2021届高考物理二轮复习专题强化双击训练 专题十八 力学实验 B卷

2021届高考物理二轮复习专题强化双击训练

专题十八 力学实验 B卷

1.某实验小组用如图1所示装置做“研究匀变速直线运动”实验.打点计时器所接交流电的频率为50 Hz.

（1）实验必须做到的是________.

A.钩码的质量远小于小车的质量 B.垫高长木板没有定滑轮的一端，平衡摩擦力

C.小车释放前靠近打点计时器 D.连接小车的细绳平行于长木板

（2）调节好实验装置，进行正确操作，打出的纸带如图2所示，在纸带上取计数点，相邻两个计数点间还有四个计时点未画出，由图中的数据可知，打点计时器打下C点时小车运动的速度大小是__________m/s，小车运动的加速度大小是______.（计算结果均保留两位有效数字）

（3）如果交流电的频率实际只有49 Hz，则测得的小车的加速度比实际值_________（填“大”或“小”）.

2.某同学设计了如图甲所示的装置来探究小车的加速度与所受合力的关系。将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数，以此表示小车所受摩擦力的大小。再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数。

（1）打点计时器接通频率为50 Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度________。

（2）改变小桶中细砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与合力的关系图像。不计纸带与打点计时器间的摩擦。下列图像中可能正确的是_______。

A. B. C. D.

（3）同一次实验中，小车释放前传感器示数与小车加速运动时传感器示数的关系是_______（选填“<”“=”或“>”）。

（4）关于该实验，下列说法中正确的是(   )

A.小车和传感器的总质量应远大于砂桶和砂的总质量

B.实验中需要将长木板右端垫高

C.实验中需要测出小车和传感器的总质量

D.用加砂的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，可更方便地获取多组实验数据

3.“研究平抛物体的运动”实验的装置如图甲所示。小球从斜槽上滚下，经过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，使小球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一点。通过多次实验，在竖直白纸上记录小球所经过的多个位置，用平滑曲线连起来就得到小球做平抛运动的轨迹。

（1）实验所需的器材有：白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片，除此之外还需要的一项器材是_________。

A.天平 B.秒表 C.刻度尺

（2）在此实验中，小球与斜槽间有摩擦________（选填“会”或“不会”）使实验的误差增大；如果斜槽末端点到小球落地点的高度相同，小球每次从斜槽滚下的初始位置不同，那么小球每次在空中运动的时间______（选填“相同”或“不同”）。

（3）如图乙所示是在实验中记录的一段轨迹。已知小球是从原点O水平抛出的，经测量A点的坐标为，g取，则小球平抛的初速度______m/s，若B点的横坐标为，则B点的纵坐标为________m。

（4）一同学在实验中采用了如下方法：如图丙所示，斜槽末端的正下方为O点。用一块平木板附上复写纸和白纸，竖直立于正对槽口前的处，使小球从斜槽上某一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹A。将木板向后平移至处，再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹B。间的距离为，间的距离为，间的高度差为y。则小球抛出时的初速度为_______。

A. B. C. D.

4.某实验小组用如图所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系.铁架台固定在水平桌面上，将足够长的薄长木板倾斜放置，一端固定在水平桌面边缘P处，另一端放置在铁架台的铁杆上，忽略铁杆粗细，P处放置一光电门（未画出）.实验步骤如下：

①用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，用天平测出滑块的质量m；

②平衡摩擦力：以P处为长木板的转动中心，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动.在铁架台竖直杆上记下此位置，用刻度尺测出到水平桌面的高度H；

③长木板一端保持在P处，另一端放置在铁架台竖直杆位置，用刻度尺量出、的距离，将滑块从木板上的位置由静止释放，记录挡光片的挡光时间；

④保持长木板一端在P处，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤③数次.

Ⅰ.滑块沿长木板由运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题（已知重力加速度为g）.

（1）滑块动能的变化量______.

（2）滑块克服摩擦力做的功________.

（3）合力对滑块做的功_________.

Ⅱ.某考生以木板在铁架台竖直杆上的放置位置到的距离h为横轴，以滑块通过光电门时的挡光时间t的倒数的平方为纵轴，根据测量数据在坐标系中描点画出图线，若图线为过原点的直线，且图线斜率____________，则能证明合外力做的功等于物体动能的变化量.

5.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，可提供输出电压为6 V的交流电和直流电两种，交流电的频率为50 Hz，重锤从高处由静止开始下落，在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律.

（1）他进行了下面几个操作步骤：

A.按照图示的装置安装器件；

B.将打点计时器接到电源的“交流输出”上；

C.用天平测出重锤的质量；

D.先释放纸带，后接通电源，打出一条纸带；

E.测量纸带上某些点间的距离；

F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.

其中操作不当的步骤是________没有必要进行的步骤是_______.（填选项字母）

（2）该同学进行正确操作后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示.其中O点为起始点，为六个计时点.根据纸带上的测量数据分析可知，打B点时重锤的速度为__________m/s，重锤的加速度为_____.（保留三位有效数字）

（3）该同学通过计算数据及查阅资料发现，重锤的加速度与当地的重力加速度相差较大，为此他对实验设计进行了改进，用如图丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律.通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束.

则小铁球通过光电门时的瞬时速度________.如果满足关系式_________，就可验证机械能守恒定律.

6.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律及测定平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数的实验.在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，A点右侧为光滑水平面，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g.采用的实验步骤如下：

A.在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；

B.用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量；

C.在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上；

D.烧断细线后，瞬间被弹开，向相反方向运动；

E.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间；

F.滑块a最终停在C点（图中未画出），用刻度尺测出之间的距离；

G.小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘垂线与B点之间的水平距离；

H.改变弹簧压缩量，进行多次测量.

（1）用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为_____mm；

（2）该实验要验证动量守恒定律，则只需验证弹开后的动量大小相等，即a的动量大小_________等于b的动量大小__________；（用上述实验所涉及物理量的字母表示）

（3）改变弹簧压缩量，多次测量后，该兴趣小组得到的距离与，的关系图象如图丙所示，图象的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为________.（用上述实验数据字母表示）

7.为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按照下述步骤进行实验：

步骤1：在的相撞面分别装上橡皮泥，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；

步骤2：安装如图1所示实验装置，铝质长轨道的左端是倾斜轨道，右端是长直水平轨道。倾斜轨道和水平轨道由一小段圆弧连接，轨道被固定在水平桌面上，在轨道的侧面与水平轨道等高且适当远处安装一台数码频闪照相机；

步骤3：让滑块B静置于水平轨道的某处，滑块A从倾斜轨道某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到停止运动，得到一张多次曝光的照片；

步骤4：多次重复步骤3，得到多张照片，挑出其中最理想的一张，去掉B滑块只剩下A滑块，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图2所示。

（1）经过分析可知，滑块A与滑块B发生碰撞的位置_________。

①在之间 ②在处 ③在之间

（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是______________。

①两个滑块的质量

②滑块A释放时距水平轨道的高度

③频闪照相的周期T

④照片尺寸和实际尺寸的比例

⑤照片上测得的和

⑥照片上测得的和

⑦滑块与水平轨道间的动摩擦因数

写出验证动量守恒定律的表达式______________。

8.某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。

（1）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离______cm；

（2）测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间和，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要测量的一个物理量是_________；

（3）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？__________（填“是”或“否”）。

答案以及解析

1.答案：（1）CD

（2）0.96；2.4

（3）大

解析：（1）研究匀变速直线运动时，不需要平衡摩擦力，不需要满足钩码的质量远小于小车的质量，A、B项错误；为了能多打出一些点便于数据处理，小车释放前应靠近打点计时器，C项正确；为了使小车能做匀变速运动，连接小车的细绳应平行于长木板，D项正确.

（2）根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，有

小车运动的加速度.

（3）如果交流电的频率实际只有49 Hz，则测量计算时所用频率偏大，由知计算所得的加速度偏大.

2.答案：（1）0.16

（2）B

（3）>

（4）D

解析：（1）小车的加速度

。

（2）由题意易知，描绘的小车加速度a与合力的关系图像，相当于已平衡摩擦力后描绘的小车加速度与作用力关系图像，且均为小车受到的力，可由力传感器直接得出，故图像应为过原点的倾斜直线，B项正确。

（3）小车加速运动时绳的拉力小于砂和砂桶的总重力（等于车静止时绳的拉力），故。

（4）本实验中力的大小可由力传感器直接得出，不需要使小车和传感器的总质量远大于砂和砂桶的总质量，A项错误；用加砂的方法改变拉力的大小，每次砂的质量可增加得很少，而挂钩码每次质量增加得多，故前者可更方便地获取多组实验数据，D项正确；用力传感器测出了摩擦力，不需要平衡摩擦力，B项错误；本实验是探究小车的加速度与合力的关系，只要保持小车和传感器的总质量不变，不需要测出它们的具体数值，C项错误。

3.答案：（1）C

（2）不会；相同

（3）2；0.45

（4）A

解析：（1）此实验中只需描绘出小球做平抛运动的轨迹，根据轨迹进行计算，本实验还需要刻度尺，故选C。

（2）只要小球从同一高度、无初速开始运动，在相同的情形下，即使小球与槽之间存在摩擦力，由于每次摩擦力的影响相同，仍能保证小球做平抛运动的初速度相同，对实验没有影响，所以在此实验中，小球与斜槽间有摩擦不会使实验的误差增大；如果斜槽末端点到小球落地点的高度相同，那么小球每次在空中运动的时间相同。

（3）到达A点的时间，小球平抛的初速度；到达B点的时间，B点纵坐标为。

（4）在竖直方向上：，水平方向上：，联立解得小球抛出时的初速度，故选A。

4.答案：Ⅰ.（1）

（2）

（3）

Ⅱ.

解析：Ⅰ.（1）由于挡光片宽度很小，滑块通过光电门的速度近似为，滑块动能的变化量.

（2）滑块从位置释放匀速下滑时，由动能定理有，且，得（x为P到铁架台竖直杆的距离，θ为此时长木板的倾角），从释放时，设长木板的倾角为α，长度为，则克服摩擦力做功为，，故.

（3）合力做的功.

Ⅱ.由动能定理，有

整理得，故图线斜率.

5.答案：（1）D；C

（2）1.84；9.31

（3）；

解析：（1）实验时应先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，D操作不当；在处理实验数据时，m可约去，不需要用天平测重锤的质量，C没有必要.（2）匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小为；由逐差法得.（3）光电门测速度的原理是用短时间内的平均速度代替瞬时速度，因此有.若满足，即，就可验证机械能守恒定律.

6.答案：（1）2.550

（2）；

（3）

解析：（1）螺旋测微器的固定刻度读数为2.5 mm，可动刻度读数为，所以最终读数为.

（2）烧断细线后，a向左运动，经过光电门.根据速度公式可知，a经过光电门的速度大小为，故a的动量大小为离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得，解得，故b的动量大小为.

（3）对滑块a由光电门向左运动过程分析，则有，经过光电门的速度大小，由牛顿第二定律可得，联立可得，则由图象可知.

7.答案：（1）②

（2）①⑥；

解析：（1）由题图2可知，，，根据匀变速直线运动的规律可知相撞的位置在处，故②正确。

（2）设碰撞前滑块A在的速度分别为，碰撞后，滑块整体在的速度分别为，则，，又，得到碰撞前滑块A速度，同理，碰撞后整体的速度，原来需要验证的方程为，联立以上方式得：，即需要验证的表达式，需要直接测量的物理量是两个滑块的质量及和，故①⑥正确。

8.答案：（1）50.0

（2）滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M

（3）否

解析：（1）从题图中刻度尺可得光电门1为20.0 cm，光电门2为70.0 cm，所以两光电门中心之间的距离；

（2）由于光电门的宽度d很小，所以平均速度可近似等于瞬时速度，滑块通过光电门1速度为，滑块通过光电门2速度为；根据动能定理需要验证的关系式为，可见还需要测量出M，即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量；

（3）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码盘和砝码的总重力作为滑块、挡光条和拉力传感器的拉力，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。