统考版2024高考物理二轮专题复习专题强化训练13力学实验

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回答下列问题：
(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(2)当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝________m/s；
(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝________m/s2(保留2位有效数字).
2．[2023·北京押题卷]实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与物体受力的关系，保持小车的质量M不变，通过改变槽码的个数来改变小车所受的拉力F，通过处理纸带上打出的点来测量小车的加速度a.
(1)如图是某次实验时得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T＝0.10s，由图中数据可计算出小车的加速度大小为________m/s2.
(2)小明同学根据实验数据作出了a­F图象，如图所示，该图线斜率的物理意义是____________________________；该图线不通过原点的原因可能是________________________________．
(3)小芳同学实验操作规范．作出了a­F图象，随槽码个数的增加，图线上都发生了弯曲，该同学作出的图象最接近如图中的________．(选填“甲”或“乙”)
3．[2023·重庆八中一模]某学习小组进行验证动量守恒定律实验．如图所示，立柱竖直固定在水平面上，水平轻弹簧一端固定在立柱上，处于自然长度，物块甲静置于水平面上，与轻弹簧的自由端在O点接触但不拴接．实验步骤如下：
(1)先对物块甲施力使其缓慢向左运动至轻弹簧的自由端到P点，撤去外力后，物块甲可运动到O点右侧A点停止运动．
(2)再次对物块甲施力使其慢慢向左运动至轻弹簧的自由端到P点，在O点放置物块乙(图中未画出)，撤去作用于物块甲的外力后，物块甲与物块乙在O点发生碰撞，碰撞后，物块甲到达B点停止运动，物块乙到达C点停止运动．
(3)物块甲、乙与水平面间动摩擦因数相同，物块甲、乙均可视为质点，物块甲、乙的碰撞时间极短可不计，不计空气阻力．
(4)用刻度尺测量OA、OB、OC及OP间距，则要验证物块甲、乙碰撞过程动量是否守恒．还需测量的物理量是①________②________；在实验误差允许范围内，若满足________＝________，则说明物块甲、乙碰撞过程动量守恒．
4．如图为一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直刻度尺．静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00N；竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示．
(1)补充完整表格中直尺的读数________；
(2)在以传感器示数FN为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出FN­x图象，并根据图象求得弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字).
5．[2023·湖南株洲一模]某同学将小车左端与纸带相连，纸带穿过打点计时器，小车通过滑轮用重物牵引，测得小车的加速度为0.72m/s2.将小车左侧的纸带取下，将具有加速度测量功能的智能手机固定在小车上来测量加速度(实验的其他条件不变)，如图甲所示，让重物落下，开始测量小车的加速度，直至小车接触到制动器后结束测量．在智能手机上显示了如图乙所示的画面，图中纵轴为加速度，横轴为时间，且智能手机测量的是以小车的前进方向为正方向的加速度，小车停止前的加速度超过了图表的显示范围．
(1)智能手机测得的小车的加速度约为________m/s2 (保留2位有效数字).
(2)智能手机和打点计时器测得的加速度有明显差异，主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)根据图乙可知小车与制动器碰撞前的速度约为________________m/s (保留3位有效数字).
6．[2023·福建厦门三模]某研究小组采用了如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验的主要步骤是：一根不可伸长的细线一端系一直径为d的金属小球(可视为质点)，另一端固定于O点，记下小球静止时球心的位置A，并在A处放置一个光电门．现将小球拉至距A高度为h处，由静止释放，记下小球通过光电门时的挡光时间t，重力加速度为g.
(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝________mm；
(2)验证机械能守恒定律的表达式为________(用d、g、h、t表示)；
(3)撤去光电门，在O点安装一力传感器测细线拉力，记下小球静止时力传感器的示数F0，再将小球拉至距A高度为h处由静止释放，记下小球摆动过程中力传感器的最大示数F，则还需再测量________(限1个物理量)，即可验证机械能守恒定律．
7．[2023·湖南省湘潭市一中期中考试]Phyphx软件是专门针对智能手机开发的开展物理实验的软件，可以很好地助力同学们开展居家实验，从而成为居家实验中最常用的手机软件之一．某同学在智能手机上安装Phyphx软件后，设计实验测量氢气球所受的浮力以及运动中气球所受阻力大小与速率的关系．实验步骤如下：
①测量出手机和气球的总质量M＝0.2kg，g＝9.8m/s2；
②如图所示，该同学用细线将手机悬吊在氢气球的下方，由静止释放，氢气球将在空中向上运动，记录氢气球上升过程中多个位置的加速度a和速率v数据；
③根据表中的测量数据，在坐标纸上描出了各个点，做出a­v图象如图所示．
(1)从a­v图象可以确定氢气球运动所受阻力f大小与________(选填“v”、“v2”、“v－1”或“veq \s\up6(\f(1,2))”)成正比；
(2)根据得到的a­v图象可得到氢气球所受的浮力大小为________N；由a­v图象计算出图线斜率大小为k0，阻力f大小与上升速率v的关系式为________(用题中测得的物理量符号表示).
专题强化训练13 力学实验
1．解析：（1）根据表中数据可以求得第1s内、第2s内、第3s内、第4s内、第5s内、第6s内飞行器的位移分别为x1＝507m、x2＝587m、x3＝665m、x4＝746m、x5＝824m、x6＝904m，在误差允许的范围内，相邻相等时间内的位移之差近似相等，即满足Δx＝aT2，可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动．（2）对于匀加速直线运动，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，所以当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝eq \f(1094,2)m/s＝547m/s.（3）根据逐差法可知这段时间内该飞行器加速度的大小a＝eq \f(x36－x03,（3T）2)＝eq \f(（4233－1759）－1759,9)m/s2≈79m/s2.
答案：（1）在误差允许的范围内，相邻相等时间内的位移之差近似相等 （2）547 （3）79
2．解析：（1）根据匀变速直线运动的推论，
即Δx＝aT2
可得a＝eq \f(x24－x02,（2T）2)＝eq \f(8.8×10－2－7.2×10－2,0.202)m/s2＝0.4m/s2
（2）根据牛顿第二定律可得F＝ma
变形有a＝eq \f(F,m)，可知，该图线斜率的物理意义是小车质量的倒数，当合外力不为零时，加速度为零，则为没有平衡阻力或平衡阻力不足．
（3）随着F的增大，不满足M≫m时，此时有mg－F＝ma，F＝Ma
解得加速度为a＝eq \f(mg,m＋M)，因此加速度会偏小，a­F图象，最后会略微向下弯曲，故选甲．
答案：（1）0.4 （2）小车质量的倒数 没有平衡阻力或平衡阻力不足 （3）甲
3．解析：由于物体在外力作用下将物体压缩弹簧至P点，撤去外力后，物块甲运动到O点，设此时的速度为v，则物体离开弹簧后运动至A点静止过程中，由运动学公式v eq \\al(2,t) －v eq \\al(2,0) ＝2ax可得物体离开弹簧后的初动量为p1＝m甲eq \r(2gμxOA)，在O点放置物块乙，撤去作用于物块甲的外力后，物块甲与物块乙在O点发生碰撞，碰撞后物块甲到达B点停止运动，物块乙到达C点停止运动．则对物体甲可知其碰后的动量为p2＝m甲eq \r(2gμxOB)，对物体乙可知其碰后的动量为p3＝m乙eq \r(2gμxOC).若物块甲、乙碰撞过程动量满足p1＝p2＋p3，代入各式化简得m甲eq \r(xOA)＝m甲eq \r(xOB)＋m乙eq \r(xOC)，则说明在实验误差允许范围内，物块甲、乙碰撞过程动量守恒，且必须测量的物理量是m甲和m乙．
答案：（4）m甲 m乙 m甲eq \r(xOA) m甲eq \r(xOB)＋m乙eq \r(xOC)
4．解析：（1）直尺的最小刻度为1mm，根据直尺的读数规则可知，估读到最小刻度的下一位，故读数为12.20cm.
（2）根据表格数据做出图象，如图所示
由题意可知FN＋F＝mg，则FN＝mg－kΔx，即FN＝mg－k（x－x0），得图象的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，由图象可知k＝eq \f(ΔFN,Δx)＝eq \f(6,0.1940－0.1220)N/m≈83.3N/m.
答案：（1）12.20
（2）见解析图 83.3（82.0～83.8都算正确）
5．解析：（1）由图乙可以读出加速度大约为0.60m/s2.
（2）智能手机测得的加速度明显比打点计时器测得的加速度小，原因是小车上放置了智能手机，整体的质量增加，使整体所受的摩擦力增大，整体受到的合外力减小，则整体的加速度减小．
（3）从图乙可以看出从2.5s到4.3s小车一直以大小约为0.60m/s2的加速度做匀加速运动，因为a­t图与坐标轴围成的面积表示速度变化量，所以Δv＝aΔt＝0.60×1.8m/s＝1.08m/s，故小车与制动器碰撞前的速度约为1.08m/s.
答案：（1）0.60 （2）小车上放置了智能手机，整体的质量增加，使整体所受的摩擦力增大，整体受到的合外力减小，则整体的加速度减小 （3）1.08
6．解析：（1）主尺上的示数为12mm，游标尺上的第2条刻度线和主尺的某一刻度线对齐，分度值为0.1mm，所以最后读数为12mm＋2×0.1mm＝12.2mm.
（2）小球经过光电门时的速度为v＝eq \f(d,t)
对小球下摆过程，由机械能守恒定律可得mgh＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))eq \s\up12(2)
由此得出，只需验证gh＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))eq \s\up12(2).
（3）由图可知小球在最低点时，由绳子的拉力和重力的合力提供向心力，可得
F－F0＝meq \f(v2,L)
则eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)（F－F0）L＝mgh＝F0h
故还需要测量细线的长度L，即可验证机械能守恒定律．
答案：（1）12.2 （2）gh＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t)))eq \s\up12(2)
（3）细线的长度L
7．解析：（1）由图可知，随着速度增大，气球的加速度越来越小，这是因为速度增大，气球所受的空气阻力也变大，从而使加速度变小；由牛顿第二定律可得F浮－Mg－f＝Ma，a＝eq \f(F浮,M)－eq \f(f,M)－g，由图可知，加速度a与v为一次函数，结合上述分析可知，气球所受阻力f与v成正比．
（2）由图象结合上述分析可得a＝eq \f(F浮,M)－eq \f(f,M)－g＝eq \f(F浮,M)－eq \f(kv,M)－g，根据图中数据可得7.99m/s2＝eq \f(F浮,M)－eq \f(k,M)×1m/s－g，2.58m/s2＝eq \f(F浮,M)－eq \f(k,M)×4m/s－g，解得k≈0.361，F浮＝3.919N；由题意及图象可得a＝g－k0v，由上述分析可得a＝eq \f(F浮,M)－eq \f(kv,M)－g＝9.795m/s2－eq \f(f,M)≈g－eq \f(f,M)，即k0v＝eq \f(f,M)，f＝k0Mv.
答案：（1）v （2）3.919 f＝k0Mv
t/s
0
1
2
3
4
5
6
x/m
0
507
1094
1759
2505
3329
4233
传感器示数FN(N)
6.00
4.00
3.00
1.00
0
指针示数x(cm)
14.60
15.81
18.19
19.40
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
速度/
m·s－1
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
加速度/
m·s－2
8.90
7.99
7.09
6.19
3.29
4.38
3.48
2.58