高考物理二轮复习 专题12 力学实验专题卷（含解析）

专题12 力学实验说明：1本卷主要考查力学实验。2考试时间60分钟，满分100分。1(2017广东百校联考)某学校实验小组同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，根据实验老师提供的器材组成如图甲所示的装置所用钩码的重力均为0.5 N，某同学将6个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出弹簧的总长度，并将数据填在下面的表格中(弹簧始终在弹性限度内)弹力大小/N0.51.01.52.02.53.0弹簧总长/cm7.008.529.4810.5011.5112.46(1)试根据这些实验数据在图甲的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小跟弹簧总长之间的函数关系的图象，所得图线的物理意义是_弹簧的弹力大小与弹簧伸长量大小成正比_；该弹簧的劲度系数k为_50_N/m(4951_N/m)_(结果保留两位有效数字)(2)做完该实验，某同学想用图甲的装置(一根弹簧、一把直尺和一个已知质量为m的砝码)来测定某个小物体的重力，你认为该怎么做？请写出方法【解析】 (1)作图象时，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长图线的物理意义是弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比由k，可得k50 N/m.(2)将弹簧上端固定在支架上，下端挂上砝码，测出弹簧的伸长量x，然后将砝码取下换上待测小物体，测出弹簧的伸长量x，则待测小物体的重力为x.2(2017山西名校联考)如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条(滑块与遮光条的总质量为M)，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A位置由静止释放(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d_2.25_mm.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_滑块在A位置时遮光条到光电门B的距离L_.(写出物理量及其表示符号)(3)本实验是否需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量？_否_(选填“是”或“否”)(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门B的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出 F(其他合理答案也可)图象(用题中给出的字母表示)【解析】 (1)游标卡尺的读数为2 mm50.05 mm2.25 mm；(2)由题意并根据运动学公式v22aL可知，还需要测量的物理量是滑块在A位置时遮光条到光电门B的距离L；(3)由于滑块受到的合外力通过力传感器直接读出，所以该实验不需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量；(4)由v22aL，知22aL，得a，t为变量，d、L为常量，通过作出F图象即可得出a与F的关系3(2017山东潍坊统考)利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上端固定有轻质定滑轮，A处固定光电门带遮光片的滑块质量为M，置于导轨上的B处，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，使轻绳伸直，小球与滑块由静止释放，滑块向上运动，重力加速度为g.(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如图乙所示，由此读出d_3.85_mm.(2)某次实验测得导轨倾角为，B到光电门的距离为x，遮光片经过光电门时的挡光时间为t，滑块从B到A过程中m和M组成系统的动能增量为Ek ，系统的重力势能减少量为Ep (mMsin )gx，在误差允许的范围内，若EkEp，则可认为系统的机械能守恒(用题目中字母表示Ek和Ep)【解析】 (1)由游标卡尺的读数规则可知，d3 mm170.05 mm3.85 mm.(2)由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度应等于挡光时间内的平均速度，则v，因此动能的增加量为Ek(Mm)v2，系统重力势能的减少量为EpmgxMgxsin .4(2017广西模拟)如图所示为改装的探究圆周运动中向心加速度的实验装置有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线接一个重锤，圆盘边缘连接一细绳，细绳另一端连接一个小球实验操作如下：利用天平测量小球的质量m，记录当地的重力加速度g的大小；闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球运动的半径R和球心到塑料圆盘的高度h；当小球第一次到达A点时开始计时，记录小球n次到达A点的时间t；切断电源，整理器材请回答下列问题：(1)下列说法正确的是_BD_.A小球运动的周期为B小球运动的线速度大小为C小球运动的向心力大小为D若电动机转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高(2)若已测出R40.00 cm、r4.00 cm、h90.00 cm，t100.00 s，n51，取3.14，则小球做圆周运动的周期T_2.00_s，记录的当地重力加速度大小应为g_9.86_m/s2.(计算结果保留3位有效数字)【解析】 (1)小球运动的周期为T，选项A错误；v，选项B正确；设绳与竖直方向夹角为，向心力Fmgtan ，选项C错误；电动机转速增加，小球上升，应对激光笔1左移、激光笔2升高，选项D正确(2)周期为T2.00 s，由2Rg，得g9.86 m/s2.5(2017福建福州质检)图甲为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图，滑块上装有宽度为d(很小)的遮光条，滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间t以及遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d_0.75_cm.(2)实验时，滑块从光电门1的右侧某处由静止释放，测得t50 ms，则遮光条经过光电门1时的速度v_0.15_m/s.(3)保持其他实验条件不变，只调节光电门2的位置，滑块每次都从同一位置由静止释放，记录几组x及其对应的t，作出t图象如图丙，其斜率为k，则滑块加速度的大小a与k的关系可表达为a_2k_.【解析】 (1)由游标卡尺的读数规则可知，读数应为d7 mm50.1 mm7.5 mm0.75 cm.(2)由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度等于挡光时间内的平均速度，则v0.15 m/s.(3)滑块由光电门1运动到光电门2的过程中，由位移公式xvtat2，整理得atv，因此可知图象的斜率ka，则加速度a2k.6(2017安徽师大附中模拟)如图甲所示是某实验小组利用水平气垫导轨等实验装置来验证钩码和滑块所组成系统在运动过程中机械能是否守恒(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d_0.52_cm；实验时将滑块从图甲所示位置由静止释放，由光电计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_0.43_m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x和_滑块与遮光条的总质量M_.(文字说明并用相应的字母表示)(2)本实验通过比较mgx和(mM)2(用测量的物理量符号表示)在实验误差允许的范围内相等，从而验证系统的机械能守恒【解析】 (1)遮光条的宽度d5 mm20.1 mm5.2 mm0.52 cm；滑块经过光电门时的速度为v0.43 m/s；实验需要测量的物理量还有滑块与遮光条的总质量M.(2)本实验通过比较mgx与(mM)v2，即mgx与(mM)2，在实验误差允许范围内相等，从而验证系统的机械能守恒7(2017山东重点中学模拟)某同学使用有透光狭缝的钢条和光电计时器的装置测量重力加速度，如图甲所示在钢条下落过程中，钢条挡住光源发出的光时，计时器开始计时，透光时停止计时，若再次挡光，计时器将重新计时实验中该同学将钢条竖直置于一定高度(下端A高于光控开关)，由静止释放，测得先后两段挡光时间t1和t2.(1)用游标卡尺测量AB、AC的长度，其中AB的长度如图乙所示，其值为_74.3_mm.(2)若狭缝宽度忽略，则该同学利用vAB、vBC，求出vAB和vBC后，则重力加速度g.(3)若狭缝宽度不能忽略，仍然按照(2)的方法得到的重力加速度值比其真实值_偏大(选填“偏大”或“偏小”)【解析】 (1)AB的长度为7 cm4mm3.00.1 mm74.3 mm.(2)AB中间时刻的速度为v1vAB，BC中间时刻的速度v2vBC，由g.(3)若狭缝宽度不能忽略，则实际运动时间会延长，故按(2)的方法得到的重力加速度比其真实值偏大8(2017辽宁三校调考)某研究性学习小组觉得教材中探究动能定理的实验过程较复杂，改进如下：如图所示，木板放在桌子的边缘，小车的前端放一小球，小车在1条橡皮筋(图中未画出)的作用下由静止开始向右做加速运动，到桌子边缘后小车在挡板作用下停止运动，小球做平拋运动，测出橡皮筋条数为1、2、3、n时，小球做平抛运动的落点到桌子边缘的水平距离分别为x1、x2、x3、xn.(1)关于实验条件的改进和有关系统误差的说法中正确的是_CD_.A为了平衡摩擦力，实验中必须把木板的左端垫高B实验中，小球的质量为m，小车的质量为M，则必须满足mMC实验中，小球的拋出点离地面的高度对得出实验的结论没有影响D为了防止小球因为小车与挡板碰撞引起的振动而跳起，可以在挡板前安装一个缓冲器(2)小车与桌面、小球与小车间的摩擦都可以忽略，实验中测得的一组数据如下：橡皮筋条数n12345x/m0.8001.1311.3861.6001.789x2/m20.641.281.922.563.20/m11.250.880.720.630.56根据实验数据可以得出_x2n_(选填“x-n”“x2-n”“x-n2”或“-n”)图象为一直线，则说明在误差允许的范围内，合外力所做的功等于小车和小球动能的增加量(3)若小球的质量为m1 kg，小车的质量为M2 kg，小球的抛出点离地面的高度h0.5 m，重力加速度g取10 m/s2，根据表中数据可得n6时，橡皮筋对小车和小球做的功为_57.6_J_.【解析】 (1)如果为了平衡摩擦力而把木板左端垫高，则小球在小车停止运动时不做平抛运动，故选项A错误；橡皮筋是对小车和小球组成的整体做功，小球平抛的初速度作为小车和小球的共同速度，故小车的质量与小球的质量无关，不需要满足mM，选项B错误；实验中，小球抛出点离地面的高度主要影响平抛运动的时间，故对得出实验的结论没有影响，选项C正确；如果碰撞产生的振动使小球跳起，则不能保证小球做平抛运动，选项D正确(2)从题表中数据可以得出x2与n成正比例关系，故x2-n图象为一直线(3)设一条橡皮筋对小车和小球做功为W，则有n条橡皮筋作用时，如果动能定理成立，有nW(mM)v20，小球做平抛运动时，则有xvt，hgt2，联立解得x2n，x2与n成正比例关系，则0.64 m2，故W9.6 Jn6时，橡皮筋对小球和小车做的功为57.6 J.9(2017陕西宝鸡质检)某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”，图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6，打点计时器所接交流电的周期为T.小车及车中砝码的总质量为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，当地重力加速度为g.请回答下列问题：(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a.(2)该同学先探究在合外力不变的情况下，加速度与质量的关系，以下说法正确的是_D_.A平衡摩擦力时，要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮的一端缓慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦力C用天平测出M和m后，小车运动的加速度可以直接用公式a求出D在改变小车质量M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度得到多组数据后，绘出a-F图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线，如图丙所示图象中直线的斜率表示 .(用本实验中可测量的量表示)(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为_B_.A理想化模型法B控制变量法C极限法D比值法【解析】 (1)运用xaT2和逐差法可得小车运动的加速度表达式为a.(2)平衡摩擦力时，要把装砝码的砝码盘去掉，把木板不带滑轮的一端缓缓抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止，A错误；每次改变小车质