高考物理二轮复习专题八物理实验专题分层突破练16力学实验含解析

专题分层突破练16　力学实验

A组

1.(2021浙江衢州高三二模)(1)图甲中,探究求合力的方法、研究平抛运动两实验均需使用的器材是　　　　(填写器材名称)。 

甲

(2)在探究求合力的方法实验中,通过对拉的方法来选择两个弹簧测力计。方案一为两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉,方案二为两弹簧测力计置于水平桌面对拉,下列说法正确的是　　　　。 

A.弹簧测力计使用前必须进行调零

B.实验时,两个弹簧测力计的量程需一致

C.若方案一的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用

D.若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用

(3)在探究求合力的方法的实验中,某实验小组使用的弹簧测力计量程为0~5.00 N,将橡皮条一端固定,先用两只弹簧测力计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,并记录弹簧测力计读数;然后用一只弹簧测力计将其拉至O点,标记紧靠细绳的C点,并记录弹簧测力计读数,该小组完成的部分实验数据记录在图乙中。

乙

①按实验要求完成作图。

②结合图乙,分析实验过程与结果,下列措施对减小实验误差有益的是　　　　。 

A.适当增加橡皮条的原长

B.适当增大两细绳的夹角

C.增大A、B两点到O点的距离

D.增大弹簧测力计的拉力

2.(2021江西赣州高三一模)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:

甲

乙

①用天平测量物块和遮光片的总质量m'、重物的质量m,用游标卡尺测量遮光片的宽度d,用刻度尺测量两光电门之间的距离s;

②调整轻滑轮,使细线水平;

③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a;

④多次重复步骤③,求a的平均值;

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。

回答下列问题:

(1)下列说法正确的是　　　　。 

A.此实验需要平衡摩擦力

B.此实验需要遮光片的宽度d尽量小些

C.此实验需要满足m'远大于m

D.此实验需要两光电门之间的距离s尽量小些

(2)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的读数如图乙所示,其读数为　　　　 cm。 

(3)请用m'、m、d、s、ΔtA、ΔtB和重力加速度g表示动摩擦因数,μ=　。 

3.(2021天津高三模拟)用单摆测定重力加速度的实验装置如图甲所示。

甲

乙

(1)对测量原理的理解正确的是　　　　。 

A.由g=可知,T一定时,g与l成正比

B.由g=可知,l一定时,g与T2成反比

C.单摆的振动周期T和摆长l可用实验测定,由g=可算出当地的重力加速度

(2)若测量得到的g值偏大,可能是因为　　　　。 

A.组装单摆时,选择的摆球质量偏大

B.测量摆长时,将悬线长作为单摆的摆长

C.测量周期时,把n次全振动误认为是(n+1)次全振动

(3)下表是某同学记录的实验数据,并做了部分处理。

请计算第5组实验中的T2=　　　　 s2。 

(4)将上表数据输入计算机,可得到图乙所示的l-T2图像,图线经过坐标原点,斜率k=0.25 m/s2。由此求得重力加速度g=　　　　 m/s2。(π2=9.87,答案保留3位有效数字) 

B组

4.(2021江苏南通高三二模)用如图甲所示的装置探究物体的加速度与质量的关系,把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上,小车的左端连接穿过打点计时器的纸带,右端连接细线,细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码,通过垫块调节木板左端高度以平衡摩擦力。

甲

(1)下列实验操作中正确的有　　　　。 

A.先释放小车后接通电源

B.调整定滑轮使细线与长木板平行

C.平衡摩擦力时必须移去纸带

D.平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码

(2)某次实验打出的一条纸带如图乙所示,测得计数点1、2、3、4与计数点0间的距离分别为x1=3.60 cm、x2=9.61 cm、x3=18.01 cm、x4=28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s,相邻计数点间有四个计时点未画出,则小车的加速度a=　　　　 m/s2(结果保留三位有效数字)。 

乙

(3)实验中保持托盘和砝码的总质量为20 g不变,改变小车和车内沙子的总质量m,进行实验打出纸带,算出相应的加速度a,数据如下表所示,请在图丙中根据描出的点作出a-图像。由图像可得出的结论是 

　。 

丙

丁

(4)某小组在实验中作出-m图像如图丁所示,图像斜率的物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　　;若图像纵截距为b,斜率为k,则托盘和砝码的总质量为　　　　(用字母b、k表示)。 

5.(2021河北卷)某同学利用图甲中的实验装置探究物体的机械能变化量与外力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g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200 g,其上可放钩码)、刻度尺。g取9.80 m/s2。实验操作步骤如下:

甲

①安装器材,调整两个光电门距离为50.00 cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图甲所示;

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时的速度;

③保持绳下端悬挂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ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示。

(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中的表格所缺数据为　　　　　。 

(3)以m为横轴,ΔE为纵轴,选择合适的标度,在图乙中绘出ΔE-m图像。

乙

若忽略滑轮和绳子之间的摩擦力做功,求滑块与木板之间的动摩擦因数为　　　　　　。(保留两位有效数字) 

6.(2021广西柳州高三一模)某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验,操作步骤如下:

Ⅰ.先将光滑斜槽轨道的末端调至水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木板立于靠近槽口处,使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,撞到木板在记录纸上留下压痕O;

Ⅱ.将木板向右平移适当距离,再使小球a从原固定点由静止释放,撞到木板在记录纸上留下压痕;

Ⅲ.把半径相同的小球b(ma<mb)静止放在斜槽轨道水平段的右边缘,让小球a仍从原固定点由静止开始滚下,与小球b相碰后,a球沿轨道反弹后返回,两球撞在木板上留下压痕。

将这些压痕标记为A、B、C,已知b球的压痕为C。

(1)本实验必须测量的物理量是　　　　。 

A.小球a、b的质量ma、mb

B.小球a、b的半径r

C.斜槽轨道末端到木板的水平距离x

D.记录纸上O点到A、B、C的距离y1、y2、y3

(2)放上被碰小球b,两球相碰后,小球a在图中的压痕点为　　　　(选填“A”或“B”)。 

(3)用本实验中所测得的物理量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为　　　　　　　　　　。 

7.(2021天津河东高三一模)某实验小组设计实验验证机械能守恒,实验装置示意图如图所示,在铁架台铁夹上固定好一个力传感器,一根细线上端连接在力传感器上,下端系在小球上,把小球拉离平衡位置一个角度,由静止释放小球,力传感器可记录在小球摆动过程中细线拉力大小,记下力传感器的最大示数F。

(1)关于实验,下列说法正确的有　　　　。 

A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验

B.细线要选择伸缩性小的

C.球尽量选择密度大的

(2)为完成实验,需要测量小球自由静止时力传感器的示数F0,还需要测量的物理量有　　　　。 

A.释放小球时的位置与自由静止位置的高度差h

B.小球下落至平衡位置时的时间

C.摆长l

D.小球的质量m

(3)要验证机械能守恒,需要满足的等式是　　　　　(用已知量和测量量的符号表示)。 

参考答案

专题分层突破练16　力学实验

1.答案 (1)刻度尺　(2)AD　(3)①如图所示　②BC

解析 (1)探究求合力的方法实验中,需要使用刻度尺作力的图示;研究平抛运动的实验中,需要使用刻度尺测量物体的位移,即两个实验中都要使用刻度尺。

(2)弹簧测力计在使用前必须进行调零;实验中使用的两个弹簧测力计,其量程可以不同;方案一中竖直悬挂时,由于弹簧受到重力作用,所以若两弹簧测力计读数相等,则水平测量拉力时读数必然不同,所以不能使用;若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用。故选A、D。

(3)增加橡皮条的原长对实验没有影响;图中两分力的夹角较小,根据平行四边形的特点,适当增大两细绳的夹角,可以使作图更精确,从而减小实验误差;绳子的作用是显示出力的方向,增大A、B两点到O点的距离,可以提高分力方向的精确度,从而减小实验误差;弹簧测力计的量程为0~5.00N,图中合力已经达到了4.80N,所以不能再增大弹簧测力计的拉力。故选B、C。

2.答案 (1)B　(2)1.020　(3)

解析 (1)该实验的目的是测量物块与水平桌面之间的动摩擦因数,所以在实验过程中不需要平衡摩擦力,A错误;利用光电门来测量瞬时速度,遮光片的宽度d越小,测的瞬时速度的误差越小,B正确;实验原理中,可以利用整体法来求μ,所以不需要满足m'远大于m,C错误;在数据处理时,加速度为a=,两光电门之间的距离s越大,实验误差越小,所以此实验需要两光电门之间的距离s尽量大些好,D错误。

(2)游标卡尺读数为主尺读数+游标尺读数×分度值=1cm+4×0.05mm=1.020cm。

(3)利用平均速度表示瞬时速度,有

物块经过光电门A的速度为vA=

物块经过光电门B的速度为vB=

由运动学规律可得a=

由牛顿第二定律可得mg-μm'g=(m+m')a

联立解得μ=。

3.答案 (1)C　(2)C　(3)4.0　(4)9.87

解析 (1)重力加速度与单摆无关,由单摆周期公式T=2π可知g=,测出单摆的摆长l与周期T,可以求出重力加速度,故选C。

(2)由单摆周期公式T=2π可知g=,单摆周期与摆球质量无关,组装单摆时,选择的摆球质量偏大不会导致g的测量值偏大,A错误;测量摆长时,将悬线长作为单摆的摆长,所测摆长l偏小,所测g偏小,B错误;测量周期时,把n次全振动误认为是(n+1)次全振动,所测周期T偏小,所测g偏大,C正确。

(3)由表中实验数据可知,完成50次全振动需要的时间为100.0s,则周期T=2.0s,所以T2=4.0s2。

(4)由单摆周期公式T=2π可知l=T2,l-T2图像的斜率k=,解得g=9.87m/s2。

4.答案 (1)BD

(2)2.40

(3)如图所示　合力一定时,当托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量时,小车和车内沙子的加速度与质量成反比

(4)托盘和砝码的总重力的倒数　

解析 (1)应先通电再释放小车,A错误。调整定滑轮使细线与长木板平行,以保证小车在运动过程中合力不变,B正确。平衡摩擦力时必须连接纸带,C错误。平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码,使小车重力分力等于摩擦力,D正确。

(2)小车的加速度a==2.40m/s2。

(4)根据牛顿第二定律可知,图像斜率的物理意义是托盘和砝码的总重力的倒数。设托盘和砝码的总质量为m',受力分析可得m'g=(m'+m)a,即m+,所以=k,=b,联立解得m'=。

5.答案 (1)0.980　(2)0.588

(3)如图所示　0.40

解析 (1)ΔEp=4m'gh=4×50×10-3×9.8×0.5J=0.980J。

(2)ΔE=ΔEp-ΔEk=0.980J-0.392J=0.588J。

(3)根据表格数据描点作图即可;由题意可知,滑块和木板之间的摩擦力做功即为系统损失的机械能,则有μmgl=ΔE,根据图像得μ=0.40。

6.答案 (1)AD　(2)B　(3)=-

解析 (1)设a单独滚下经过斜槽轨道末端的速度为v,两球碰撞后a、b的速度分别为va和vb,由于碰撞后a球沿轨道反弹后返回,若两球碰撞动量守恒,则mav=mava+mbvb

根据平抛规律得v==x

va=-=-x

vb==x

化简可得=-

所以可知,本实验必须测量的物理量是小球a、b的质量ma、mb,以及纸上O点到A、B、C的距离y1、y2、y3。故选A、D。

(2)由(1)中分析可知,放上被碰小球b,两球相碰后,小球a在图中的压痕点为B。

(3)由(1)中分析可知,用本实验中所测得的物理量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为=-。

7.答案 (1)BC

(2)AC

(3)F0h=l(F-F0)

解析 (1)弹簧测力计代替力传感器进行实验时,由于细线不断摆动,不方便进行读数与记录,A错误;细线要选择伸缩性小的,避免摆长发生较大变化,B正确;球尽量选择密度大的,以减小空气阻力的影响,C正确。

(2)(3)本实验要验证机械能守恒,即要验证减小的重力势能等于增大的动能,应满足mgh=mv2。静止在最低点时,力传感器的示数F0与重力相等,即F0=mg;小球摆到最低点时力传感器的最大示数为F,由向心力公式可得F-mg=m。联立可解得F0h=l(F-F0),此即为要验证的表达式,由此可知,为完成实验,要测量的量为释放小球时的位置与自由静止位置的高度差h与摆长l,故(2)问中应选A、C。