第12讲力学实验（原卷版）

第12讲力学实验【选考真题】（2022•浙江）（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为m/s2（保留两位有效数字）。②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是（多选）。A．换成质量更小的小车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角（2）“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中，①下列说法正确的是（单选）；A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要（选填“2”、“3”或“4”）次把橡皮条结点拉到O点。（2022•浙江）在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标（x0，y0）。（1）下列说法正确的是。A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据（2）根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝。A.2ghB.2gy0C.x0g（3）在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是。（2022•浙江）“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B，给小车A一定速度去碰撞静止的小车B，小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。（1）实验应进行的操作有。A．测量滑轨的长度B．测量小车的长度和高度C．碰撞前将滑轨调成水平（2）下表是某次实验时测得的数据：A的质量/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后A的速度大小/（m•s﹣1）碰撞后B的速度大小/（m•s﹣1）0.2000.3001.0100.2000.800由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是kg•m/s。（结果保留3位有效数字）【方法指导】一、测量速度的工具、方法方法仪器器材方法说明、应用举例纸带法交流电源、打点计时器、刻度尺测出计数点间距，由打出某点前、后两点时间内的平均速度替代打出该点时的速度光电门法光电门、螺旋测微器或游标卡尺由于挡光片的宽度很小，瞬时速度v＝eq\f(d,Δt)(d表示滑块上挡光片的宽度，Δt表示挡光片的挡光时间)利用平抛运动法竖直平面内末端水平的倾斜或弧形轨道、刻度尺(1)测出物体离开轨道末端后平抛运动的高度与射程，由平抛运动规律计算初速度(2)验证动量守恒定律、探究弹性势能等弹簧、刻度尺、天平利用圆周运动法竖直平面内的圆弧轨道(或细线牵引的圆周运动)、力传感器、天平等(1)由机械能守恒定律或动能定理计算最低点的速度(2)力传感器测出物体经过轨道最低点时对轨道的压力，由牛顿运动定律计算物体经过最低点时的速度(3)验证机械能守恒定律、探究向心力等二、测定重力加速度的几种常见方案利用落体测重力加速度(忽略阻力)运动组合物体系统打点计时器计时，利用逐差法测定g，也可以利用图象法求g光电门计时，原理为v2－veq\o\al(2,0)＝2gx(也可以利用频闪照片)滴水法计时，原理为h＝eq\f(gt2,2)，可以利用图象求g匀速圆周运动计时，Δx＝gT2(也可以测量转速)eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh再创新：可以验证牛顿运动定律、机械能守恒定律三、实验的创新与设计应注意的几点1.加强对实验思想方法(如模拟法、转换法、放大法、替代法等)的归纳，这样在新的实验情景下，才能设计合理的实验方案。2.克服思维定式的影响，加强对已掌握的实验原理的理解和仪器的正确使用方法的训练，才能在新情境下进行迁移利用。【例题精析】考点一基本仪器的使用、误差有效数字某同学用如图1所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先使F靠近小球，再转动（填仪器部件字母符号，下同）使F夹住小球，直至听到棘轮发出“嗒嗒”声音为止，拨动使F固定后读数。正确操作后，螺旋测微器的示数如图2所示，则小球的直径是mm。（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧所示的部件（选填“A”“B”“C”或“D”）。从图中的示数可读出金属丝的直径为mm。（2）某同学测定一金属杆的直径，示数如图所示，则该金属杆的直径为mm。在“探究单摆周期与摆长的关系”实验时，①下列用游标卡尺测小球直径的操作最合理的是。②游标卡尺示数如图所示，则该摆球的直径d＝mm。考点二通过测量“速度”进行探究、验证的实验在“用打点计时器测速度”实验中（1）如图1所示的打点计时器是（填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”）工作时使用（填“交流220V”或“交流6V”）电源；（2）如图2所示的纸带中（填“AC”、“AD”或“AE”）两点间的平均速度最接近B点的瞬时速度；（3）当打点计时器的电源频率低于50Hz时，如果仍按50Hz来计算，则测得的速度将比真实值（填“偏大”或“偏小”）。在小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条如图所示的纸带。已知实验中打点计时器的打点周期为0.02s，图中的点为计数点，每两个相邻的计数点间还有4个点没有画出，由此得D点的速度为vD＝m/s小车加速度的大小a＝m/s2（保留三位有效数字）。考点三通过测量“力”进行探究、验证的实验某兴趣小组用铁架台、弹簧、多个钩码做探究弹簧弹力和伸长量关系的实验，如图所示。先测出不挂钩码时弹簧的长度L0＝10.20cm，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L，再算出弹簧伸长的长度x，并将数据填在下面的表格中。（1）表格中第4次弹簧伸长量为cm。测量次序123456弹簧弹力F/N0.51.01.52.02.53.0弹簧的长度L/cm12.4514.7516.9519.2021.4523.75弹簧伸长最x/cm2.254.556.75′11.2513.55（2）请在方格纸上描出第4组数据对应的点并作出F﹣x图像。（3）根据所作图像求弹簧的劲度系数k＝N/m。（结果保留1位小数）晓宇同学为了探究物块与长木板之间的动摩擦因数，设计了如图甲所示的实验，实验步骤如下：①将长木板的左端适当垫高，将轻弹簧的一端固定在长木板上方的垂直挡板处；②用物块将轻弹簧压缩到长木板上的A位置并由静止释放，物块在运动到长木板底端前与轻弹簧分离；③物块由水平桌面的边缘B离开桌面，最终落在水平地面上，测出物块的落地点到桌面边缘B点的水平距离x；④改变物块的质量，重复步骤②③；⑤记录每次操作时物块的质量m和相对应的x，以x2为纵轴、1m请回答下列问题（重力加速度用g表示，物块与水平桌面间的摩擦以及物块经衔接处的能量损失可忽略不计）：（1）为了测量出物块与长木板之间的动摩擦因数，除了测量m、x外，还需要测量的量有。A．轻弹簧的自然长度L0B．A位置到长木板底端的距离LC．B到地面的垂直距离HD．长木板的倾角α（2）由图乙分析可知物块在A位置时，轻弹簧所储存的弹性势能应为，物块与长木板之间的动摩擦因数应为（结果用已知量和测量量的符号表示）。某同学想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数。如图甲所示，表面粗糙、一端装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上；木板上有一滑块，滑块右端固定一个轻小动滑轮，钩码和拉力传感器通过绕在滑轮上的轻细绳相连，细绳与长木板平行，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动（忽略滑轮的摩擦）。①实验开始前打点计时器应接在（填“交流电源”或“直流电源”）上。②如图乙为某次实验得到的纸带，s1、s2是纸带中两段相邻计数点间的距离，相邻计数点时间为T，由此可求得小车的加速度大小为（用s1、s2、T表示）。③改变钩码的个数，得到不同的拉力传感器示数F（N）和滑块加速度a（m/s2），重复实验。以F为纵轴，a为横轴，得到的图象是纵轴截距大小等于b倾角为θ的一条斜直线，如图丙所示，则滑块和轻小动滑轮的总质量为kg；滑块和长木板之间的动摩擦因数μ＝。（设重力加速度为g）考点四通过“平抛运动”进行研究、验证的实验用如图1所示装置研究平地运动，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢现落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下面的做法可以减小实验误差的有。A．使用密度小、体积大的球B．实验时让小球每次都从同一高度由静止开始滚下C．使斜槽末端的切线保持水平D．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系：a.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的对应白纸上的位置即为原点。b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则y1y213（1）在“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球平抛运动的初速度，采用如图甲所示的实验装置。实验操作的主要步骤如下：a．将坐标纸用图钉固定在木板上，并将木板竖直固定；b．将斜槽安装在木板左端，调节斜槽末端轨道水平，同时将重锤线挂在水平轨道边缘；c．在斜槽上端一固定位置静止释放小球，同时记录抛出点位置O，记录重锤线方向；d．小球从O点飞出后，撞到与木板平面垂直的竖直挡条上。小球撞击挡条时，会在挡条上留下一个痕迹点。用铅笔将痕迹点的投影点记录在坐标纸上；e．向右移动竖直挡条，从斜槽上相同的位置无初速度释放小球，小球撞击挡条后，再次将挡条上痕迹点的投影点记录在坐标纸上，重复以上操作；f．取下白纸，描绘平抛运动轨迹，研究轨迹的性质，求出小球平抛运动的初速度大小。①实验过程中，要建立直角坐标系。在下图中，坐标原点选择正确的是。A.B.C.D.②关于这个实验，下列说法正确的是。A．斜槽的末端一定要水平B．一定要使用秒表来测量平抛运动的时间C．竖直挡条每次向右移动距离一定要相等D．一定要记录抛出点的位置，才能求出小球的初速度③某同学在实验中，只记下斜槽末端悬挂重锤线的方向，根据实验描绘出一段轨迹。如图乙所示，选取A、B、C三点，测得三点离重锤线的距离分别为x1＝21.5cm、x2＝35.5cm、x3＝49.5cm，并测得AB两点间的高度差hAB＝20.0cm、BC两点间的高度差hBC＝30.0cm，则小球平抛的初速度v0＝m/s，小球的半径R＝cm。（2）某同学用单摆测量重力加速度。改变摆长，并多次测量周期和摆长的大小。仅由于摆长测量的误差，得到周期的平方与摆长的关系如图丙所示。下列说法正确的是。A．图线不过原点的原因可能是仅记录摆线的长度作为摆长B．图线不过原点的原因可能是将摆线的长度加上小球的直径作为摆长C．由图象所得的重力加速度一定小于重力加速度的真实值D．由图象所得的重力加速度一定大于重力加速度的真实值在“研究小球平抛运动”的实验中（1）如图甲所示的演示实验中，下面选项中说法正确和必要的是（单选）；A．要用眼睛看两球是否同时落地B．调整A、B两球释放的高度，再次观察两球是否同时落地C．如果A、B两球同时落地，说明A球运动规律可以看成竖直方向做自由落体运动，水平方向匀速运动D．该实验能说明平抛运动的轨迹是一条抛物线（2）小李设计了如下图乙的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直面内，末端水平，滑道2与光滑水平板衔接，把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止同时释放，观察到两球在水平面相遇，这说明。（3）为了进一步研究平抛运动，小军用如图丙所示的装置实验．实验操作是：让小球多次沿同一轨道运动，描绘出小球平抛运动的轨迹。①为了准确地描绘出平抛运动的轨迹，下列操作正确的是（多选）；A．必须调整斜槽，使其末端水平B．小球运动时挡板及白纸应保持竖直C．每次必须从斜槽上同一位置由静止释放小球D．斜槽末端必须是光滑的，以消除摩擦力的影响②描出小球平抛运动的轨迹如图丙所示，O为抛出点，A、B为轨迹上的两点，OA、AB竖直方向高度分别为y1、y2，按照自由落体规律，若y1：y2＝，则OA、AB段时间间隔相等；在误差允许的范围内，若x1：x2＝，则可进一步说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。考点五力学创新实验在“探究加速度与力、质量关系的实验”中。（1）在图1中轨道上的安装的水平仪，在平衡小车受到的阻力时，能不能用于判断阻力是否平衡？（填“能”或“不能”）；当水平仪的气泡处于图示位置时，假设要调节a端螺母，则应使a端螺母（填“升高”或“降低”）；（2）图为实验中打出的纸带，图2中相邻计数点间还有4个点未画出，则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为m/s；（保留两位有效数字）（3）根据实验测得的数据得到加速度与力的关系如图3中实线所示，虚线为过原点的倾斜直线。为减小实验误差，细线下端所挂重物的质量不超过。（填字母）A.10gB.25gC.40gD.50g（1）在“探究加速度与力、质量关系的实验”中。①在图1中轨道上的安装的水平仪，在平衡小车受到的阻力时，能不能用于判断阻力是否平衡？（填“能”或“不能”）；当水平仪的气泡处于图示位置时，假设要调节a端螺母，则应使a端螺母（填“升高”或“降低”）。②图2为实验中打出的纸带，图中相邻计数点间还有4个点未画出，则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为m/s。（保留两位有效数字）③根据实验测得的数据得到加速度与力的关系如图3中实线所示，虚线为过原点的倾斜直线。为减小实验误差，细线下端所挂重物的质量不超过。（填字母）A.10gB.25gC.40gD.50g（2）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，用拨杆拨动（填“单缝”或“双缝”）来调节单缝与双缝平行；某同学的拨杆安装如图所示，则在左右拨动拨杆的过程中（填“能”或“不能”）有效调节单缝与双缝平行。【强化专练】如图所示，A、B两物块系在一条跨过定滑轮的绳子两端，孙同学要利用此装置验证机械能守恒定律。①为提高实验结果的准确度，李同学给出了以下建议：A．绳的质量要轻B．轮轴尽量光滑C．保证两物块在同一高度处释放D．两个物块的质量之差要尽可能小你认为以上建议中确实对提高实验结果的准确度有作用的是（多选）；②你认为滑轮质量是否会影响实验结果的准确度（选填“会”或“不会”）。赵同学用如图甲所示的装置做“探究加速度与力的关系”实验。正确补偿阻力后，挂上装有砂的砂桶，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器所使用的交流电频率为50Hz，则小车的加速度为m/s2（保留两位有效数字），由此可判断砂桶质量（选填“满足”或“不满足”）本实验要求。钱同学仍用图甲装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验。重新调整实验装置后，获取了一条新的纸带，利用实验数据绘制成如图丙所示的“v﹣t”图像，发现其图线末端发生了弯曲，以下四个操作中，你认为最可能是（单选）。A．实验前没有补偿阻力B．实验前补偿阻力时板垫起的太高C．砂桶质量不满足实验要求D．没有调节好定滑轮的高度在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：①实验室准备了以下实验器材；一端带有定滑轮的长木板、小车、电磁打点计时器、复写纸、纸带、带细线的小盘。还需要选用的器材为图甲中的（填器材所对应的字母）；②在本实验中，下列操作有利于减小实验误差的是。A．把长木板一端垫高以平衡摩擦力B．调整滑轮高度，使得拴小车的细线保持水平C．实际操作时，先接通计时器电源，再释放小车D．用图像研究a﹣F的关系时，应多打几条纸带，使秒的点足够多E．砝码盘及砝码总质量可增至小车和车上砝码总质量的一半③如图乙所示是实验时打出的一条纸带，A、B、C、D、……为每隔4个点取的计数点，据此纸带可知打出该纸带时的小车加速度为m/s2（保留两位有效数字，电源频率为50Hz）。用如图甲所示装置来做《探究加速度与力、质量的关系》的实验时。（1）下列说法中正确的是。A．连接沙桶和小车的细绳应与长木板保持平行B．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D．平衡摩擦力时，将空的沙桶用细绳通过定滑轮拴在小车上（2）本实验中把沙和沙桶的总重量当作小车受到的拉力，当测得某一次小车连同车上的重物的总质量M＝450g时，则图乙的物体中能用来取代沙和沙桶的是。（3）实验得到如图丙所示的一条纸带，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，从0点开始每5个打印点取一个计数点，在纸带上依次标出0、1、2、3、4，五个计数点，表格中记录的是各计数点对应的刻度数值，其中计数点3的刻度数为cm。计数点01234刻度数值/cm03.037.1118.55（4）根据表格中的数据试计算出小车的加速度大小为m/s2（结果保留两位有效数字）。在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中（1）下列实验器材需要用到的是（多选）。（2）下列操作有利于减小实验误差的是（多选）。A．两个分力的夹角尽量大于150°B．拉橡皮条时，拉力要适当大些C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板D．确定拉力方向时，在细绳正下方描出的两个点要适当远些（3）某次实验时两个分力大小分别为2.00N和1.50N，夹角小于90°，若实