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高中物理高考 专题六 第一讲 力学实验及创新——课后“高仿”检测卷
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这是一份高中物理高考 专题六 第一讲 力学实验及创新——课后“高仿”检测卷，共7页。试卷主要包含了高考真题集中演练——明规律，名校模拟重点演练——知热点等内容，欢迎下载使用。
1．(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。
现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________ N/m(保留三位有效数字)。
解析：标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm。
弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825 cm，
砝码平衡时，mg＝kx，
所以劲度系数k＝eq \f(mg,x)＝eq \f(0.100×9.80,1.825×10－2) N/m≈53.7 N/m。
答案：3.775 53.7
2．(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N。
(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。
(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；
(ⅱ)F合的大小为________ N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。
解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 N。
(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图，如图所示。
(ⅱ)由图可知F合＝4.0 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。
答案：(1)4.0 (2)(ⅰ)图见解析 (ⅱ)4.0 0.05
3．(2018·全国卷Ⅱ)某同学用如图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
回答下列问题：
(1)f4＝________N；
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm图线；
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，fm图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；
(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的fm图线求得μ＝________。(保留两位有效数字)
解析：(1)由题图(b)可读出弹簧秤的示数f4＝2.75 N。
(2)fm图线如图所示。
(3)摩擦力表达式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg。
(4)图线的斜率k＝eq \f(Δf,Δm)＝eq \f(2.93－2.15,0.25－0.05) N/kg＝3.9 N/kg
解得μ≈0.40。
答案：(1)2.75 (2)见解析图
(3)μ(M＋m)g μg (4)0.40
二、名校模拟重点演练——知热点
4．(2019·聊城一模)某组同学用图甲所示装置测量重力加速度，铁架台上固定着光电门，让直径为d的小球从一定高度处由静止开始自由下落，小球球心正好通过光电门。光电门可记录小球通过光电门的时间。
(1)用游标卡尺测量小球直径时，卡尺的刻度如图乙所示，则小球的直径为________cm。
(2)某次实验中小球的下边缘与光电门间的距离为h，小球通过光电门的时间为Δt，若小球通过光电门的速度可表示为eq \f(d,Δt)，重力加速度可表示为g＝________(用字母表示)。
(3)严格来说eq \f(d,Δt)并不等于小球球心经过光电门时的速度，由此计算出的速度比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)由20分度的游标卡尺的读数规则知小球的直径d＝2.5 cm＋8×0.005 cm＝2.540 cm。
(2)由运动学公式v2＝2gh⇒eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt)))2＝2geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(h＋\f(d,2)))，解得g＝eq \f(d2,2h＋dΔt2)。
(3)eq \f(d,Δt)为小球通过光电门的平均速度，是通过光电门时间中点的瞬时速度，而小球球心通过光电门的速度为位移中点的瞬时速度，由位移中点的瞬时速度大于时间中点的瞬时速度知速度比真实值偏小。
答案：(1)2.540 (2)eq \f(d2,2h＋dΔt2) (3)偏小
5．(2019·贵州安顺联考)用如图甲所示的装置，探究物体的加速度与力、质量的关系，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示。要顺利完成该实验，在操作中：
(1)平衡摩擦力的目的是：____________________。
(2)使M远大于m的目的是：____________________。
(3)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的5个计数点，如图乙，相邻计数点间还有四个点未标出，所用交流电频率为50赫兹。利用图中给出的数据可求出小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)
解析：(1)实验中平衡摩擦力的目的是：使小车所受的合外力等于绳的拉力。
(2)以钩码作为研究对象有：mg－FT＝ma；以小车作为研究对象有：FT＝Ma；联立以上两式可得：FT＝eq \f(M,M＋m)mg; 要绳子的拉力等于钩码的重力，即：eq \f(M,M＋m)＝1，则有：M≫m；则使M远大于m的目的是：使绳的拉力近似等于钩码的重力。
(3)因T＝0.1 s，由Δx＝aT2得：a＝eq \f(Δx,T2)＝eq \f(21.60－8.79－8.79×10－2,4×0.12) m/s2＝1.0 m/s2。
答案：(1)使小车所受的合外力等于绳的拉力 (2)使绳的拉力近似等于钩码的重力 (3)1.0
6．(2019·云南昆明联考)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源，质量为m2的重物从高处由静止释放，质量为m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，A是打下的第1个点，量出计数点E、F、G到A点距离分别为d1、d2、d3，每相邻两计数点的计时间隔为T，当地重力加速度为g。(以下所求物理量均用已知符号表达)
(1)在打点A～F的过程中，系统动能的增加量ΔEk＝__________，系统重力势能的减少量ΔEp＝__________________________，比较ΔEk、ΔEp大小即可验证机械能守恒定律。
(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出eq \f(v2,2)d图像如图丙所示，若图线的斜率k＝__________________，即可验证机械能守恒定律。
解析：(1)由于每相邻两计数点的计时间隔为T，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点F的瞬时速度：vF＝eq \f(d3－d1,2T)。在A～F过程中系统动能的增量ΔEk＝eq \f(1,2)(m1＋m2)vF2＝eq \f(m1＋m2d3－d12,8T2)，系统重力势能的减小量为ΔEp＝(m2－m1)gd2。
(2)本题中根据机械能守恒可知，
(m2－m1)gd＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v2
即有：eq \f(v2,2)＝eq \f(m2－m1,m1＋m2)gd，所以eq \f(v2,2)d图像的斜率k＝eq \f(m2－m1,m1＋m2)g。
答案：(1) eq \f(m1＋m2d3－d12,8T2) (m2－m1)gd2
(2)eq \f(m2－m1,m1＋m2)g
7．(2019·湖南师大附中大联考)一个喷漆桶能够向外喷射不同速度的油漆雾滴，某同学决定测量雾滴的喷射速度。他采用如图甲所示的装置，一个直径为d＝40 cm的纸带环，安放在一个可以按照不同转速转动的固定转台上，纸带环上刻有一条狭缝A，在狭缝A的正对面画一条标志线，如图甲所示。在转台达到稳定转速时，向侧面同样开有狭缝B的纸盒中喷射油漆雾滴，当狭缝A转至与狭缝B正对平行时，雾滴便通过狭缝A在纸带的内侧面留下痕迹(若此过程转台转过不到一圈)。将纸带从转台上取下来，展开平放，并与毫米刻度尺对齐，如图乙所示。
请你帮该同学完成下列任务(结果均保留两位有效数字)：
(1)设喷射到纸带上的油漆雾滴痕迹到标志线的距离为s，则从图乙可知，其中速度最大的雾滴到标志线的距离s1＝________ cm；速度最小的雾滴到标志线的距离s2＝________ cm。
(2)如果转台转动的周期为T，则这些雾滴喷射速度的计算表达式为v0＝________。(用字母表示)
(3)如果以纵坐标表示雾滴速度v0、横坐标表示雾滴距标志线距离的倒数eq \f(1,s)，画出v0eq \f(1,s)图线，如图丙所示，则可知转台转动的周期为T＝________ s。
解析：(1)雾滴运动的路程一定，速度越大，运动的时间越短，此时转台转过的弧度越小，打在纸带上的点距离标志线的距离越小，所以其中速度最大的雾滴到标志线的距离s1＝2.20 cm，速度最小的雾滴到标志线的距离s2＝2.90 cm。
(2)雾滴运动的时间与转台转动的时间相等，如果转台转动的周期为T，则雾滴运动的时间为t＝eq \f(s,v)，v＝ωeq \f(d,2)＝eq \f(πd,T)，解得t＝eq \f(sT,πd)，所以雾滴喷射的速度v0＝eq \f(d,t)＝eq \f(πd2,sT)。
(3)图像中斜率k＝eq \f(πd2,T)＝0.1π，可得T＝1.6 s。
答案：(1)2.2 2.9 (2)eq \f(πd2,sT) (3)1.6
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
1．(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。
现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________ N/m(保留三位有效数字)。
解析：标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm。
弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825 cm，
砝码平衡时，mg＝kx，
所以劲度系数k＝eq \f(mg,x)＝eq \f(0.100×9.80,1.825×10－2) N/m≈53.7 N/m。
答案：3.775 53.7
2．(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N。
(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。
(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；
(ⅱ)F合的大小为________ N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。
解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 N。
(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图，如图所示。
(ⅱ)由图可知F合＝4.0 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。
答案：(1)4.0 (2)(ⅰ)图见解析 (ⅱ)4.0 0.05
3．(2018·全国卷Ⅱ)某同学用如图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
回答下列问题：
(1)f4＝________N；
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm图线；
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，fm图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；
(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的fm图线求得μ＝________。(保留两位有效数字)
解析：(1)由题图(b)可读出弹簧秤的示数f4＝2.75 N。
(2)fm图线如图所示。
(3)摩擦力表达式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg。
(4)图线的斜率k＝eq \f(Δf,Δm)＝eq \f(2.93－2.15,0.25－0.05) N/kg＝3.9 N/kg
解得μ≈0.40。
答案：(1)2.75 (2)见解析图
(3)μ(M＋m)g μg (4)0.40
二、名校模拟重点演练——知热点
4．(2019·聊城一模)某组同学用图甲所示装置测量重力加速度，铁架台上固定着光电门，让直径为d的小球从一定高度处由静止开始自由下落，小球球心正好通过光电门。光电门可记录小球通过光电门的时间。
(1)用游标卡尺测量小球直径时，卡尺的刻度如图乙所示，则小球的直径为________cm。
(2)某次实验中小球的下边缘与光电门间的距离为h，小球通过光电门的时间为Δt，若小球通过光电门的速度可表示为eq \f(d,Δt)，重力加速度可表示为g＝________(用字母表示)。
(3)严格来说eq \f(d,Δt)并不等于小球球心经过光电门时的速度，由此计算出的速度比真实值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)由20分度的游标卡尺的读数规则知小球的直径d＝2.5 cm＋8×0.005 cm＝2.540 cm。
(2)由运动学公式v2＝2gh⇒eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt)))2＝2geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(h＋\f(d,2)))，解得g＝eq \f(d2,2h＋dΔt2)。
(3)eq \f(d,Δt)为小球通过光电门的平均速度，是通过光电门时间中点的瞬时速度，而小球球心通过光电门的速度为位移中点的瞬时速度，由位移中点的瞬时速度大于时间中点的瞬时速度知速度比真实值偏小。
答案：(1)2.540 (2)eq \f(d2,2h＋dΔt2) (3)偏小
5．(2019·贵州安顺联考)用如图甲所示的装置，探究物体的加速度与力、质量的关系，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示。要顺利完成该实验，在操作中：
(1)平衡摩擦力的目的是：____________________。
(2)使M远大于m的目的是：____________________。
(3)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的5个计数点，如图乙，相邻计数点间还有四个点未标出，所用交流电频率为50赫兹。利用图中给出的数据可求出小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)
解析：(1)实验中平衡摩擦力的目的是：使小车所受的合外力等于绳的拉力。
(2)以钩码作为研究对象有：mg－FT＝ma；以小车作为研究对象有：FT＝Ma；联立以上两式可得：FT＝eq \f(M,M＋m)mg; 要绳子的拉力等于钩码的重力，即：eq \f(M,M＋m)＝1，则有：M≫m；则使M远大于m的目的是：使绳的拉力近似等于钩码的重力。
(3)因T＝0.1 s，由Δx＝aT2得：a＝eq \f(Δx,T2)＝eq \f(21.60－8.79－8.79×10－2,4×0.12) m/s2＝1.0 m/s2。
答案：(1)使小车所受的合外力等于绳的拉力 (2)使绳的拉力近似等于钩码的重力 (3)1.0
6．(2019·云南昆明联考)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验时接通电源，质量为m2的重物从高处由静止释放，质量为m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验中打出的一条纸带，A是打下的第1个点，量出计数点E、F、G到A点距离分别为d1、d2、d3，每相邻两计数点的计时间隔为T，当地重力加速度为g。(以下所求物理量均用已知符号表达)
(1)在打点A～F的过程中，系统动能的增加量ΔEk＝__________，系统重力势能的减少量ΔEp＝__________________________，比较ΔEk、ΔEp大小即可验证机械能守恒定律。
(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出eq \f(v2,2)d图像如图丙所示，若图线的斜率k＝__________________，即可验证机械能守恒定律。
解析：(1)由于每相邻两计数点的计时间隔为T，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点F的瞬时速度：vF＝eq \f(d3－d1,2T)。在A～F过程中系统动能的增量ΔEk＝eq \f(1,2)(m1＋m2)vF2＝eq \f(m1＋m2d3－d12,8T2)，系统重力势能的减小量为ΔEp＝(m2－m1)gd2。
(2)本题中根据机械能守恒可知，
(m2－m1)gd＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v2
即有：eq \f(v2,2)＝eq \f(m2－m1,m1＋m2)gd，所以eq \f(v2,2)d图像的斜率k＝eq \f(m2－m1,m1＋m2)g。
答案：(1) eq \f(m1＋m2d3－d12,8T2) (m2－m1)gd2
(2)eq \f(m2－m1,m1＋m2)g
7．(2019·湖南师大附中大联考)一个喷漆桶能够向外喷射不同速度的油漆雾滴，某同学决定测量雾滴的喷射速度。他采用如图甲所示的装置，一个直径为d＝40 cm的纸带环，安放在一个可以按照不同转速转动的固定转台上，纸带环上刻有一条狭缝A，在狭缝A的正对面画一条标志线，如图甲所示。在转台达到稳定转速时，向侧面同样开有狭缝B的纸盒中喷射油漆雾滴，当狭缝A转至与狭缝B正对平行时，雾滴便通过狭缝A在纸带的内侧面留下痕迹(若此过程转台转过不到一圈)。将纸带从转台上取下来，展开平放，并与毫米刻度尺对齐，如图乙所示。
请你帮该同学完成下列任务(结果均保留两位有效数字)：
(1)设喷射到纸带上的油漆雾滴痕迹到标志线的距离为s，则从图乙可知，其中速度最大的雾滴到标志线的距离s1＝________ cm；速度最小的雾滴到标志线的距离s2＝________ cm。
(2)如果转台转动的周期为T，则这些雾滴喷射速度的计算表达式为v0＝________。(用字母表示)
(3)如果以纵坐标表示雾滴速度v0、横坐标表示雾滴距标志线距离的倒数eq \f(1,s)，画出v0eq \f(1,s)图线，如图丙所示，则可知转台转动的周期为T＝________ s。
解析：(1)雾滴运动的路程一定，速度越大，运动的时间越短，此时转台转过的弧度越小，打在纸带上的点距离标志线的距离越小，所以其中速度最大的雾滴到标志线的距离s1＝2.20 cm，速度最小的雾滴到标志线的距离s2＝2.90 cm。
(2)雾滴运动的时间与转台转动的时间相等，如果转台转动的周期为T，则雾滴运动的时间为t＝eq \f(s,v)，v＝ωeq \f(d,2)＝eq \f(πd,T)，解得t＝eq \f(sT,πd)，所以雾滴喷射的速度v0＝eq \f(d,t)＝eq \f(πd2,sT)。
(3)图像中斜率k＝eq \f(πd2,T)＝0.1π，可得T＝1.6 s。
答案：(1)2.2 2.9 (2)eq \f(πd2,sT) (3)1.6
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
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