【 高考物理一轮力学专题复习】 实验题专练（含解析）

【备考2022 高考物理一轮力学专题复习】 实验题专练（含解析）

1．为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。

（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________；

①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；

②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；

③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；

⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；

⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、；

⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、；

⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。

（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则___________；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________（保留3位有效数字）；

（3）在误差允许范围内，若___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；

（4）写出两点产生误差的主要原因：___________。

2．某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为、、、、、。

①写出小球在位置1的速度表达式___________。

②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式___________。

③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是___________误差。（填“偶然”或“系统”）

3．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：

（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为_______mm。

（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = ________m/s（结果保留小数点后两位）。

（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。(       )

4．为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin=0.34，cos=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔∆T=0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。

由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为___________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）

5．在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。

①为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是___________。

②已知交流电频率为，重物质量为，当地重力加速度，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值___________J、C点的动能___________J（计算结果均保留3位有效数字）。比较与的大小，出现这一结果的原因可能是___________。

A．工作电压偏高          B．存在空气阻力和摩擦力          C．接通电源前释放了纸带

6．某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：

（1）用游标卡尺测量垫块厚度，示数如图（b）所示，___________；

（2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；

（3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；

（4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度；

（5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表：

根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线___________。

如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是___________（保留三位有效数字）。

7．某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。

（1）利用计算弹簧的压缩量：，，______cm，压缩量的平均值______cm；

（2）上述是管中增加______个钢球时产生的弹簧平均压缩量；

（3）忽略摩擦，重力加速度g取，该弹簧的劲度系数为______N/m。（结果保留3位有效数字）

8．某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。

完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）

（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________；

（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。

9．某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为，其上可放钩码）、刻度尺，当地重力加速度为，实验操作步骤如下：

①安装器材，调整两个光电门距离为，轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；

②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；

③保持最下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；

④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量及系统总机械能的减少量，结果如下表所示：

回答下列问题：

（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为______J（保留三位有效数字）；

（2）步骤④中的数据所缺数据为______；

（3）若M为横轴，为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出图像______；

若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功，则物块与木板之间的摩擦因数为______（保留两位有效数字）

10．用如图所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车，盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，以小车为研究对象，改变砝码质量，便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。

①关于这个实验，下列说法正确的是______；

A．需要补偿小车受到阻力的影响

B．该实验装置可以“验证机械能守恒定律”

C．需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行

D．需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量

②如图2所示是两条纸带，实验时打出的应是第______条（填写“I”或“II”）纸带；

③根据实验数据，在坐标纸上画出的W-v2图象是一条过原点的直线，据此图象______（填“能”或“不能”）求出小车的质量。

参考答案：

1．     ②④                    滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度

滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能

整理化简得

所以测量滑块和遮光条得总质量不必要，②满足题目要求，测量、之间的距离不必要，④满足题目要求。

故选②④。

（2）[2]游标卡尺的读数为

[3]滑块通过光电门的速度

（3）[4]根据（1）问可知

在误差允许的范围内，满足该等式可认滑块下滑过程中机械能守恒。

（4）[5]滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。

2．               偶然

【解析】

【分析】

【详解】

①[1]匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以1位置的速度为

②[2]题中要求充分利用数据，利用逐差法求解加速度，则

解得加速度为

③[3]读数产生的误差是人为因素造成的，属于偶然误差。

【点睛】

一般来说，偶然误差是主观因素引起的误差，比如读数错误，操作错误等；系统误差是客观因素造成的，比如测量工具本身的精确度不够，测量方法带来的不可避免的误差等。

3．     31.4     0.44     见解析

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]根据游标卡尺的读数规则有

（2）[2]每隔4个点取一个点作为计数点，故两计数点间有5个间隔；故两点间的时间间隔为

匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则有

（3）[3]设绳的拉力为T，小车运动的加速度为a。对桶和砂，有

对小车，有

得

小车受到细绳的拉力T等于小车受到的合力F，即

可见，只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时，才能认为桶和砂所受的重力mg等于使小车做匀加速直线运动的合力F。

4．     0.43     0.32

【解析】

【分析】

【详解】

[1]根据逐差法有

[2]对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有

代入数据解得

5．     阻力与重力之比更小（或其它合理解释）     0.547     0.588     C

【解析】

【分析】

【详解】

①[1]在验证机械能守恒实验时阻力越小越好，因此密度大的阻力与重力之比更小

②[2]由图中可知OC之间的距离为，因此机械能的减少量为

[3]匀变速运动时间中点的速度等于这段时间的平均速度，因此

因此动能的增加量为

[4]工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量。

6．     1.02          0.342

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]垫块的厚度为

h=1cm+2×0.1mm=1.02cm

（5）[2]绘制图线如图；

[3]根据

可知a与n成正比关系，则根据图像可知，斜率

解得

a=0.342m/s2

7．     6.04     6.05     3     48.6

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]根据压缩量的变化量为

[2]压缩量的平均值为

（2）[3]因三个是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；

（3）[4]根据钢球的平衡条件有

解得

8．     1.0     2.0

     9.7

【解析】

【详解】

（1）[1]因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度为

[2]竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得

（2）[3]由竖直方向的自由落体运动可得

代入数据可得

9．     0.980     0.588          0.40（0.38~0.42）

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]四个钩码重力势能的减少量为

（2）[2]对滑块和钩码构成的系统，由能量守恒定律可知

其中系统减少的重力势能为

系统增加的动能为

系统减少的机械能为，则代入数据可得表格中减少的机械能为

（3）[3]根据表格数据描点得的图像为

[4]根据做功关系可知

则图像的斜率为

解得动摩擦因数为

（0.38~0.42）

10．     ACD     Ⅱ     能

【解析】

【分析】

【详解】

①[1]A．题中需要将盘和砝码的重力可当作牵引力，所以首先需要补偿小车受到阻力的影响，即抬高长木板右端，小车在不接盘和砝码的情况下，轻推小车，使小车做匀速直线运动，说明小车重力沿斜面的分力与小车所受阻力等大反向，A正确；

D．然后挂上盘与砝码，根据牛顿第二定律

对小车，根据牛顿第二定律

两式相比解得绳子拉力

当满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量，即，盘和砝码的重力可当作牵引力，D正确；

B．实验过程中摩擦阻力无法消除，本实验装置无法验证“机械能守恒定律”故B错误。

C．细线与长木板平行需要平行，保证绳子的拉力与小车运动方向一致，这样盘和砝码的重力可完全当作牵引力，C正确。

故选ACD。

②[2]小车做匀加速直线运动，位移逐渐增大，所以实验打出的纸带是第II条。

③[3]根据动能定理可知，图像的斜率为，据能求出小车的质量。