2021届高考物理三轮强化：力学实验(解析版)

2021届高考物理三轮强化：力学实验.某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实(1)在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持 状态。⑵他通过实验得到如图乙所示的弹力大小方与弹簧长度X的关系图像。由此图像可得该弹簧的原长X二 cm,劲度系数0k二N/m。(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数如图丙所示时,该弹簧的长度x二cm。.用如下的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”。在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中滑轮P固定在1桌子边，滑轮？、P可沿桌边移动。第一次实验中，步骤如下：23A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点。静止；B.在白纸上描下。点的位置和三根绳子的方向，以。点为起点,作出三拉力的图示;C.以绕过？、p绳的两个力为邻边作平行四边形，作出。点为起点的平行四23边形的对角线,量出对角线的长度;D.检验对角线的长度和绕过p绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一1条直线上。（1）这次实验中,若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则第三根绳挂的质量一定大于 且小于 。⑵第二次实验时，改变滑轮？、P的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平23衡,绳的结点 （填“必须”或“不必”）与第一次实验中白纸上描下的O点重合。实验中，若桌面不水平（填“会”或“不会”）影响实验的结论。3.如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”实验的装置，将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套.实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O.甲 乙（1）某同学在做该实验时提出如下一些观点，其中不恰当的是 .（请填入相应的字母）A.拉橡皮条的绳细一些且适当长一些，实验效果较好B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些D.两个弹簧测力计拉力的夹角越大越好E.测量前应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相同，应选用示数相同的一对弹簧测力计F.实验中，用一个弹簧测力计拉橡皮条时，需将结点拉到同一位置。(2)实验中，用两个弹簧测力计拉橡皮条时，若两个弹簧测力计的读数均为4.00^且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，(填“能”或“不能”)用一个量程为5.00N的弹簧测力计测量出它们的合力.(3)如图乙所示，保持左右两侧细绳间的夹角为锐角，并保持拉左侧细绳的测力计的读数不变，而使左侧细绳与竖直方向的夹角0减小，适当调整右侧弹簧测力计的拉力大小和方向，可使结点保持在。点不变，则右侧弹簧测力计的示数 .(请填入相应的字母)A.一定变大 B.一定不变 C.一定变小4.在做“验证力的平行四边形定则”实验时：(1)要使每次合力与分力产生相同的效果，必须 。A.每次将橡皮条拉到同样的位置B.两弹簧秤的夹角相同C.每次弹簧秤示数必须相同 D.只要一个弹簧秤的读数相同就行(2)下图所示，是甲乙两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果，则其中 同学实验结果比较符合实验事实.印同学 乙同学(3)在该实验中,采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差 。A.两个分力勺、F2间的夹角越大越好.两个分力FF2的大小在橡皮条的弹性限度内要适当大些C.拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一细绳方向的两个点要近些D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌子上晌相反方向拉动,检查读数是否相同E.测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行..某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图1所示，轻弹簧放置在倾斜的长木板上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接.向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能.单位:由单位:由［1.65丫1.71Tl.70T.5黄蜜打点计时器（1）实验中涉及下列操作步骤：①松手释放物块；②接通打点计时器电源；③木板一端抬高以平衡摩擦；④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量.上述步骤正确的操作顺序是 （填序号）.（2）甲同学在实验时打出的纸带结果如图2所示，请你帮助他分析，最有可能造成这种结果的原因是 .（3）乙同学在实验中打出的纸带结果如图3所示.打点计时器所用交流电的频率为50Hz，小车质量为200g，结合纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s，相应的弹簧的弹性势能为J.（结果均保留两位有效数字）单位皿殛fi?TT苟莉工莉图3某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和0、装有水总质量m二ikg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验研究两个互成角度力的合成规律，同时测出弹簧的劲度系数k.其操作如下：a.将弹簧P上端固定，让其自然下垂，用刻度尺测出此时弹簧P的长度L=12.50cm；0b.将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度£1,如图甲所示，则l=cm；c.在细绳和弹簧0的挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢的拉起弹簧0，使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°,测出弹簧0的长度为L2及其轴线与竖直方向夹角为0,如图乙所示；(1)取重力加速度g=10m/s2,则弹簧P的劲度系数k二 ;(2)若要研究两个互成角度力的合成规律,£2和0需满足的条件是L=cm，0=.27.某实验小组欲验证力的平行四边形定则。实验步骤如下：甲 乙 再①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向；②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧秤的示数为某一设定值,将橡皮筋两端的位置标记为。1、O2,记录弹簧秤的示数尸，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤的示数改变1.00N,测出对应的l,部分数据如下表所示：F/N01.002.003.004.005.006.007.001/cm1011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.00③找出步骤②中F=7.00N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、0（橡皮筋上端为O,下端为09,此时橡皮筋的拉力记为F00’；④在秤钩上涂抹少许润滑油将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示，用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端到达O点，将两笔尖的位置标记为/、b橡皮筋OA段的拉力记为F。,0OB段的拉力记为0AF；0B；⑤根据给出的标度，作出F0A,和F0B的合力F，如图丙所示。（1）利用表中数据可得10=cm。（2）若测得OA=7.50cm,OB=7.50cm，贝F0A的大小为N。（3）通过比较F与的大小和方向，即可得出实验结论。8.某同学用如图甲所示的装置研究合力与分力之间是否遵从平行四边形定贝，实验步骤如下：甲 乙（1）用图钉把白纸固定在水平的木板上，将橡皮条的一端固定在板上某点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。（2）用两个弹簧秤分别拉住两个细绳套，互成角度地施加水平拉力，把橡条与绳套的结点拉到某一位置。，用铅笔在白纸上描下此位置，记录图中f为 N。2（3）用一个弹簧秤拉橡皮条，把橡皮条与绳套的结点拉到—位置，记录弹簧秤拉力F的大小和方向。（4）如图乙，在白纸上已作出F的图示及F的方向，根据图中标度作出F22的图示。⑸以OF，OF为邻边画平行四边形，作出所夹对角线F，比较F和F，12如果满足，就可说明合力与分力之间遵从平行四边形定则。9.2020年12月8日，中尼两国共同宣布了珠穆朗玛峰的最新高度为海拔8848.86米，此次珠峰高度测量实现了北斗卫星导航系统首次应用、首次实测珠峰峰顶重力值等多项第一。同时，雪深探测雷达、重力仪、超长距离测距仪等一大批国产现代测量设备纷纷亮相。重力仪的内部包含了由弹簧组成的静力平衡系统。为测量某弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实验装置如下图（1）图（2）所示，角度传感器与可转动"T”形螺杆相连，“T”形螺杆上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定的套杆（图2中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一端与铁架台底座的固定点相连。当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时，力传感器会随着“T”形螺杆旋转而上下平移，弹簧长度也随之发生变化。

（1）已知"T”形螺杆的螺纹间距d=4.0xI0,3m，当其旋转300°时，力传感器在竖直方向移动m.（结果保置2位有效数字）（2）该探究小组操作步骤如下①旋转螺杆使初状态弹簧长度大于原长。②记录初状态力传感器示数尸以及角度传感器示数0。00③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数心1其增加值"二F_F；角度传感器示数0，其增加值A0=0_0。110 1 110④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中记录多组AF、A0值：序号AF（单位：N）A0（单位：°）10.121499.720.247999.930.3731500.540.4982000.2

50.6232500.660.7473000.3下图已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线。;结合图线算出弹簧的劲度系数k二Nm。（结果保留2位有效数字）10.实验室中有5根一模一样的弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号挂1个钩码，3号挂2个钩码，依此类推，钩码均相同。计算结果保留3位有效数字。（1）为了更直观地呈现出弹力大小b与伸长量Ax的关系，小明以1号弹簧末端指针中点为原点，做出竖直的y轴及水平的x轴，其中y轴代表,x轴代表（选填“n’或“△x”）。甲乙8丙甲乙8丙（2（2）的100cm刻度刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为 cm。(3)小明更换质量已知的钩码重新进行实验，根据测量的数据做出F-Ax图像，如图丙，则这些弹簧的劲度系数为 N/m。本实验能够很直观的呈现出弹力与伸长量的关系，但也存在不足，例如参考答案1.答案：(1)竖直(2)4;50 (3)10解析：(1)悬挂重物后,弹簧沿竖直方向伸长,要测量弹簧沿竖直方向上的伸长量,刻度尺要保持竖直状态。⑵如果以弹簧长度X为横坐标，弹力大小方为纵坐标，作出尸…图像,那么图像与横轴的截距表示弹簧的原长,图像的斜率表示弹簧的劲度系数,所以根据图像可知,该弹簧的原长X=4cm，劲度系数k二竺二50N/m0 Ax⑶弹簧测力计的示数表示弹力的大小抑f二3N，所以该弹簧的长度为Fx=X+—=10cm0k.答案：(1)m;3m;(2)不必;不会解析：(1)若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则两绳子的拉力分别为mg、2mg，两绳子的拉力的合力尸的范围是|2mg-mg|工F工mg+2mg，即mgGFV3mg，三力的合力为零，则第三根绳挂的钩码质量在m~3m之间，即第三根绳挂的钩码质量一定大于以且小于3m.(2)本实验不是先用一根绳拉结点,然后用两根绳去拉结点,使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉0点，所以0点的位置可以改变,若桌面不水平,也不会影响实验的结论..答案：(1)D(2)不能(3)C解析：(1)为了方便且更加准确地确定力的方向，操作时可以使绳细一些且适当长一些，故A正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，故B正确；橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置0时，拉力要适当大些，以减小读数误差，故C正确；两个拉力的夹角过大，合力会过小，量取理论值时相对误差大，故D错误；测量前应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相同，应选示数相同的一对弹簧测力计，故E正确；本实验应用的是等效替代法，所以在实验中用一个弹簧测力计拉橡皮条时，需将结点拉到同一位置。，故F正确.（2）两力均为4凡且相互垂直，则其合力大小为4.2N〉5N，合力超过了弹簧测力计的量程5.00N，故该弹簧测力计无法测出它们的合力大小.（3）结点保持在。点不变说明左侧弹簧测力计和右侧弹簧测力计的拉力的合力不变，左侧测力计的示数不变说明左侧细绳中的拉力大小不变，在左侧细绳与竖直方向的夹角9减小时，由图分析可知右侧弹簧测力计的示数一定减小，故C正确.1F.答案：（1）A（2）甲（3）BDE.答案：（1）③④②①（2）平衡摩擦力不够（3）0.78;0.061解析：（1）题述步骤正确的操作顺序是③④②①.（2）由题图2知，纸带上相同时间内物块通过的位移先增大后减小，则物块先加速后减速，造成这种结果的原因是平衡摩擦力不够.（3）物块脱离弹簧后做匀速直线运动，纸带上的点分布均匀，由题图3得，物块脱离弹簧时的速度为V二四二L56X10-2m/s=078m/s；由能量守恒定律知，弹簧的弹性势能为V \J.t0.0211E=—mv2=x0.2x0.782J=0.061J.p2 2.答案：17.50；200N/m；17.50；60°.答案：(1)10.00(2)5.00(3)FOO'(1)根据表格数据可知，力F为零时，即为1，可得1=10.00cm。00(2)根据表格数据可知橡皮筋的劲度系数k=100N/m,根据OA、OB的长度可