2025年高考复习二轮专题突破（八）“力与运动”实验专练（解析版）

专题解析：（八）“力与运动”实验专练1．用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(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)解析：(1)第1s内的位移为507m，第2s内的位移为587m，第3s内的位移为665m，第4s内的位移为746m，第5s内的位移为824m，第6s内的位移为904m，则相邻1s内的位移之差接近80m，可知飞行器在这段时间内做匀加速运动；(2)当x＝507m时飞行器的速度等于0～2s的平均速度，则v1＝eq\f(1094,2)m/s＝547m/s；(3)根据a＝eq\f(x36－x03,9T2)＝eq\f(4233－2×1759,9×12)m/s2≈79m/s2。答案：(1)相邻1s内的位移之差接近80m(2)547(3)792．某实验小组用如图(a)所示的实验装置校对流量计。盛水容器上端开口，下端有横截面一定的细管(厚度可忽略)与流量计相连(流量计可测得每秒流出液体的体积)。打开开关让水沿水平方向喷出，为保证流速恒定，实验时不断给容器加水保持液面稳定，已知当地的重力加速度为g。请完善如下实验步骤：(1)安装器材前用螺旋测微器测量细管的直径如图(b)所示，其直径为d＝__________mm；(2)按图(a)安装好实验器材，测定喷口到地面的竖直距离y，再打开开关让水喷出；(3)待水流运动稳定后，读出流量计读数，测量______________，计算水喷出时的初速度；(4)测得水喷出时初速度为v，则液体的流量表达式Q＝__________，代入具体数值可计算出实际流量。(5)将实际流量值与读数值比较，进行流量计校对。解析：(1)直径为d＝6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm。(3)待水流运动稳定后，读出流量计读数，测量液体的水平射程x，计算水喷出时的初速度。(4)液体的流量表达式Q＝Sv＝eq\f(1,4)πd2v。答案：(1)6.860(3)液体的水平射程x(4)eq\f(1,4)πd2v3.某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。(1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要____(选填“天平”或“刻度尺”)；(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示，编号1遮光带2透光带3遮光带…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝________m/s；(结果保留2位有效数字)(3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔分别为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝________(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)实验中，我们不需要测质量，但需要测遮光带和透光带的宽度，故需要刻度尺；(2)根据平均速度定义得v3＝eq\f(d,Δt3)＝eq\f(0.045m,0.03s)＝1.5m/s；(3)可以考虑匀变速直线运动中平均速度为中间时刻速度，分别求出相邻两个遮光带(透光带)中间时刻速度后，根据加速度定义式表示g，即g＝eq\f(\f(d,Δt2)－\f(d,Δt1),\f(Δt1＋Δt2,2))，整理可得g＝eq\f(2dΔt1－Δt2,Δt1Δt2Δt1＋Δt2)；(4)空气阻力的影响或光栅板不沿竖直方向。答案：(1)刻度尺(2)1.5(3)eq\f(2dΔt1－Δt2,Δt1Δt2Δt1＋Δt2)(4)见解析4．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(a)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(b)所示。回答以下问题(结果均保留2位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为________N/m。(2)该同学从图(b)中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图像如图(c)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(c)中画出新的a-F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。解析：(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。结合题图(b)的F-t图有Δx＝5.00cm，F＝0.610N根据胡克定律k＝eq\f(F,Δx)，计算出k≈12N/m。(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，根据题图(c)中Ⅰ，则有eq\f(1,m)＝eq\f(3－0,0.6)kg－1＝5kg－1则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20kg。(3)滑块上增加待测物体，同理，根据图(c)中Ⅱ，则有eq\f(1,m′)＝eq\f(1.5－0,0.5)kg－1＝3kg－1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Δm＝m′－m＝0.13kg。答案：(1)12(2)0.20(3)0.135．为探究小碟子与餐桌上水平转盘间的动摩擦因数，一同学设计了这样的实验：如图所示，转盘可绕过圆心O的竖直轴水平转动，将转盘上的一点标记为P，在该点放上小碟子，测得P与O的距离为r，重力加速度为g。a．让转盘开始转动并缓慢增大到转速为n1，这一过程中碟子与转盘总相对静止；b．让转盘突然停止转动，碟子在转盘上滑行一段距离后停在Q(图中未画出)点，测出P、Q两点间的距离为x1；c．改变转盘的转速n，重复a、b步骤得到多组x的值，根据数据作出x-n2图像，求出该图线的斜率为k。完成下列填空：(1)当转盘的转速为n1时，碟子速度的大小为______(用物理量的符号表示)；(2)转盘突然停止转动时，碟子相对转盘速度的方向为________(填选项前字母)；A．沿OP方向 B．沿PO方向C．沿与OP垂直的方向(3)碟子与转盘间的动摩擦因数为________(用物理量的符号表示)。解析：(1)当转盘的转速为n1时，碟子速度的大小为v＝ωr＝2πn1r；(2)转盘突然停止转动时，碟子相对转盘速度的方向为轨迹的切线方向，即沿与OP垂直的方向，故选C。(3)由动能定理可知eq\f(1,2)mv2＝μmgx，即x＝eq\f(2π2r2,μg)n2，则k＝eq\f(2π2r2,μg)，解得μ＝eq\f(2π2r2,kg)。答案：(1)2πn1r(2)C(3)eq\f(2π2r2,kg)6．斜坡是常见的一种道路情况。小张同学用卷尺和一把弹簧枪如图(a)所示，结合自己的身高h及平抛运动知识，测量出自己家门口的一段长斜坡的高度，具体实验过程如下：(1)小张同学先找一段水平路面，将小球装入弹簧枪中；(2)用小球压缩弹簧并记录压缩后弹簧的长度，将弹簧枪贴在头顶处沿__________(选填“水平”“竖直”)方向发射，如图(b)所示，然后测量出小球落地点到发射点的水平距离x；(3)改变并记录弹簧枪内弹簧的长度，重复步骤(2)多测几组x；(4)小张同学走上斜坡，先用卷尺测量出斜坡的长度L，然后用小球压缩弹簧到(2)、(3)步骤中对应长度，再将弹簧枪贴在路面上沿(2)、(3)步骤中相同方向发射，如图(c)所示，然后测量出相应的小球落地点到发射点沿斜坡的距离x0；(5)用测得的x、x0绘制如图(d)的图像，其纵坐标应选择__________(选填“x”“x2”或“x3”)；(6)找出图线的斜率为k，求出斜坡倾角θ的正弦值sinθ＝__________(用h和k表示)；(7)则斜坡的高度为H＝Lsinθ。解析：(2)用小球压缩弹簧并记录压缩后弹簧的长度，将弹簧枪贴在头顶处沿水平方向发射，从而通过平抛运动规律获得v和x之间的关系。(5)根据平抛运动规律可得v＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,2h))，tanθ＝eq\f(\f(1,2)gt′2,vt′)＝eq\f(gt′,2v)，sinθ＝eq\f(\f(1,2)gt′2,x0)，联立解得x2＝eq\f(1－sin2θ,sinθ)hx0，可知用测得的x、x0绘制如题图(d)的图像，其纵坐标应选择x2。(6)由题意并根据(5)分析可知k＝eq\f(1－sin2θ,sinθ)h解得sinθ＝eq\f(\r(k2＋4h2)－k,2h)(另一解小于0，舍去)。答案：(2)水平(5)x2(6)eq\f(\r(k2＋4h2)－k,2h)7．已知物体受到流体的阻力与其速度有关，物体运动速度越大，阻力也越大。某兴趣小组希望通过研究气球运动得到气球受空气阻力f与其运动速度v的定量关系。他们将重物悬挂于气球下方，并用天平称得总质量为m。一名同学在刻度尺的上方释放气球，另一名同学用手机在刻度尺前拍摄视频，并得到分帧照片。如图(a)为照片错开相等距离叠加而成。已知相邻两帧照片之间的时间间隔为T，气球体积为V，空气密度为ρ，重力加速度为g，请回答以下问题：(1)气球做哪种运动：____________________________________________________________；(2)为尽量精确得出f与v的关系，需要选择哪段过程进行研究________(用刻度尺上相应位置表示)；此时气球受空气阻力大小f＝________，运动速度大小v＝________；(3)如图(b)为该兴趣小组换用不同质量的重物重复多次实验得出的关系图像，由此可知气球受空气阻力大小f与其运动速度大小v的关系是________。解析：(1)由题图(a)可