2023届二轮复习 专题训练18　力学实验 作业（浙江专用）

这是一份2023届二轮复习 专题训练18　力学实验 作业（浙江专用），共16页。试卷主要包含了20 kg，8 m/s2等内容，欢迎下载使用。
专题训练18　力学实验1.在进行“探究速度随时间变化的规律”的实验中,(1)如图是四位同学用重物代替小车,将打点计时器竖直安放进行实验时释放纸带瞬间的照片,你认为操作正确的是　　　　。 (2)关于接通电源和放手让重物运动的先后顺序,下列四种操作中你认为正确的是　　　　。 A.接通电源和放手应同时B.先放手后接通电源C.先接通电源后放手D.接通电源和放手的先后顺序对实验没影响(3)已知打点计时器所用电源频率为50 Hz,测得所用的重物的质量为0.20 kg。如图所示是截取了某一段纸带用刻度尺(单位:cm)测量纸带时的情景,其中取了A、B、C三个计数点,在相邻两计数点之间还有一个打印点,则重物下落过程中B点的瞬时速度为　　　  m/s,重物下落的加速度为　　　　 m/s2。(结果均保留2位有效数字) 解析:(1)实验时,应让重物紧靠打点计时器,手拉着纸带的上方,保持纸带竖直,由静止释放,选项A正确,B、C、D错误。(2)应先给打点计时器通电打点,后释放纸带,有利于数据的采集和处理,得到重物完整的运动情况,故选C。(3)由于每相邻两个计数点间还有1个点,所以相邻的两计数点间的时间间隔T=0.04 s,由题图得xAB=2.20 cm,xBC=3.70 cm,根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,可以求出vB= m/s≈0.74 m/s,根据公式Δx=aT2可以求出加速度的大小a= m/s2≈9.4 m/s2。答案:(1)A　(2)C　(3)0.74　9.42.在“用单摆测量重力加速度”的实验中。(1)用游标卡尺测量摆球的直径,如图所示,摆球直径为　　 　 cm。(2)下列操作正确的是　　　　。 A.摆长应为绳长和摆球直径之和B.为使实验效果明显一点,摆球的初始摆角可以达到30°C.若实验中有直径相同的铁球与木球,应选择铁球作为摆球D.测量周期时,应从摆球经过最高点开始计时,这样摆球速度小,时间测量更精确解析:(1)游标卡尺读数为1 cm+17×0.05 mm=1.085 cm。(2)摆长应为绳长和摆球半径之和,A错误;初始摆角应小于5°,B错误;应选择铁球作为摆球,空气阻力影响小,C正确;测量周期时,应取摆球经过最低点时的位置作为计时的始终点位置,D错误。答案:(1)1.085　(2)C3.某同学用身边的学习用品探究橡皮筋的劲度系数k,进行了下面的操作:将橡皮筋上端固定在竖直面内的白纸上的O点,下端打结,在结点P处挂上质量为m=20 g的橡皮,记下静止后结点的位置P1。在结点P系上一根细线,并通过水平细线将橡皮在纸面内缓慢拉起,如图甲所示,又记录了结点P的四次不同位置。该同学取下白纸,以O点为圆心、以橡皮筋原长L0为半径画圆弧,如图乙所示。连接OP2,与圆弧交于A2,并过A2作OP1的垂线,垂足为B2。分别测出A2、P2的距离x2和O、B2的距离y2。同样测得其余四个位置对应的x、y值,如表所示,其中g取9.8 m/s2。序号12345x/cm0.700.831.081.271.51y/cm4.513.802.972.482.09/cm-10.2220.2630.3360.4030.478请完成下列问题。(1)用mg、x、y、L0表示橡皮筋的劲度系数k=　　　。 (2)作出如图丙所示的图像,则可求得k=　　　  N/cm。(结果保留2位有效数字) (3)若该同学标记好P5后,通过水平细线将橡皮缓慢放回到最低点过程中,再次测得五组不同数据,算出相应的k′,则k　　　　(选填“>”“<”或“=”)k′。 解析:(1)设橡皮筋与竖直方向夹角为θ,结点P在橡皮重力mg、橡皮筋拉力FT和水平拉力F作用下处于平衡状态,如图所示。则cos θ=,而cos θ=,FT=kx,联立解得k=。(2)由(1)可知=x,由图丙可求得图像斜率≈0.32,又根据纵轴截距为橡皮筋OP段原长的倒数,即L0= cm≈4.5 cm,综上可得k≈0.28。(3)测出五组数据后,橡皮筋恢复原状能力比弹簧要差些,恢复原状时长度会比L0稍大。通过水平细线将橡皮缓慢放回到最低点过程中,再次测得五组不同数据,实际计算中仍用原来的L0计算x,使得x计算值偏大,从而使k′偏小。故有k>k′。答案:(1)　(2)0.28　(3)>4.在“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验中。(1)某同学若想探究向心力与角速度的关系,应该保持　　　 不变。(2)某次实验中,该同学测得半径r=0.5 m,在(1)的基础上通过改变物体线速度v,测出了五组F、v数据,并通过计算得到了对应的角速度ω的数值,如表所示,表格中第5组数ω的数值为　　　　。 序号12345F/N0.060.260.581.021.61v/(m·s-1)0.40.81.21.62.0ω/(rad·s-1)0.81.62.43.2 (3)结合表中数据,为了得到向心力与角速度的关系应作　　　　(选填Fω2或Fω)图像。 (4)若已知向心力公式,由表格中数据可得物体的质量m=　　　　kg(结果保留1位有效数字)。 解析:(1)根据控制变量法可知,若想探究向心力与角速度的关系,应该保持质量和半径不变。(2)根据v=ωr可知ω5=4.0 rad/s。(3)计算ω2以及。 12345F/N0.060.260.581.021.61ω/(rad·s-1)0.81.62.43.24.0ω2/(rad·s-1)20.642.565.7610.2416.00F/ω20.10.10.10.10.1通过计算可知F与ω2成正比,应该作Fω2图像。(4)根据F=mω2r可知m==0.2 kg。答案:(1)质量和半径　(2)4.0　(3)Fω2　(4)0.25.(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:(i)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;(ii)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;(iii)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到aF的关系。(1)实验获得如图2所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小vd=　　　　m/s(保留2位有效数字)。 (2)需要满足条件M≫m的方案是　　　　(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作aF图像时,把mg作为F值的是　　　　(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。 解析:(1)相邻两个计数点之间的时间间隔T=5×0.02 s=0.10 s,根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,可得vd==m/s≈0.19 m/s。(2)在图1甲中把托盘和砝码的重力视作小车受到的拉力,需要满足条件M≫m;在图1乙中挂上托盘和砝码,使小车匀速向下运动,受力平衡。去掉托盘和砝码,小车所受的合力F等于托盘和砝码的重力mg,所以需要满足条件M≫m的方案是甲。在作aF图像时,把mg作为F值的是甲和乙。答案:(1)0.19　(2)甲　甲和乙6.用如图甲所示装置探究平抛运动的特点。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直硬板上。钢球沿斜槽轨道PO滑下后从O点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,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)为完成实验,还需下列　　　　器材(填写序号)。 A.托盘天平 B.游标卡尺C.刻度尺  D.秒表(2)下列实验注意事项必须要满足的是　　　　。(多选) A.斜槽末端水平B.为较准确描绘出钢球的运动轨迹,必须用光滑的曲线把所有的点都连接起来C.重垂线与固定的坐标纸面平行D.实验所用的斜槽要尽量的光滑,以减小摩擦(3)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,取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于O点,在选项图中,坐标原点选择正确的是　　　　。 (4)下列图像中,能正确反映y与x关系的是　　　　。(多选) (5)某同学在实验时遗漏了记录平抛运动的起点,但其记录了抛出点下方的y轴和部分运动轨迹。如图乙,并在此抛物线上取两点A、B,过A、B两点向y轴做垂线,分别交于C、D两点,用刻度尺测出xAC、xBD及CD的长度hCD。则初速度v0求解的表达式为:　　　　　　　　　。解析:(1)为了完成实验还需要测量痕迹点坐标,运动时间可以通过下落位移计算,故只需要刻度尺,故选C。(2)为了保证钢球做平抛运动,斜槽可以粗糙但末端必须水平,故A正确,D错误;为较准确描绘出钢球的运动轨迹,需要舍弃误差较大的点,故B错误;竖直方向做自由落体运动,因此重垂线与固定的坐标纸面平行,故C正确。(3)以球心为坐标原点,同时球心应该对准斜槽末端,故B正确。(4)根据y=gt2,x=v0t可知y=x2,故B、D正确。(5)根据y=gt2,x=v0t可知yA=g,xAC=v0tA;yB=g,xBD=v0tB,又因为hCD=yB-yA,联立解得v0=。答案:(1)C　(2)AC　(3)B　(4)BD  (5)v0=7.如图甲所示,某学习小组在实验室做“探究单摆周期与摆长之间的关系”的实验。(1)若用秒表测出单摆完成n次全振动所用的时间为t。请写出周期的表达式T=　　　　。 (2)若利用力传感器记录拉力随时间变化的关系,由图乙可知,该单摆的周期T=　　　　 s。 (3)在多次改变摆线长度测量后,根据实验数据,利用计算机作出周期的平方与摆线长度的关系(T2L)图线,并根据图线拟合得到方程T2=kL+b,由此可以知当地的重力加速度g=　　        　　,摆球半径r=　　　　(用k、b、π表示)。 解析:(1)单摆完成n次全振动所用的时间为t,则周期的表达式T=。(2)单摆摆动过程中,每次经过最低点时拉力最大,每次经过最高点时拉力最小,拉力变化的周期为1.0 s,故单摆的摆动周期为2.0 s。(3)根据T=2π得T2=l,而l=L+r,知图线的斜率k=,因此g=;T2=kL+kr,图线拟合得到方程T2=kL+b,因此摆球半径r=。答案:(1)　(2)2.0　(3)　8.某同学利用图甲装置进行“验证机械能守恒定律”的实验。(1)关于本实验的说法正确的是　　　　。(多选) A.选用重物时,密度大的比密度小的好,以减少空气阻力的影响B.实验时重物应靠近打点计时器处由静止释放C.实验时应先松开纸带让重物下落,然后接通电源D.若纸带上开始打出的几个点模糊不清,则必须重新打一条纸带再进行验证(2)若该同学按照正确的操作要求,获得了一条点迹清晰、最初两点间距接近2 mm的纸带,令打第一个点时重物所在位置为0高度,相邻计数点时间间隔为0.02 s,测量部分数据并填入表格,已知重物质量m=0.3 kg,g取9.8 m/s2,请在空格内补上相应的数据。(结果保留2位小数)测量点0123距离x/m00.056 20.078 00.104 0速度v/(m·s-1)0 　　  (3)该同学完成全部数据处理后,在图乙中画出了各能量与高度的图像,其中图线Ⅲ是　　　　关于高度h的图像。 A.动能Ek   B.重力势能Ep         C.机械能E(4)根据图线Ⅱ能得出的实验结论是 　　　　　　　　。 解析:(1)实验供选择的重物应该为相对质量较大、体积较小的物体,这样能减少阻力的影响,故A正确;为了提高纸带的利用率且让打点计时器稳定工作,应让重物靠近打点计时器,先接通电源后由静止释放纸带,故B正确,C错误;若纸带上开头打出的几点模糊不清,也可设法用后面清晰的点进行验证,故D错误。(2)打测量点2时重物的速度为v2== m/s≈1.20 m/s。(3)选打第一个点时重物所在位置为0高度,物体向下运动时,高度为负值,根据重力势能表达式Ep=mgh知,重物的重力势能也为负值,且与下落高度成正比,故A、C错误,B正确。(4)选打第一个点时重物所在位置为0高度,此时重物的重力势能为零,动能也为零,所以机械能为零,图线Ⅱ表示机械能时刻为零,机械能守恒,故结论为在误差允许范围内,重物下落过程中机械能守恒。答案:(1)AB　(2)1.20　(3)B　(4)在误差允许范围内,重物下落过程中机械能守恒9.某同学采用了如图甲所示的实验方案做“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”的实验。(1)为使细线的拉力大小近似等于重物的重力,重物应选择图乙中的　　　　(选填“A”或“B”)。 (2)为补偿小车所受的阻力,该同学撤掉了图甲中的重物,在小车右端固定上纸带,纸带另一端穿过限位孔,并将木板右端垫高接通电源后轻推小车,打出了一条如图丙所示的纸带。你对该同学的建议是　　    　　。 A.补偿小车所受阻力时,重物应悬挂着操作B.补偿小车所受阻力时,小车后面不要拖着纸带C.小车右端垫得太高,应适当放低一点D.小车右端垫得不够高,应再适当垫高一点(3)在完成“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”的实验后,该同学又用该装置做了“有空气阻力作用时物体运动速度随时间的变化规律”的实验。实验时,在小车上安装一轻薄板,以增大空气对运动小车的阻力,如图丁所示。在正确补偿阻力加装上薄板后,利用纸带求出小车不同时刻的速度,作出小车的vt图像,如图戊所示。通过图像分析可知,随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力　　　   　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)若vt图像中,t=0.2 s时刻,曲线的切线如图中虚线所示,则t=0.2 s时,小车的加速度大小为　　　　 m/s2。(结果保留2位有效数字) 解析:(1)为使细线的拉力大小近似等于重物的重力,则需要使得重物的质量远小于小车的质量,则重物应选择图乙中的A。(2)补偿小车所受阻力时,不应该悬挂重物,只让小车拖着纸带在木板上匀速运动,选项A、B错误;由纸带上的点迹分布可知,小车运动起来后做减速运动,说明阻力没有完全被补偿,即木板的右端垫得不够高,应再适当垫高一点,选项C错误,D正确。(3)通过图像分析可知,随着运动速度的增加,小车的加速度逐渐减小,根据牛顿第二定律mg-Ff=Ma可知,小车所受的空气阻力变大。(4)由图像可知在t=0.2 s时,小车的加速度大小为a== m/s2=0.35 m/s2。答案:(1)A　(2)D　(3)变大　(4)0.3510.一个物理学习小组利用图甲所示的装置和频闪相机(闪光频率固定的连拍相机)来寻求碰撞中的不变量。实验步骤如下:A.用天平测出A、B两个小球的质量mA、mB(mA>mB);B.安装好实验装置,使斜槽末端保持水平,调整好频闪相机的位置并固定;C.让入射小球从斜槽上某一位置P由静止释放,小球离开斜槽后,用频闪相机记录下相邻两次闪光时小球的位置,照片如图乙所示;D.将被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从位置P由静止开始释放,使它们碰撞。两小球离开斜槽后,用频闪相机记录相邻两次闪光时两小球的位置,照片如图丙所示。经多次实验,他们猜想碰撞前、后小球的质量和速度的乘积之和不变。(1)实验中放在斜槽末端的小球是　　　　　(选填“A”或“B”)。 (2)写出该实验小组猜想结果的表达式为　　　　　　　　　　(用“mA”“mB”“x0”“y0”“x1”“y1”“x2”“y2”中的量表示)。 (3)他们猜想本实验的碰撞或多或少总有机械能的损失,是非弹性碰撞,支持这一猜想的表达式为　　　　　　　　　(用“mA”“mB”“x0”“y0”“x1”“y1”“x2”“y2”中的量表示)。 解析:(1)由碰撞理论可知,为使入射小球不被碰回,应使入射小球的质量大于被碰小球的质量,所以放在斜槽末端的小球是B。(2)设频闪相机的两次成像的时间间隔为t,碰撞时动量守恒,有mAv0=mAv1+mBv2,由平抛规律有x0=v0t,x1=v1t,x2=v2t,代入上式可得mAx0=mAx1+mBx2。(3)若该碰撞过程为非弹性碰撞,则系统碰前的机械能大于碰后的机械能,即mA>mA+mB,整理可得mA>mA+mB。答案:(1)B　(2)mAx0=mAx1+mBx2   (3)mA>mA+mB