2022届高考物理二轮复习专题分层突破练13力学实验含解析

专题分层突破练13　力学实验

A组

1.(2021浙江衢州高三二模)(1)(多选)在探究求合力的方法的实验中,通过对拉的方法来选择两个弹簧测力计,方案一:两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉(如图甲所示),方案二:两弹簧测力计置于水平桌面对拉(如图乙所示),下列说法正确的是　　　　　。 

A.弹簧测力计使用前必须进行调零

B.实验时,两个弹簧测力计的量程需一致

C.若方案一的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用

D.若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用

(2)(多选)在探究求合力的方法的实验中,某实验小组使用的弹簧测力计量程为5.0 N,将橡皮条一端固定,先用两只弹簧测力计将橡皮条另一端拉到某一位置,标记为O点,紧靠细绳标记A、B两点,并记录弹簧测力计读数,然后用一只弹簧测力计将其拉至O点,标记紧靠细绳的C点,并记录弹簧测力计读数,该小组完成的部分实验数据记录在图丙中。

①按实验要求在图丙中完成作图;

②结合图丙,分析实验过程与结果,下列措施对减小实验误差有益的是　　　。 

A.适当增加橡皮筋的原长

B.适当增大两细绳的夹角

C.增大A、B两点到O点的距离

D.增大弹簧测力计的拉力

2.(2021江西赣州高三一模)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:

①用天平测量物块和遮光条的总质量M,重物的质量m,用游标卡尺测量遮光条的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;

②调整轻滑轮,使细线水平;

③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字计时器分别测出遮光条经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a;

④多次重复步骤③,求a的平均值;

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。

回答下列小题:

(1)下列说法正确的是　　　。 

A.此实验需要平衡摩擦力

B.此实验需要遮光条的宽度d尽量小些

C.此实验需要满足M远大于m的条件

D.此实验需要两光电门之间的距离s尽量小些

(2)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的读数如图乙所示,其读数为　　　　 cm; 

(3)请用M、m、d、s、ΔtA、ΔtB和重力加速度g表示动摩擦因数μ=　　　　　　　　　。 

3.(2021广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。

(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm,ΔL3=　　　　 cm,压缩量的平均值=　　　 cm; 

(2)上述是管中增加　　　　个钢球时产生的弹簧平均压缩量; 

(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80 m/s2,该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m(结果保留3位有效数字)。 

B组

4.(2021江苏南通高三二模)用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系,把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上,小车的左端连接穿过打点计时器的纸带,右端连接细线,细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码,通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。

甲

(1)下列实验操作正确的有　　　　。 

A.先释放小车后接通电源

B.调整定滑轮使细线与长木板平行

C.平衡摩擦力时必须移去纸带

D.平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码

(2)某次实验打出的一条纸带如图乙所示,测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x1=3.60 cm、x2=9.61 cm、x3=18.01 cm、x4=28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s,相邻计数点间有四个点未画出,则小车的加速度a=　　　　　 m/s2(结果保留三位有效数字)。 

乙

(3)实验中保持托盘和砝码的总质量不变,改变小车和车内沙子的总质量M,进行实验打出纸带,算出相应的加速度a,数据描在图丙中,请在图丙中根据描出的点作出a-图象;由图象可得出的结论是　。 

5.(2021河北卷)某同学利用图甲中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200 g,其上可放钩码)、刻度尺。当地重力加速度为9.80 m/s2。实验操作步骤如下:

甲

①安装器材,调整两个光电门距离为50.00 cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图甲所示;

②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;

③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;

④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示。

回答下列问题:

(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为　　　　　J(保留三位有效数字); 

(2)步骤④中的表格所缺数据为　　　　　; 

(3)以M为横轴,ΔE为纵轴,选择合适的标度,在图乙中绘出ΔE-M图象;

乙

若忽略滑轮和绳子之间的摩擦力做功,求滑块与木板之间的动摩擦因数为　　　　　。(保留三位有效数字) 

6.

(2021天津河东区高三一模)某实验小组设计实验验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所示,在铁架台铁夹上固定一个力传感器,一根细线上端连接在力传感器上,下端系在小球上,把小球拉离平衡位置一个角度,由静止释放小球,力传感器可记录小球在摆动过程中细线拉力的大小,记下力传感器的最大示数F。

(1)关于实验,下列说法正确的有　　　。 

A.可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验

B.细线要选择伸缩性小的

C.球尽量选择密度大的

(2)为完成实验,需要测量小球自由静止时力传感器的示数F0,还需要测量的物理量有　　　。 

A.释放小球时的位置与自由静止位置的高度差h

B.小球下落至平衡位置时的时间

C.摆长l

D.小球的质量m

(3)需要验证机械能守恒的表达式为　　　　　(用已知量和测量量的符号表示)。 

专题分层突破练13　力学实验

1.答案(1)AD　(2)①见解析　②BC

解析(1)弹簧测力计在使用前必须进行调零,A正确;实验中使用的两个弹簧测力计,其量程可以不同,B错误;方案一中弹簧测力计竖直悬挂时,上面的弹簧由于自身重力作用而弹力偏大,下面的弹簧由于自身重力作用而弹力偏小,若两弹簧测力计读数相等,则水平测量拉力时读数必然不同,所以不能使用,C错误;若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用,D正确。

(2)①作图如下。

②增加橡皮筋的原长对实验没有影响;图中两分力的夹角较小,根据平行四边形的特点,适当增大两细绳的夹角,可以使作图更精确,从而减小实验误差;绳子的作用是显示出力的方向,增大A、B两点到O点的距离,可以提高分力方向的精确度,从而减小实验误差;弹簧测力计的量程为5.0N,图中合力已经达到了4.8N,所以不能再增大弹簧测力计的拉力;故选BC。

2.答案(1)B　(2)1.020

(3)2-2

解析(1)该实验的目的是测量物块与水平桌面之间的动摩擦因数,所以在实验过程中不需要平衡摩擦力,A错误;利用光电门来测量瞬时速度,遮光片的宽度d越小,测的瞬时速度的误差越小,所以B正确;实验原理中,可以利用整体法来求解加速度,所以不需要满足M远大于m,C错误;在数据处理时,加速度为a=,如果两光电门之间的距离s太小,实验误差会增大,所以此实验需要两光电门之间的距离s适量大些,D错误。

(2)游标卡尺读数为:主尺读数+游标尺读数×分度值=1cm+4×0.05mm=1.020cm。

(3)利用平均速度表示瞬时速度,有

物块经过A点速度为vA=

物块经过B点速度为vB=

由运动学规律可得a=

由牛顿第二定律可得mg-μMg=(m+M)a

联立解得μ=2-2。

3.答案(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6

解析(1)根据题意ΔL3=L6-L3=6.04cm;压缩量的平均值=6.05cm。

(2)根据题意上述是管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。

(3)根据胡克定律,弹簧的劲度系数k==48.6N/m。

4.答案(1)BD　(2)2.40

(3)将图中各点用平滑曲线连接,如答案图所示。

在托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量M的情况下,合力一定时,小车和车内沙子的加速度a与质量M成反比

解析(1)应先接通电源再释放小车,A错误;调整定滑轮使细线与长木板平行,以保证小车在运动过程中合力不变,B正确;平衡摩擦力时必须连接纸带,C错误;平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码,用小车重力分力来平衡摩擦力,D正确。

(2)小车的加速度a==2.40m/s2。

(3)将图中各点用平滑曲线连接,如答案图所示。由图象可以看出,在托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量M的情况下,合力一定时,小车和车内沙子的加速度a与质量M成反比。

5.答案(1)0.980　(2)0.588

(3)如图所示　0.400

解析(1)ΔEp=4mgh=4×50×10-3×9.8×0.5J=0.980J。

(2)ΔE=ΔEp-ΔEk=0.980J-0.392J=0.588J。

(3)根据表格数据描点作图即可;由题意可知,滑块和木板之间的摩擦力做功即为系统损失的机械能,则有μMgl=ΔE,根据图象得μ=0.400。

6.答案(1)BC　(2)AC　(3)F0h=l(F-F0)

解析(1)如果用弹簧测力计代替力传感器进行实验,由于细线不断摆动,不方便进行读数与记录,A错误;细线要选择伸缩性小的,避免摆长发生变化,B正确;球尽量选择密度大的,以减小空气阻力的影响,C正确。

(2)(3)本实验要验证机械能守恒定律,即要验证减小的重力势能等于增大的动能,应满足mgh=mv2

静止在最低点时,力传感器的示数F0与重力相等,即F0=mg

小球摆到最低点时力传感器的示数最大为F,由向心力公式可得F-mg=m

联立可解得F0h=l(F-F0),即为要验证的表达式,由此可知,为完成实验,要测量的量为释放小球时的位置与自由静止位置的高度差h与摆长l,故应选AC。