的实验装置验证系统机械能守恒。A、B是两个质量均为m的相同小球，O为穿过轻杆的固定转轴，C为固定在支架上的光电门，初始时杆处于水平状态，重力加速度为g。实验步骤如下∶
(1)用游标卡尺测得小球B的直径d如图乙所示，则d=______mm；
(2)用毫米刻度尺测得AO长为l， BO长为2l；
(3)由静止释放两小球，当小球B通过光电门时，测得光线被小球挡住的时间为t，则在杆由水平转至竖直的过程中两小球组成的系统增加的动能Ek=___， 减少的重力势能Ep=____ （用m、g、l、d、t表示）。
(4)若在误差允许的范围内Ek=Ep，则小球A、B组成的系统机械能守恒。

19．（2020·宜宾市叙州区第二中学校高三开学考试）如图所示，是利用自由落体运动来做“验证机械能守恒定律”的实验。打点计时器接50Hz的交流电源。则：

（1）在该实验中，实际上存在着各种阻力的影响，这是属于实验中的__________（选填“偶然”或“系统”）误差。
（2）某同学按照正确的实验步骤操作后，选出了一条比较理想的纸带，如图所示，其中，O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在计数点A和B、B和C之间还各有一个计时点。已知重物的质量为2.00kg，取g=9.80m/s2。在OB段运动过程中，重物重力势能的减少量△Ep=__________J；重物的动能增加量△Ek=__________J（结果均保留三位有效数字）。
20．（2020·首都师范大学附属中学高三月考）某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6V的交流电和直流电，交流电的频率为重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律。

他进行了下面几个操作步骤：
A.按照图示的装置安装器件；
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C.用天平测出重锤的质量；
D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；
E.测量纸带上某些点间的距离；
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。
其中没有必要进行的步骤是______，操作不当的步骤是______。
这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示。其中0点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点。根据纸带上的测量数据，当打B点时重锤的速度为______。保留3位有效数字
他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴画出的图象，应是图丙中的______。
21．（2020·昆明市官渡区第一中学高一开学考试）某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表：（当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留3位有效数字）
时刻
t2
t3
t4
t5
速度（m/s）
4.99
4.48
3.98



(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=________m/s；
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量=________J，动能减少量=________J；
(3)在误差允许的范围内，若与近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得_______（选填“>”“