高考物理力学实验复习专题练习

力学实验 

1．下图中游标卡尺的读数是_______mm，螺旋测微器的读数是_______mm．

2．某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，将橡皮筋改为劲度系数为400 N/m的轻质弹簧AA′，将弹簧的一端A′固定在竖直墙面上。不可伸长的细线OA、OB、OC，分别固定在弹簧的A端和弹簧秤甲、乙的挂钩上，其中O为OA、OB、OC三段细线的结点，如图1所示（俯视图）。在实验过程中，保持弹簧AA′伸长0.01m不变。

（1）若OA、OC间夹角为90°，弹簧秤乙的读数是___________N。（如图2所示）

（2）在（1）问中若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，则弹簧秤甲的读数大小将___________，弹簧秤乙的读数大小将___________。

3．如图甲所示，为了测量滑块与木板间的动摩擦因数，某同学将带有滑轮的长木板放置在水平桌面上，在靠近滑轮的B处固定一个光电门，用质量为m的重物通过细线（与长木板平行）与质量为M的滑块（带遮光条）连接，细线的长度小于重物离地面的高度。将滑块从A点由静止释放，测出A、B之间的距离s和遮光条经过光电门时的遮光时间t。保持滑块和悬挂的重物的质量不变，改变释放点A与B间的距离s，多次测量最终完成实验。建立坐标系，描出图线如图乙所示，求得图线的斜率为k，则滑块与木板间的动摩擦因数μ=____（用斜率k、重力加速度g、遮光条的宽度d、滑块质量M和重物质量m表示）。

4．某同学设计了如图（a）所示的装置验证小球摆动过程中的机械能守恒，实验中小球到达B点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处的箭头处放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺，该同学方案的优点是只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度h、桌面到地面的高度H及平抛运动的水平位移L即可。

（1）用游标卡尺测出小球的直径d如图（b）所示，d=_________cm；

（2）为了测量小球下降的高度，若不测小球的直径d，则从位置A中_________（选填“球的下边沿”或“球心”）到桌面的距离即为小球下降的高度h；

（3）实验中改变h，多测几次h和L的数值，作出如图（c）所示的图象1，则该图线的斜率k=_________可证明小球下摆过程中机械能守恒；

（4）若作出的图象为如图（c）所示的图象2，原因是_______。

（2021·全国甲卷）

5．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）

（2021·湖南卷）

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．如图甲所示为阿特伍德机的示意图，它是早期测量重力加速度的器械，由英国数学家和物理学家阿特伍德于1784年制成。他将质量均为M的两个重物用不可伸长的轻绳连接后，放在光滑的轻质滑轮上，处于静止状态。再在一个重物上附加一质量为m的小物块，这时，由于小物块的重力而使系统做初速度为零的缓慢加速运动并测出加速度，完成一次实验后，换用不同质量的小物块，重复实验，测出不同m时系统的加速度。

(1)所产生的微小加速度可表示为a=___________（用M、m、重力加速度g表示）；

(2)若选定如图甲左侧重物从静止开始下落的过程进行测量，想要求出重物的质量M，则需要测量的物理量有_________（只需填选项字母）

A．小物块的质量m

B．重物下落的距离h及下落这段距离所用的时间t

C．绳子的长度

D．滑轮半径

(3)经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出图象，如图乙所示。已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g=___，并可求出重物质量的表达式M=___。

8．某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素．

（1）他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图所示．这样做的目的是________（填字母代号）．

A．保证摆动过程中摆长不变

B．可使周期测量得更加准确

C．需要改变摆长时便于调节

D．保证摆球在同一竖直平面内摆动

（2）他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L = 0.9990m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图所示，则该摆球的直径为_______mm，单摆摆长为________m．

（3）下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横作标原点表示计时开始，A、B、C均为30次全振动的图象，已知，，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是________（填字母代号）．

9．某同学设计了验证动量守恒定律的实验。所用器材：固定有光电门的长木板、数字计时器、一端带有遮光片的滑块A（总质量为M）、粘有橡皮泥的滑块B（总质量为m）等。将长木板水平放置，遮光片宽度为d（d很小），重力加速度为g，用相应的已知物理量符号回答下列问题：

(1)如图（a）所示，使A具有某一初速度，记录下遮光片经过光电门的时间t和A停止滑动时遮光片与光电门的距离L，则A经过光电门时的速度可表示为v=___；A与木板间的动摩擦因数μ=____；

(2)如图（b）所示，仍使A具有某一初速度，并与静止在正前方的B发生碰撞（碰撞时间极短），撞后粘在一起继续滑行。该同学记录了遮光片经过光电门的时间t0，A、B撞前B左端距光电门的距离s1，以及A、B撞后它们一起滑行的距离s2，若A 、B材料相同，它们与木板间的动摩擦因数用字母μ表示，如需验证A、B系统碰撞时满足动量守恒定律，只需验证_______________成立即可。

10．利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度v，实验时滑块在A处由静止开始运动。

（1）某次实验测得倾角，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时，m和M组成的系统动能增加量可表示为________________，系统的重力势能减少量可表示为________，在误差允许的范围内，若，则可认为系统的机械能守恒。(用题中所给字母表示)

（2）按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度，作出图像如图乙所示，并测得，则重力加速度________m/s2。

11．（2022·广东肇庆市二模）某同学用如图甲所示装置研究小车在倾斜轨道上运动的加速度a与轨道倾角θ的正弦值（sinθ）之间的关系，实验步骤如下：

（1）在水平实验台上，将长为l的长木板一端放在垫块上构成斜面，为得出长木板倾角θ的正弦值sinθ，则需要测出___________

A．长木板末端距实验台的高度h     B．垫块的高度

（2）将打点计时器固定在轨道末端，纸带穿过打点计时器固定在小车上；接通电源，释放小车，打出一条如图乙所示的纸带，图中相邻两个计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，通过测得的数据可计算出D点的速度大小________m/s，滑块的加速度a=_________；（结果均保留三位有效数字）

（3）改变垫块高度，重复实验，测出多组轨道倾角θ的正弦值（sinθ）及对应小车的加速度a，通过计算，该同学发现a与sinθ的比值小于当地的重力加速度，原因是_________

12．（2022·山东卷·13）在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下：

①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；

②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨；

③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；

④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。

回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：

（1）弹簧的劲度系数为_____N/m。

（2）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a—F图像如图丙中I所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。

（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a—F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。

13．（2022·湖北武汉市武昌区检测）用实验测量小滑块与木板表面间的动摩擦因数，已知当地重力加速度为g。

（1）第一实验组采用如图甲所示的装置测量。将足够长的木板水平放置，弹簧的一端与固定挡板相连，另一端紧靠带有遮光条的小滑块但不与之拴接，弹簧处于原长时整个弹簧都在光电门左侧。先用小滑块压缩弹簧至某一位置，释放后记录小滑块上的遮光条通过光电门的挡光时间t，并测量小滑块停止时的位置B与光电门中心A的距离L。

①利用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为____；

②多次重复实验，记录多组数据。选择L为纵轴，____为横轴，拟合得到一条过坐标原点的倾斜直线。若该直线的斜率为k，则小滑块与木板之间的动摩擦因数的表达式为____________（用题目中已有的符号表示）。

（2）第二实验组使用位移传感器设计了如图丙所示的实验装置，让小滑块从倾斜木板上的A点由静止释放，与计算机连接的位移传感器可以测出小滑块到传感器的距离x，并能描绘出这个x随时间t变化的图像。某次实验得到的图像如图丁。

①根据图丁，可计算出时刻小滑块的速度大小________，小滑块的加速度大小______。（结果均保留2位有效数字）

②为了测定小滑块与木板间的动摩擦因数，本次实验还必须测量的物理量是____

A.小滑块的质量B.小滑块的宽度C.木板的长度D.木板的倾角

参考答案：

1．     10.50     5.314~5.318

【分析】解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标尺读数，不需估读．螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，读可动刻度读数时需估读.

【详解】游标卡尺的主尺读数为：1.0cm=10mm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为10×0.05mm=0.50mm，所以最终读数为：10mm+0.50mm=10.50mm.

螺旋测微器的固定刻度为5.0mm，可动刻度为31.5×0.01mm=0.315mm，所以最终读数为5.0mm+0.315mm=5.315mm(5.314~5.318).

【点睛】对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量.

2．     3.00     一直变小     先变小后变大

【详解】（1）[1]根据弹簧秤的读数方法可知，乙的读数为3.00 N。

（2）[2][3]若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，如图中实线变到虚线，由图可知弹簧秤甲的读数将一直变小，而弹簧秤乙的读数将先变小后变大。

3．

【详解】据挡光时间可知，滑块经过光电门的瞬时速度为，滑块从A运动到B的过程中，根据系统动能定理得：

(mg－μMg)s=(M+m)()2

变式为：

则

解得：

4．     1.140     球的下边沿     4H     L测大了

【详解】（1）[1]游标卡尺的读数为

（2）[2]由平抛运动性质可知，对于竖直方向的高度是球的下边沿离开桌面到下落到地面的距离，故位置A到桌面的高度h应从球的下边沿开始测量。

（3）[3]球做圆周运动时有

球做平抛运动有

联立得

即斜率k=4H，可证明下摆过程中机械能守恒。

（4）[4]若作出的图象为图（c）中的图象2，显然h=0时，纵截距不为零，造成的原因是L测大了。

5．     0.43     0.32

【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

6．     1.02          0.342

【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．          AB         

【详解】(1)[1]对整体分析，根据牛顿第二定律得

解得

(2)[2]根据得

因为，所以

得

根据知，需要测量的物理量有：小重物的质量m，重物下落的距离及下落这段距离所用的时间，故选AB；

(3)[3][4]因为，则

知图线斜率

解得：

。

8．     AC     12.0     0.9930     A

【详解】（1）[1]在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，是为了防止动过程中摆长发生变化，如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时，方便调节摆长，故AC正确．

（2）[2]游标卡尺示数为：

[3]单摆摆长为：

（3）[4]当摆角小于等于5°时，我们认为小球做单摆运动，所以振幅约为：

当小球摆到最低点时速度较大，此时开始计时，误差较小，测量周期时要让小球做30-50次全振动，求平均值，所以A合乎实验要求且误差最小，故选A．

【点睛】掌握单摆的周期公式，从而求解加速度，摆长、周期等物理量之间的关系；摆长要注意是悬点到球心的距离，一般可利用摆线长度加球的半径的方式得到，题目中的方式不是特别常用；单摆的周期采用累积法测量可减小误差．对于测量误差可根据实验原理进行分析．

9．              

【详解】(1)[1]由于遮光片通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度，故

[2]由匀变速直线运动速度位移公式得，即有

解得

(2)[3]A经过光电门的速度为

由匀变速直线运动速度位移公式有

A与B碰撞前的速度为

同理可得碰撞后AB的速度为

即

若A、B系统碰撞时满足动量守恒定律

即

10．               9.6

【详解】（1）[1]根据题意可知，滑块到达B处时的速度

则系统动能的增加量

[2]系统重力势能的减小量为

（2）[3]根据系统机械能守恒有

整理得

结合图乙可得，图线得斜率为

又有

解得

11．     A     1.63     2.64     小车与倾斜长木板之间有摩擦

【详解】（1）[1]由几何关系可知

因此需要测量长木板末端距实验台的高度h，故A正确，B错误。

故选A。

（2）[2]纸带上相邻计数点间的时间间隔为

D点对应的速度为

[3]滑块的加速度为

；

（3）[4]小车沿倾斜轨道下滑，若没有摩擦力，则

可得

现在a与sinθ的比值小于当地的重力加速度，说明小车下滑过程中受到摩擦力的作用。

12．     12     0.20     0.13

【详解】（1）[1]由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合图乙的F—t图有

x = 5.00cm，F = 0.610N

根据胡克定律

计算出

k ≈ 12N/m

（2）[2]根据牛顿第二定律有

F = ma

则a—F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据图丙中I，则有

则滑块与加速度传感器的总质量为

m = 0.20kg

（3）[3]滑块上增加待测物体，同理，根据图丙中II，则有

则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为

m′ ≈0.33kg

则待测物体的质量为

m = m′ - m = 0.13kg

13．     2.7               0.80     2.0     D

【详解】（1）[1]由图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为2mm，游标尺示数为，游标卡尺读数

 [2] 滑块做匀减速运动根据牛顿第二定律可知

根据速度位移公式

其中

解得

为测量小滑块与木板表面间的动摩擦因数，记录多组数据，选择L为纵轴，应选择为横轴。

[3]该直线的斜率为k，则

整理得

（2）[4] [5]对物体A进行受力分析可得，A受重力、支持力和斜面对A摩擦力，由牛顿第二定律得

解得

分析得，物体做匀变速直线运动，则运动学关系可得

代入乙图数据可得

可计算出时刻小滑块的速度大小

[6] 根据牛顿第二定律求得加速的表达式

为测定小滑块与木板间的动摩擦因数，本次实验还必须测量的物理量是木板的倾角。

故选D。