（新課標）2020高考物理二輪復習 專題強化訓練12 力學實驗（含解析）

專題強化訓練(十二)一、實驗題(共14個小題，110每題6分，共60分，1114每題10分共40分，滿分100分)1某同學用游標卡尺分別測量金屬圓管的內(nèi)、外直徑，游標卡尺的示數(shù)分別如圖a和圖b所示由圖可讀出，圓管內(nèi)壁的直徑為_ cm，圓管外壁的直徑為_ cm；由此可計算出金屬圓管橫截面的面積答案2.232.98解析圖a中游標卡尺的主尺讀數(shù)為22 mm，游標尺上第3個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為3×0.1 mm0.3 mm，所以最終讀數(shù)為：22 mm0.3 mm22.3 mm2.23 cm.圖b中游標卡尺的主尺讀數(shù)為29 mm，游標尺上第8個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為8×0.1 mm0.8 mm，所以最終讀數(shù)為：29 mm0.8 mm29.8 mm2.98 cm.2“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結點，OB和OC為細繩圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖(1)圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_(2)本實驗采用的科學方法是_A理想實驗法B等效替代法C控制變量法(3)本實驗中以下說法正確的是_A兩根細繩必須等長B橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上C在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行D把橡皮筋的另一端拉到O點時，兩個彈簧測力計之間夾角必須取90°答案(1)F(2)B(3)C解析(1)由圖可以看出，F(xiàn)是平行四邊形的對角線，所以F是根據(jù)平行四邊形作出的理論值，那么F就是用一彈簧測力計拉出實際值，彈簧測力計的拉力與AO的方向在同一條直線上，所以方向一定沿AO方向的是F.(2)本實驗中兩個拉力的作用效果和一個拉力的作用效果相同，采用的科學方法是等效替代法，故選B項(3)通過兩細繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條時，并非要求兩細繩等長，故A項錯誤；兩細線拉橡皮條時，只要確保拉到同一點即可，不一定橡皮條要在兩細線的夾角平分線上，故B項錯誤；實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，同時讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度，故C項正確；本實驗只要使兩次效果相同就行，兩個彈簧測力計拉力的方向沒有限制，故D項錯誤3在實驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采用如圖甲、乙兩種裝置：(1)若采用乙裝置進行實驗，以下所提供的測量工具中必需的是_A直尺 B天平C彈簧測力計 D秒表(2)設入射小球的質量為m1，被碰小球的質量為m2，則在用甲裝置實驗時(P為碰前入射小球落點的平均位置)，所得的結論為(用裝置中的字母表示)_答案(1)AB(2)m1OPm1OMm2ON解析(1)小球離開軌道后做平拋運動，由hgt2得小球做平拋運動的時間t，由于小球做平拋運動時拋出點的高度h相同，則它們在空中的運動時間t相等，驗證碰撞中的動量守恒，需要驗證：m1v1m1v1m2v2，則：m1v1tm1v1tm2v2t，得m1x1m1x1m2x2，由圖所示可知，需要驗證：m1OPm1OMm2ON，因此實驗需要測量的量有：入射小球的質量，被碰小球的質量，入射小球碰前平拋的水平位移，入射小球碰后平拋的水平位移，被碰小球碰后平拋的水平位移，測量水平位移需要用直尺，測質量需要天平，因此需要的實驗器材是A、B.(2)由(1)可知，實驗需要驗證：m1OPm1OMm2ON.4利用氣墊導軌研究物體運動規(guī)律，求物體運動加速度，實驗裝置如圖a所示，主要的實驗步驟：(1)滑塊放置在氣墊導軌0刻度可讀出，在拉力作用下由靜止開始加速運動，測量滑塊經(jīng)過兩光電門的時間t，測量光電門之間的距離s；(2)只移動光電門1，改變s，多次實驗，數(shù)據(jù)記錄如下；實驗次數(shù)123456s/m1.2001.0000.8000.6000.400t/s1.030.720.540.410.290.18/(m·s1)1.671.851.952.072.2(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算、描點，在圖b中作出t圖根據(jù)數(shù)據(jù)分析，回答下列問題：導軌標尺的最小分度為_ cm，讀出如圖所示兩光電門之間的距離s1，并計算_ m/s，假設圖線的斜率為k，縱坐標截距為b，則滑塊運動的加速度為_ m/s2，作出圖象，求出本次測量的加速度大小為_ m/s2.答案11.362k2.29解析由圖可知，標尺的最小分度為1 cm，如圖所示兩光電門之間的距離s1140 cm1.40 m；因為t11.03 s，那么 m/s1.36 m/s，依據(jù)運動學公式sat2，則有at，因假設圖線的斜率為k，縱坐標截距為b，則滑塊運動的加速度為a2k，根據(jù)點然后平滑連線，如圖所示：由圖可知，a2× m/s22.29 m/s2；因此測量的加速度大小為2.29 m/s2.5如圖甲所示是某同學驗證動能定理的實驗裝置其步驟如下：a易拉罐內(nèi)盛上適量細沙，用輕繩通過滑輪連接在小車上，接紙帶，合理調(diào)整木板傾角，使小車沿木板勻速下滑b取下輕繩和易拉罐，測出易拉罐和細沙的質量m及小車質量M.c取下細繩和易拉罐后，換一條紙帶，讓小車由靜止釋放，打出的紙帶如圖乙(中間部分未畫出)O為打下的第一點已知打點計時器的打點頻率為f，重力加速度為g.步驟c中小車受到的合力為_為驗證從OC過程中小車受到的合力做功與小車動能變化的關系，測出BD間的距離為x0，OC間距離為x1，則C點的速度為_需要驗證的關系式為_(用所測物理最的符號表示)答案(1)mg(2)mgx1解析小車勻速下滑時受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力為零；撤去拉力后，其余力不變，故合力等于撤去的拉力；勻變速直線運動的平均速度等于中間時刻瞬時速度，故vC，動能增量為：MvC2，合力做的功為：mgx1.6圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源，打點的時間間隔用t表示在小車質量未知的情況下，某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質量間的關系”(1)完成下列實驗步驟中的填空：平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列_的點按住小車，在小吊盤中放入適當質量的物塊，在小車中放入砝碼打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標出小車中砝碼的質量m.按住小車，改變小車中砝碼的質量，重復步驟.在每條紙帶上清晰的部分，設5個間隔標注一個計數(shù)點測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，.求出與不同m相對應的加速度a.以砝碼的質量m為橫坐標為縱坐標，在坐標紙上做出m關系圖線若加速度與小車和砝碼的總質量成反比，則與m處應成_關系(填“線性”或“非線性”)(2)完成下列填空：本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是_設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2、s3.a可用s1、s3和t表示為a_圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1_ mm，s3_ mm.由此求得加速度的大小a_ m/s2.圖3為所得實驗圖線的示意圖設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為_，小車的質量為_答案(1)等間距線性(2)小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小于小車和砝碼的總質量24.047.01.125解析(1)在平衡摩擦力時，小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列等間距的點，則此時說明小車做勻速運動；由牛頓第二定律：Fma可知：·m，在F一定時，與m成正比，故與m成線性關系(2)探究牛頓第二定律實驗時，當小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小于小車和車中砝碼的總質量時，可以近似認為小車受到的拉力等于小吊盤和盤中物塊受到的重力，認為小車受到的拉力不變由勻變速直線運動的推論xat2可知加速度為：a；由圖示刻度尺可知：s1(3.651.25) cm2.40 cm24.0 mm，s3(12.007.30) cm4.70 cm47.0 mm，由圖示紙帶可知：t0.02×5 s0.1 s，加速度為：a m/s21.125 m/s.設小車質量為M，由牛頓第二定律得：F(Mm)a則m.由圖3圖象可知：k，則小車受到的拉力F為；b，將F代入，解得小車的質量M為.7用圖甲的裝置測量木塊與水平木板間的動摩擦因數(shù)時，所用木塊的質量與重物的質量相等若測得木塊的加速度為a，g表示重力加速度，則：(1)動摩擦因數(shù)的表達式為_(用題中物理量的符號表示)實驗中得到一條紙帶如圖乙所示AE為5個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間有4個點未畫出，各計數(shù)點距離如圖已知打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，可求得：(計算結果保留三位有效數(shù)字)(2)打下D點時木塊的速度為vD_ m/s；(3)運動過程中木塊的加速度為a_ m/s2.答案(1)1(2)0.975(3)3.15解析(1)設木塊質量和重物質量均為m，對重物據(jù)牛頓第二定律：mgTma，對木塊有Tmgma，聯(lián)立解得：1；(2)紙帶上某點的瞬時速度等于該點前后相鄰兩個點間的平均速度，故vDCE m/s0.975 m/s；根據(jù)位移差公式xaT2得：加速度a m/s23.15 m/s2.8某實驗小組采用了如圖甲所示的實驗裝置通過打點計時器所打出的紙帶和力的傳感器的示數(shù)來研究加速度和力的關系本實驗已經(jīng)平衡了摩擦力，輕滑輪的摩擦不計，用M表示小車的質量，用m表示砂桶和砂子的總質量(1)實驗中，一定要進行的操作是_A用天平測出m的大小B小車靠近打點計時器，先接通電源后釋放小車C改變砂桶中砂子的質量，打出幾條紙帶D為減小誤差，要保證m遠小于M(2)以力傳感器的示數(shù)F為橫坐標，通過紙帶計算出的加速度為縱坐標，畫出的aF圖象如圖乙所示，則可求出小車的質量M_ kg.答案(1)BC(2)0.25解析(1)本題中拉力可以由力傳感器測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質量，也就不需要使小桶(包括砂)的質量遠小于車的總質量，故A、D兩項錯誤；打點計時器運用時，都是先接通電源，故B項正確；改變砂和砂桶質量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關系，故C項正確故選B、C兩項(2)對aF圖來說，圖象的斜率表示小車質量的倒數(shù)，此題，力傳感器的示數(shù)為：FF合故小車質量為：m kg0.25 kg.9利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌，導軌上有一裝有長方形擋光片的滑塊，總質量為M，滑塊左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩和一質量為m的小球相連導軌上的B點有一光電門，可以測量擋光片經(jīng)過光電門的時間t.實驗時滑塊由A處靜止釋放，用L表示A、B兩點間的距離，d表示擋光片的寬度(1)某次實驗導軌的傾角為，設重力加速度為g，則滑塊從A點到通過B點時m和M組成的系統(tǒng)的動能增加量Ek_，系統(tǒng)的重力勢能減少量Ep_，在誤差允許的范圍內(nèi)，若EkEp，則可認為系統(tǒng)的機械能守恒(2)設滑塊經(jīng)過B點的速度為v，某同學通過改變A、B間的距離L，測得傾角37°時滑塊的v2L的關系如圖乙所示，并測得M0.5m，則重力加速度g_ m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)mgLMgLsin(2)9.6解析(1)由題意，滑塊經(jīng)過點B時速度為：vB，故系統(tǒng)的動能增加量為：Ek(mM)；系統(tǒng)的重力勢能減少量為：EpmgLMgLsin.(2)m和M組成的系統(tǒng)機械能守恒，有：mgLMgLsin(mM)v2，整理得：v2L，結合圖象可得：，得：g9.6 m/s2.10橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)，彈力F與伸長量x成正比，即Fkx，k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關，理論與實踐都表明k，其中Y是一個由材料決定的常數(shù)，材料力學上稱之為楊氏模量(1)在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應該是_AN BmCN/m DN/m2(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應用如圖甲所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y.首先利用刻度尺測出橡皮筋未受拉力時的長度L，然后用螺旋測微器測出橡皮筋的直徑d，如圖乙所示，則d_ mm.(3)作出橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的關系圖象，該圖象為一條傾斜的直線，其斜率為k0，則該橡皮筋的楊氏模量Y_(用k0、d、L表示)答案(1)D(2)5.695(3)解析(1)根據(jù)表達式kY得：Y，已知k的單位是N/m，L的單位m，S的單位是m2，所以Y的單位是N/m2，故D項正確，A、B、C三項錯誤故選D項(2)螺旋測微器固定部分讀數(shù)為5.5 mm，轉動部分讀數(shù)為19.5，故讀數(shù)為：5.5 mm19.5×0.01 mm5.695 mm.(3)根據(jù)Fk(ll0)可知，圖象的斜率大小等于勁度系數(shù)大小，根據(jù)kY可知Y；其中橫截面積：S解得：Y.11如下圖，把兩個大小相同、質量不等的金屬球a、b用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，置于水平桌面上，兩球到桌邊距離相等燒斷細線，觀察兩球的運動情況，進行必要的測量，可以驗證兩球相互作用過程中動量是否守恒(1)本實驗必須測量的物理量是_A桌面到水平地面的高度HB小球a、b的質量ma、mbC小球a、b的半徑rD小球a、b離開桌面后空中飛行的時間tE記錄紙上O1點到a球落地點A的距離O1A，O2點到b球落地點B的距離O2B(2)用測得的物理量驗證動量守恒的關系式是_(3)事實證明，空氣阻力對球的運動影響可以忽略，但本實驗中多次測量發(fā)現(xiàn)質量大的球的動量略小于質量小的球的動量，造成這一結果的原因是_答案(1)BE(2)maO1AmbO2B(3)摩擦力對質量大的球的沖量大解析(1)以向右為正方向，由動量守恒定律得：mbvbmava0，小球離開桌面后做平拋運動，由于球的半徑相等、拋出點高度相同，球在空中做平拋運動的時間t相等，則：mbvbtmavat0，即：mbO2BmaO1A0，實驗需要驗證的表達式為：maO1AmbO2B，實驗需要測量兩小球的質量與小球做平拋運動的水平位移故選B、E兩項；(2)由(1)可知，實驗需要驗證的表達式為：maO1AmbO2B；(3)小球與彈簧脫離后在桌面上運動過程受到摩擦力fmg的作用，小球質量m越大，小球受到的阻力越大，桌面對質量大的球的沖量大，小球離開桌面時，質量大的球的動量小于質量小的球的動量12利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質量為M，左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的小球相連；遮光片兩條邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到光電門B處的距離，b表示遮光片的寬度，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度，實驗時滑塊在A處由靜止開始運動(1)用游標卡尺測量遮光條的寬度b，結果如圖乙所示，由此讀出b_mm.(2)滑塊通過B點的瞬時速度可表示為_(3)某次實驗測得傾角30°，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為Ek_，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為Ep_，在誤差允許的范圍內(nèi)，若EkEp，則可認為系統(tǒng)的機械能守恒(4)在上次實驗中，某同學改變A、B間的距離，作出的v2d圖象如圖丙所示，并測得Mm，則重力加速度g_ m/s2.答案(1)3.85(2)(3)gd(4)9.6解析(1)寬度b的讀數(shù)為：3 mm17×0.05 mm3.85 mm；(2)由于光電門的寬度b很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度滑塊通過光電門B速度為：vB；(3)滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量為Ek(Mm)，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為：EpmgdMgdsin30°(m)gd，比較Ep和Ek，若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可認為機械能是守恒的(4)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒有：(Mm)v2gd，則v22×gd.若v2d圖象，則圖線的斜率：k2×g，由圖象可知：k，則有g×，代入數(shù)據(jù)解得g9.6 m/s2.13利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關系小車的質量為M200.0 g，鉤碼的質量為m10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到_(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示選擇某一點為O，一次每隔4個計時點取一個計數(shù)點用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離x，記錄在紙帶上計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1_ m/s.(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對小車做的功W.利用EkMv2算出小車動能，并求出動能的變化量Ek.計算結果見下表W/(×103 J)2.452.923.353.814.26Ek/(×103 J)2.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖3的方格紙上作出EkW圖象(4)實驗結果表明，Ek總是略小于W.某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的用題中小車和鉤碼質量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F_答案(1)小車做勻速運動(2)0.228(3)如下圖所示(4)0.093 N解析(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速運動，摩擦力達到平衡(2)計數(shù)點1的瞬時速度v10.228 m/s.(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出EkW圖象如答案圖所示(4)對整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得，a，則小車受到的實際拉力F N0.093 N.14(2018·課標全國)某同學用圖a所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧測力計相連，滑輪和木塊之間的細線保持水平，在木塊上放置砝碼緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧測力計的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小某次實驗所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值從圖b中彈簧測力計的示數(shù)讀出砝碼的質量m/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力F/N2.152.362.55f42.93回答下列問題：(1)f4_ N；(2)在圖c的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出fm圖線；(3)f與m、木塊質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)及重力加速度大小g之間的關系式為f_，fm圖線(直線)的斜率的表達式為k_；(4)取g9.80 m/s2，由繪出的fm圖線求得_(保留2位有效數(shù)字)答案(1)2.75(2)如解析圖所示(3)(Mm)gg(4)0.40解析(1)指針在2.7與2.8之間，估讀為2.75 N；(2)描點畫線注意讓所有點均勻分布在線上或線的兩邊，作圖如下：(3)木塊受到的是滑動摩擦力，根據(jù)滑動摩擦力的定義知f(Mm)g.把公式化簡可得：f(Mm)gmMg所以圖象的斜率kg.(4)取g9.80 m/s2，取圖象上相距較遠的兩點求斜率k3.9，則0.40.17