2021届高三物理二轮复习实验部分力学实验专题（含解析）

这是一份2021届高三物理二轮复习实验部分力学实验专题（含解析），共22页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。
在“探究求合力的方法”的实验中，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列说法是正确的是______。
A.将橡皮条拉伸相同长度即可
B.将橡皮条沿相同方向拉即可
C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度
D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是______。
A.两细绳必须等长
B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧测力计同时拉细绳时，两弹簧测力计示数之差应尽可能大
D.拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
(3)甲、乙两位同学在实验中得到如图所示的实验结果，若F表示用平行四边形定则得到的F1、F2的合力，F′表示F1和F2的等效力，则可以判断______(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的。
(4)由于实验室器材不足，小黄做实验时，只拿到了一个示数准确的弹簧测力计。小黄很想做实验，于是他在实验室的角落中，找到了另一个弹簧测力计，但不知示数是否准确。请你帮助小黄，设计一个尽可能简单、方便的实验，验证新找到的弹簧测力计是否准确。你可以使用实验室中的常见器材。请简要地写出实验思路：______。
某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图甲所示，则由图线可知：
(1)弹簧的劲度系数为_______N/m。
(2)为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，两位同学分别设计了如图乙、丙所示的两种方案。
①为了用某一弹簧测力计的示数表示两木块A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案_______(填“乙”或“丙”)更合理。
②若两木块A和B的重力分别为10.0N和20.0N，当木块A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0N，弹簧测力计b的示数为11.0N，弹簧测力计c的示数为4.0N，则两木块A和B间的动摩擦因数为_______。
程翀同学利用如图所示的装置来验证平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：
(1)改变钩码个数，实验能完成的是___(填正确答案标号)。
A.钩码的个数N1=N2=2，N3=4
B.钩码的个数N1=N3=3，N2=4
C.钩码的个数N1=N2=N3=4
D.钩码的个数N1=3，N2=4，N3=8
(2)在作图时，你认为下图中____是错误的。(填“甲”或“乙”)
在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，得到轻质弹簧的弹力F大小和弹簧长度L的关系图象如图5所示，则由图线可知：
图5
(1)弹簧的原长是________ cm；
(2)弹簧的劲度系数为________ N/m；
(3)表示弹簧处于压缩状态的是图线________．
如图所示，将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度是0.1N的弹簧测力计。在弹性限度内保持橡皮筋伸长不变的条件下，沿着两个不同方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到O点，两根细绳互相垂直，如图所示。
(1)由图可读出弹簧测力计乙的拉力大小应该为________N。(只需读到0.1N)
(2)则本题中甲、乙两弹簧秤拉力的合力为________N。
一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：

(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的F−x图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的弹性系数k=______N/m.当指针如图乙所示，弹簧秤的示数F=______N．
(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是______．
A.a的原长比b的长 B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小 D.测得的弹力与弹簧的长度成正比．
李明和张华同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小。
①有关此实验，下列叙述正确的是______ 。
A.本实验采用的科学方法是理想实验法
B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力
C.两次拉橡皮筋时，把橡皮筋拉到相同的长度，效果也是一样的
D.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同
②如图是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中______ (填学生的姓名)的实验比较符合实验事实(力F′是用一个弹簧测力计拉时的拉力)。
在做“互成角度的共点力合成”的实验中：

(1)如图1所示，实验步骤如下：
①在水平放置的木板上，固定一张白纸；
②把橡皮筋的一端固定在O 点，另一端栓两根带套的细线，细线和橡皮筋的交点叫做结点；
③在纸面离O 点比橡皮筋略长的距离上标出A点；
④用两个弹簧秤分别沿水平方向拉两个绳套，把结点拉至A点，如图1，记下此时两力F1和F2的方向和大小；
⑤改用一个弹簧秤沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至A点，记下此时力F的方向和大小；
⑥拆下弹簧秤和橡皮筋。
⑦用作图法作出F1、F2和F；
下面应继续进行的实验步骤为：____________________________
(2)实验小组甲和实验小组乙得出的数据处理图分别如图2甲和乙，则实验小组______(填“甲”或“乙”)得出的结果更符合实验事实。
(3)在符合实验事实的数据处理图中，_________是F1与F2合成的理论值；_________是F1与F2合力的实际值。(填“F”或“F＇”)
(4)实验小组丙研究了如图3所示的办法：使弹簧秤Ⅱ从图示位置开始顺时针方向缓慢转动到竖直位置，若保持F1的方向不变，且结点始终位于A点，那么，在该过程中弹簧秤Ⅰ和Ⅱ的读数的变化情况是___________。A. F1增大，F2减小
B. F1减小，F2增大
C. F1增大，F2先增大后减小
D. F1减小，F2先减小后增大
(5)本实验采用的科学方法是_________。
A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.建立物理模型法
某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验。
(1) 将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在_____(选填“水平”或“竖直”)方向。
(2) 他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线(不计弹簧的重力)。由图线可得弹簧的原长x0 =_______cm，劲度系数k=________N/cm，他利用本实验原理把图甲中的弹簧做成一把弹簧秤，当示数如图丙所示时，该弹簧的伸长量Δx=_______cm。
为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律，同学们设计了如图所示的实验装置。他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计(不计质量及长度)固定在相距为D的两立柱上，固定点分别为P和Q，P低于Q，绳长为L(L > PQ)。他们首先在绳上距离P点10cm处(标记为C)系上质量为m的重物(不滑动)，由测力计读出PC、QC的拉力大小TP、TQ。随后，改变重物悬挂点C的位置，每次将P到C的距离增加10cm，并读出测力计的示数，最后得到TP、TQ与绳长PC的关系曲线如图所示。由实验可知：
(1)曲线Ⅱ中拉力最大时，C与P点的距离为___cm，该曲线为___(选填：TP或TQ)的曲线。
(2)重物从P移到Q的整个过程中，受到最大拉力的是______(选填：P或Q)点所在的立柱。
(3)曲线Ⅰ、Ⅱ相交处，可读出绳的拉力为T0=_____N，它与L、D、m和重力加速度g的关系为T0= _______________________。
如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究“在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验。
(1)实验中还需要的测量工具有：________。
(2)如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x。由图可知：图像不通过原点的原因是________；弹簧的劲度系数k=________N/m(计算结果保留2位有效数字，重力加速度g取9.8m/s2)。
(3)如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，作出弹簧弹力F与弹簧长度L的F−L图像，下列说法正确的是( )
A.a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小 D.弹力与弹簧长度成正比
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1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg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9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为______N/m(保留3位有效数字)。
在“探究求合力的方法”的实验中。
(1)橡皮筯的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮筯的另一端拉到某一确定的点“O”，时其合力用F表示。再用一个弹簧秤将橡皮筯拉到同一点“O”时，其拉力用F′表示，则下面作图形正确的是______(选填“甲”或“乙”)。
(2)本实验采用的科学方法是______(填字母代号)。
A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.理想模型法
某同学要利用身边的粗细两种弹簧制作弹簧秤，为此首先各取一根弹簧进行了探究弹力和弹簧伸长量关系的实验，根据测得的数据绘出如图所示的图象，从图象上看：
(1)该同学得出的图象上端弯成曲线，则图象上端弯曲的原因是___________________________；
(2)较细的甲弹簧的劲度系数kA________N/m，较粗的乙弹簧的劲度系数kB=________N/m；
(3)若用甲、乙两种弹簧分别制作精确程度较高的弹簧秤，则这两种弹簧秤的量程分别不能超过__________N和__________N．
某同学制作了一个可用电流表直接显示拉力大小的拉力器，原理图如图甲所示。R1是一根长为20 cm、阻值为20 Ω的粗细均匀的电阻丝，劲度系数未知的轻弹簧左端固定，右端连接金属滑片P和绝缘拉环，拉环不受拉力时，滑片P恰好位于电阻丝的a端。闭合开关S，在弹簧弹性限度内，对拉环施加水平拉力，使滑片P滑到b端，调节电阻箱R0使电流表满偏。已知电源电动势E=6 V，内阻r=2 Ω，电流表的量程为0.6 A，内阻不计，滑片P与R1接触良好且不计摩擦。
(1)当滑片P滑到b端，使电流表满偏时，电阻箱R0接入电路的阻值为________Ω。
(2)电流表的刻度标为拉力值时，拉力刻度值的分布是________(填“均匀”或“不均匀”)的。
(3)若知电流的倒数1I与拉力值F关系图象如图乙所示，电流表为理想电流表，则弹簧的劲度系数为________N/m。
(4)若电流表的内阻不可忽略，则(3)问中图象的斜率________(填“变大”“变小”或“不变”)。
某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数(遵循胡克定律且实验中弹力始终未超过弹性限度)，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为L0的橡皮筋的上端固定在O点，下端挂一重物。用与白纸平行的水平力(由拉力传感器显示其大小)作用于N点，静止时记录下N点的位置a，请回答：
(1)若拉力传感器显示的拉力大小为F，用刻度尺测量橡皮筋ON的长为L及N点与O点的水平距离为x，则橡皮筋的劲度系数为_____________________(用所测物理量表示)。
(2)若换用另一个原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时N点的位置b，发现O、a、b三点刚好在同一直线上，其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是_________。
A.第二次拉力传感器显示的拉力示数较大
B.两次拉力传感器显示的拉力示数相同
C.第二次所用的橡皮筋的劲度系数小
D.第二次所用的橡皮筋的劲度系数大
答案和解析
1.【答案】 【解答】(1)力的三要素指大小、方向、作用点。当橡皮条和绳的结点到相同位置时作用力的效果相同。故填D；
(2)当弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行时，保证合力、分力共面；标记同一细绳方向的两点要远些，保证方向准确。故填BD；
(3)用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条，是合力的效果。故填甲；
(4)牛顿第三律具体应用，将两弹簧测力计挂钩相钩，并沿同一直线朝两端拉，若两弹簧测力计的示数相同，则说明弹簧测力计示数准确。
【解析】【试题解析】
本题考查平面内探究求合力的方法”，理解力的效果相同是关键。
2.【答案】(1)300
(2)①乙 ②0.3
【解析】
【分析】
(1)由弹簧的长度L和弹力f大小的关系图象，读出弹力为零时弹簧的长度，即为弹簧的原长；由胡克定律求出弹簧的劲度系数；
(2)①乙丙两种方案，在拉着物体A运动的过程中，拉A的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不是很准，弹簧测力计a是不动的，指针稳定，便于读数，所以乙方案更合理；
②在不同的情况下接触面受到的正压力的大小不同，根据动摩擦力与摩擦力因数的关系即可解答。
本题主要考查胡克定律，胡克定律公式F=kx中，x是弹簧伸长或压缩的长度，不是弹簧的长度；关键明确实验原理，根据平衡条件和动摩擦力与摩擦力因数的关系列式求解。
【解答】
(1)由图读出，弹簧的弹力F=0时，弹簧的长度为L0=20cm，即弹簧的原长为20cm，由图读出弹力为F0=60N，弹簧的长度为L=40cm，弹簧压缩的长度x0=L−L0=40−20cm=20cm=0.2m；由胡克定律得弹簧的劲度系数为k=Fx0=600.2N/m=300N/m；
(2)①乙丙两种方案，在拉着物体A运动的过程中，拉A的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不是很准，弹簧测力计a是不动的，指针稳定，便于读数，所以乙方案更合理；
②由于弹簧测力计a示数为6.0N，所以A、B间的动摩擦因数μ=fFN=0.30；
故答案为：(1)300；(2)①乙； ②0.30。
3.【答案】(1)BC；
(2)乙
【解析】
【分析】
(1)两头挂有钩码的细绳跨过两光滑的固定滑轮，另挂有钩码的细绳系于O点(如图所示).由于钩码均相同，则钩码个数就代表力的大小，所以O点受三个力处于平衡状态，由平行四边形定则可知：三角形的三个边表示三个力的大小；
(2)作图中，力F3应是竖直向下的，而F1、F2的合力遵从平行四边形定则，由于存在误差，F1、F2的合力方向与力F3不在同一直线上，故甲图是正确的，而乙图是错误的。
【解答】(1)对O点受力分析如下所示：
OA、OB、OC分别表示三个力的大小，由于三共点力处于平衡，所以OC等于OD.因此三个力的大小构成一个三角形．
A.以钩码的个数表示力的大小，则不能构成三角形，故A错误；
B.以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等腰三角形，故B正确；
C.以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等边三角形，故C正确；
D.以钩码的个数表示力的大小，则三力不能构成三角形，故D错误。
故选BC。
(2)作图中，力F3应是竖直向下的，而F1、F2的合力遵从平行四边形定则，由于存在误差，F1、F2的合力方向与力F3不在同一直线上，故甲图是正确的，而乙图是错误的。
故答案为：(1)BC；(2)乙
4.【答案】(1)10；(2)200；(3)b。
【解析】
【分析】
(1)弹力为零时，弹簧处于原长；
(2)弹簧弹力与形变量成正比，大小与劲度系数有关，公式F=kx，在F−x图象中，斜率表示劲度系数；
(3)当弹簧长度小于原长时，处于压缩状态；
本题比较简单，结合图象考查了胡克定律的基础知识，是一道考查基础知识的好题。
【解答】
(1)当 F=0时，弹簧长度为原长，由题图得，原长为10cm；
(2)由公式F=kx得k=Fx=ΔFΔx=10(15−10)×10−2N/m=200 N/m；
(3)当弹簧长度小于原长时，处于压缩状态，故是图线b。
故答案为：(1)10；(2)200；(3)b。
5.【答案】(1)4.0；(2)5.0．
【解析】
【分析】
本题考查弹簧秤的读数及力的合成，读数时要注意精度及题目的要求，注意掌握利用三角形定则求合力。
(1)先得出弹簧秤的最小分度，再由指针的位置读出拉力的示数；
(2)两力互相垂直，利用勾股定理求合力。
【解答】
(1)由图可知，弹簧秤的最小分度为0.1N，则弹簧测力计乙拉力大小为：4.0N；
(2)由图可知，弹簧测力计甲的拉力F1=3.0N、F2=4.0N，F1、F2相互垂直，因此有：
F=F12+F22=5.0N。
故答案为(1)4.0；(2)5.0。
6.【答案】(1)25；3.0；(2)B 。
【解析】
【分析】
考查了胡克定律，注意F−l图象的认识，要理解在图象中斜率表示弹簧的劲度系数k，横截距表示弹簧的原长。
【解析】
(1)在F−x图象中斜率代表弹簧的劲度系数，则k=ΔFΔx=60.24N/m=25N/m，
在乙图中弹簧秤的示数F=3.0N。
(2)A.在丙图中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b的原长大于a的原长，故A错误；
BC.斜率代表劲度系数，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B正确，C错误；
D.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误
故选：B。
7.【答案】D 张华
【解析】解：①A、在“验证力的平行四边形定则”的实验中采用了两个力合力与一个力效果相同来验证的平行四边形定则，因此本实验采用的科学方法是等效替代法，故A错误；
B、两弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B错误；
CD、两次拉橡皮筋时，为了使两次达到相同的效果，橡皮筋结点必须拉到同一位置O，不能只拉长到相同长度，故C错误，D正确。
故选：D。
②该实验中F是由平行四边形定则得出的合力，而F′是通过实际实验得出的，故F′应与橡皮筋在同一直线上，而F与F1、F2组成平行四边形，故张华同学所得比较符合实验事实。
故答案为：①D；②张华。
在“验证力的平行四边形定则”的实验中采用了两个力合力与一个力效果相同来验证的平行四边形定则，因此采用“等效法”，注意该实验方法的应用，根据实验的原理和数据的处理方法可知各图是否符合实验事实。
本实验采用的是等效替代的方法，即一个合力与几个分力共同作用的效果相同，可以互相替代，处理实验问题应准确把握实验的原理和数据的处理方法，本实验中应注意两个合力的来源。
8.【答案】1用平行四边形法则作出F1、F2的合力F′，比较F 与F′并得出结论；
2甲；
3F′；F ；
4D；
5B。
【解析】
【分析】
1因为要用平行四边形研究合力与分力的关系，所以需要作出F1、F2的合力F′，比较F 与F′并得出结论；
2用一根弹簧称单独作用时，其力的方向一定与橡皮筋伸长的方向在一条直线上；
3F1与F2通过平行四边形进行合力后的合力F′是理论值，用一根弹簧称拉橡皮筋的力F 是实际值；
4因为两根弹簧称的合力是不变的，所以可作出力的示意图，可观察到两个力的变化情况；
5实验中是用两根弹簧称使橡皮筋伸长再用一根弹簧称使橡皮筋伸长相同的长度，其效果是相同的。
注意实验原理与实验过程是分析与求解的关键。
【解答】
1将力的大小与方向确定后需要用平行四边形法则作出F1、F2的合力F′，比较F 与F′并得出结论；
2由二力平衡可知用一根弹簧称作用时，弹簧称拉力与橡皮筋拉力等大共线，故甲符合事实；
3F1与F2通过平行四边形进行合力后的合力F′是理论值，需要与用一根弹簧称拉橡皮筋的力F 这一实际值进行比较分析，如果在误差允许范围内，则验证了平行四边形定则；
4由平衡条件可知，两根弹簧称的拉力的合力与橡皮筋拉力等大反向，由作图法可以判断出F1减小，F2先减小后增大，且当两力垂直时，F2最小。故ABC错误，D正确。
故选D。
5两次拉橡皮筋时均使橡皮筋伸长相同的长度，所以产生的效果是相同的，故ACD错误，B正确。
故选B。
故答案为：1用平行四边形法则作出F1、F2的合力F′，比较F 与F′并得出结论；2甲；3F′；F；4D；5B。
9.【答案】(1)竖直；(2)4； 0.5；6。
【解析】
【试题解析】
【分析】
(1)弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须竖直；
(2)弹簧处于原长时，弹力为零；根据胡克定律F=k△x求解劲度系数；直接从弹簧秤得到弹力，即可求解。
本题关键是明确实验原理，然后根据胡克定律F=k△x并结合图象列式求解，不难，注意胡克定律的适用范围。
【解答】
(1) 刻度尺应该和弹簧平行，弹簧竖直，则刻度尺也应竖直；
(2)弹簧原长为图线与横轴的交点的读数，x0=4cm；劲度系数为图线的斜率，k=8−020−4N/cm=0.5N/cm；
因为弹簧秤上的示数为3.0N，由F=kΔx可得：Δx=Fk=。
故答案为：(1)竖直；(2)4； 0.5；6。
10.【答案】(1) 60(56−64均可)，TP；
(2) Q；
(3)4.30(4.25−4.35均可)，mgL2L2−D2
【解析】
【分析】
选取结点C为研究的对象，对它进行受力分析，根据结点C的受力即可判断．
该题属于信息给予题，考查学生获取信息的能力和利用数学知识解决物理问题的能力，是一道考查能力的好题．
【解答】
(1)选取结点C为研究的对象，受力如图，
水平方向：TPsinα=TQsinβ
竖直方向：TPcsα+TQcsβ=mg ①
由图可得，当：α=β时，两个绳子上的拉力相等，此时由图可得，该处离P比较近．
又：C到P与Q的距离相等时，受力如图：
水平方向仍然满足：TPsinα=TQsinβ
由于α>β
所以：TP