【备战2023高考】物理总复习——专题1.3《本专题实验》练习（新教材新高考通用）

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（1）用10分度游标卡尺测量小球的直径，测量结果如图乙所示，则小球的直径__________。
（2）将小球自点由静止释放，小球通过光电门的时间为，若，则当地的重力加速度大小__________。（用相关物理量的符号表示）
（3）若考虑空气阻力的影响，且操作无误，则实验中测得的重力加速度__________（填“大于”、“小于”或“等于”）当地实际的重力加速度。
【答案】 12.3 小于
【解析】
（1）10分度游标卡尺的精确值为，图乙读数为
（2）小球通过光电门的速度为
小球从点静止释放到的过程做自由落体运动，则有
联立解得
（3）若考虑空气阻力的影响，根据牛顿第二定律可得
可知小球下落的实际加速度小于当地重力加速度，即实验中测得的重力加速度小于当地实际的重力加速度。
2．（2022·河北石家庄·模拟预测）某小组在做“探究加速度与力的关系”实验时，为了测出滑块的加速度，进行如下操作：
（1）如图甲所示，在气垫导轨上安装一个光电门并调节气垫导轨水平，滑块上固定一宽度的遮光条。实验时，将滑块从A位置由静止释放，滑块在钩码带动下加速运动，由数字计时器测得遮光条通过光电门的挡光时间，A位置与光电门间的距离，则滑块的加速度大小为________；（计算结果保留两位有效数字）
（2）一同学将具有加速度测量功能的智能手机固定在甲图中的滑块上，拆除光电门，其它条件不变，将滑块由静止释放，在智能手机上得到了加速度a随时间t变化的图像，如图乙所示，智能手机测得的加速度大小为________；（结果保留两位有效数字）
（3）在（1）和（2）中测得的加速度大小有明显差异，主要原因是________________。
【答案】 1.2 0.80 滑块上放置了智能手机，系统的质量增加，在所受合外力不变条件下，由牛顿第二定律可知加速度减小
【解析】
（1）滑块通过光电门的速度为
已知A位置与光电门间的距离，根据
解得
（2）由图乙可知，用智能手机测得的加速度大小为0.80；
（3）在（1）和（2）中测得的加速度大小有明显差异，主要原因是滑块上放置了智能手机，系统的质量增加，在所受合外力不变条件下，由牛顿第二定律可知加速度减小。
3．（2022·河南·模拟预测）某小组做“探究小车速度随时间变化规律”的实验。将纸带穿过打点计时器时，三位同学的操作分别如图中的①、②、③所示。你认为正确的操作应该是___________（选填“①”、“②”或“③”）。操作正确后得到一条纸带如图所示，丁同学在纸带上选取a、b、c、d、e五个计数点，并测量出它们的间距分别为x1、x2、、，则小车的加速度___________。（已知打点计时器电源的频率为f）
【答案】 ①
【解析】
纸带穿过打点计时器时应从限位孔穿过并使纸带放置在复写纸下方，只有①符合规范，故选①；
设每个计数点之间的时间为T，由逐差法可知小车的加速度
由于相邻计数点之间有4个点，所以
联立解得
4．（2022·浙江·模拟预测）用打点计时器测量做匀加速直线运动物体的加速度，电源频率。实验获得的纸带上如图甲所示。选出零点，每隔4个点取1个计数点，沿各计数点垂直纸带将纸带剪断；将剪得的几段纸条并排贴在坐标纸上，各纸条紧靠但不重叠；最后将各纸条上端中心位置拟合，得到图像如图乙所示。
①纵坐标表示的物理意义是（填写下面的字母选项）___________；
A．打计数点“0”时物体的速度 B．打计数点“1”时物体的速度
C．第1段纸带对应物体的平均速度 D．以上都不正确
②由图乙可知物体的加速度大小为___________（保留三位有效数字）；
【答案】 C 1.60
【解析】
①由题意可知，每一段纸带所用时间为
根据匀变速直线运动规律，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则有
可知纵坐标表示的是第1段纸带对应物体的平均速度或者第1段纸带中间时刻物体的瞬时速度，C正确，ABD错误；
故选C。
②由纸带数据可知，第1段纸带中间时刻物体的瞬时速度为
第6段纸带中间时刻物体的瞬时速度为
物体的加速度大小为
5．（2022·天津·高三专题练习）某同学做“研究匀变速直线运动”的实验．
(1)做本实验时______（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；
(2)已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，如图所示是“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中电磁打点计时器打出的纸带，图中0、1、2、3、4、5、6是按时间先后顺序标出的计数点，用刻度尺测得：， ，，，，．那么：（计算结果保留三位有效数字）
①在计时器打出点2时，小车的速度大小为______m/s；
②小车的加速度的大小为______m/s2。
【答案】 不需要 0.860 3.10
【解析】
(1)做“研究匀变速直线运动”的实验，过程中是否有摩擦力，对实验没有影响；
(2)①由于每2个点取一个计数点的纸带，所以相邻的计数点间的时间间隔为
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上2点时小车的瞬时速度大小为
②根据匀变速直线运动的逐差法公式可得
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，可得
代入数值可得
6．（2022·宁夏六盘山高级中学模拟预测）利用现代信息技术进行的实验叫做实验， 光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图所示，、分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从、间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。现有一辆小车通过光电门，计时器显示的挡光时间是，用游标卡尺测量小车上挡光片的宽度d，示数如图所示。
（1）读出挡光片的宽度___________cm，小车通过光电门时的速度大小___________m/s（结果均保留三位有效数字
（2）当小车相继通过相距L的两个光电门时，两个光电计时器上记录下的读数分别是t1和t2，则小车在这段距离中的平均加速度大小为 ___________（用题中符号表示）。
【答案】 2.98 1.49 或或
【解析】
（1）挡光片的宽度
小车通过光电门时的速度大小
（2）通过两个光电门的速度大小分别为
，
根据
可得加速度大小为
7．（2022·黑龙江·大庆市第二十三中学模拟预测）在进行“探究小车速度随时间变化的规律”实验中：
（1）图1 所示实验器材是______（填“计时”、“测速”或“测距”）的仪器．其中必须使用4--6V低压交流电源的是_____（填“甲”或“乙”）．
（2）已提供了小车、一端附有滑轮的长木板、纸带、细绳、刻度尺、导线．为了完成实验，还须从下图2中选取实验器材：______（此项为多选，请填写相应的字母符号）．
（3）实验得到一条清晰的纸带，如图3所示是截取了其中某一段纸带用刻度尺（单位：cm）测量时的情景，其中A、B、C、D、E、F为6个相邻的点迹．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz．其中计数点E所在位置的刻度尺读数为________cm，小车加速过程中E点瞬时速度大小为_______m/s．
【答案】 计时 甲 AC 8.76～8.82 1.27～1.33
【解析】
（1）图1 所示实验器材是计时的仪器．其中必须使用4--6V低压交流电源的是电磁打点计时器，即甲．
（2）已提供了小车、一端附有滑轮的长木板、纸带、细绳、刻度尺、导线．为了完成实验，还须从下图2中选取实验器材：低压电源A和打点计时器C．
（3）计数点B所在位置的刻度尺读数为8.80cm，D、F段的位移：xDF=11.60-6.40cm=5.2cm，则E点的瞬时速度等于DF段的平均速度
8．（2022·全国·模拟预测）某实验小组想通过如图所示的实验装置测定物体A（带有宽度为D的遮光片）的质量M。已知钩码的质量为m，实验时将待测物体A由静止释放，测得遮光片通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，若不计绳与滑轮间的摩擦及绳和滑轮的质量，重力加速度为g，为完成本实验还需要测量的物理量为________（写出物理量的名称及符号），由测量数据可求得物体A的加速度a=________；待测物体A的质量M=________（用加速度a及已知量表示）。
【答案】 光电门1和光电门2间的距离h
【解析】
解：实验中由测得遮光片经光电门的速度，与两光电门之间的距离，利用匀变速直线运动的速度与位移的关系式，可求得物体A的加速度，所以本实验还需要测量的物理量为光电门1和光电门2之间的距离h。
由测量数据可求得物体A经两光电门时的平均速度可近似等于瞬时速度，则有
由匀变速直线运动的速度位移的关系式则有
联立解得物体A的加速度
对物体和钩码组成的整体受力分析，由牛顿第二定律可得
解得
9．（2022·安徽·三模）某实验兴趣小组中利用光电门传感器研究自由落体运动。如图甲所示，用铁架台固定竖直长木板，光电门A、B分别固定在长木板上。AB相距s＝41cm；现从光电门A上方某高度静止释放一个小球，小球通过A、B的时间分别为Δt1＝1.50×10-2s、Δt2＝5.00×10-3s，小球直径用游标卡尺测得，如图乙所示。回答下列问题：
（1）小球直径测量结果d=________________mm。
（2）小球通过光电门A时的瞬时速度为____________（结果取三位有效数字）。
（3）物体的加速度a＝____________m/s（结果取三位有效数字）。
【答案】 15.00 1.00 9.76
【解析】
（1）由乙图可知，小球直径测量结果为
（2）小球通过光电门A时的瞬时速度为
（3）小球通过光电门B时的瞬时速度为
由运动学公式可得小球加速度为
10．（2022·湖南衡阳·三模）小明同学在用下面装置做力学实验时发现，这个装置也可以用来测量当地的重力加速度g。实验器材有小车，一端带有定滑轮的平直轨道，垫块，细线，打点计时器，纸带，频率为50Hz的交流电源，刻度尺，6个槽码，每个槽码的质量均为m。
（1）实验步骤如下：
①按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着6个槽码，改变轨道的倾角，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列等间距的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；
②保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端还悬挂5个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度a；
③减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤②；
④以取下槽码的总个数n（1≤n≤6）的倒数为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作关系图线。
（2）在进行步骤①时，需要将平直轨道左侧用垫块垫高，若某次调整过程中打出的纸带如图乙所示（纸带上的点由左至右依欢打出），则垫块应该_________（填“往左移”“往右移”或“固定不动”）；
（3）某次实验获得如图所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，则加速度大小a=______m/s2（保留三位有效数字）；
（4）测得上关系图线的斜率为k，纵轴截距为b，当地的重力加速度g=________。
【答案】 往左移 0.191
【解析】
（2）由图知，纸带上相邻计数点间距离越来越大，可知做加速运动，则垫块应该往左移；
（3）相邻计数点间的时间间隔，根据逐差法，加速度大小
；
（4）根据牛顿第二定律
整理得
根据题意
所以
11．（2022·广东·高三专题练习）在“测量重力加速度”的实验中，某同学利用图中的装置得到了几条较为理想的纸带。由于不小心，纸带都被撕断了，如图所示。已知每条纸带上每5个点取一个计数点，相邻计数点之间的时间间隔为0.1s，依打点先后编为0、1、2、3、4、……。回答下列问题：
（1）在B、C、D三段纸带中，与纸带A属于同一条的应该是______；
A、 B、 C、 D、
（2）打纸带A上点1时重物的速度大小为______m/s（保留三位有效数字）；
（3）计算得到的重力加速度大小为______m/s2（保留三位有效数字）；
（4）得到的重力加速度偏小的原因是______。
【答案】 C 3.50 9.60 打点计时器与纸带间有阻力（空气阻力、处在海拔较高位置）
【解析】
（1）根据匀变速运动的位移差公式
带入数据可得
△x=x12-x01=39.80cm-30.20cm=9.60cm
则应有
x34=x12+2△x=39.80cm+2×9.60cm=59.00cm
故ABD错误，C正确。
故选C。
（2）匀变速直线运动某段时间平均速度等于中间时刻瞬时速度，故
(3)由△x=gT2，得到
(4)重锤下落过程中，除了受重力外，还受到打点计时器对纸带的摩擦阻力、空气阻力等力，导致下落过程加速度小于重力加速度；当然也可能实在海拔较高处做实验的结果，所以重力加速度偏小。
12．（2022·四川省绵阳实验高级中学三模）在研究小车做匀变速直线运动的实验中，使用了下图所示的装置:
（1）在该实验中，下列做法正确的是______。
A．先使小车运动，再接通电源 B．该实验需要平衡摩擦力
C．打点计时器可以使用6 V的直流学生电源 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
（2）如图所示为某同学在某次实验中打出纸带的一部分，纸带上的A、B、C为三个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，A、B间的距离x1，A、C间的距离x2，则打B点时小车的速度vB=______，纸带的加速度a=______ （用 x1、x2和T表示），
（3）若打点计时器实际工作频率偏大，则根据表达式和题中数据计算出vB的结果比实际值______ （填“相等”“偏大”或“偏小”）。
（4）若打点计时器额定电压为220 V，而实际使用的电源电压为225 V，则（2）中得出的速度与物体速度的真实值相比将会______ （填“偏大”“偏小”或“没有形响"）。
【答案】 D 偏小 没有影响
【解析】
（1）A．为了更好的打点，应先接通交流电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源，选项A错误；
B．本实验不需要平衡摩擦力，选项B错误；
C．打点计时器只能使用交流电源，选项C错误；
D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，选项D正确。
故选D。
（2）打B点时小车的速度为
纸带的加速度为
（3）若计时器工作频率大于50Hz．则实际相邻计数点间的时间间隔T减小，根据，若计算时时间T仍按0.1s计算，所以按照题中给定的数据计算出的结果比实际值偏小；
（4）根据，物体的速度与打点计时器的电压大小无关，速度的测量值与物体速度的真实值相比将会没有影响。
13、（2021·全国·高考真题）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin=0.34，cs=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔∆T=0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为___________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）
【答案】 0.43 0.32
【解析】
根据逐差法有
对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有
代入数据解得
14、（2021·天津·高考真题）某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为、、、、、。
①写出小球在位置1的速度表达式___________。
②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式___________。
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是___________误差。（填“偶然”或“系统”）
【答案】 偶然
【解析】
①匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以1位置的速度为
②题中要求充分利用数据，利用逐差法求解加速度，则
解得加速度为
③读数产生的误差是人为因素造成的，属于偶然误差。
15、（2021·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为_______mm。
（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = ________m/s（结果保留小数点后两位）。
（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。( )
【答案】 31.4 0.44 见解析
【解析】
（1）根据游标卡尺的读数规则有
（2）每隔4个点取一个点作为计数点，故两计数点间有5个间隔；故两点间的时间间隔为
匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则有
（3）设绳的拉力为T，小车运动的加速度为a。对桶和砂，有
对小车，有
得
小车受到细绳的拉力T等于小车受到的合力F，即
可见，只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时，才能认为桶和砂所受的重力mg等于使小车做匀加速直线运动的合力F。
16、（2020·浙江·高考真题）在“探究加速度与力、质量的关系”和用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中
（1）都是通过分析纸带上的点来测量物理量，下列说法正确的是______
A．都需要分析打点计时器打下的第一个点 B．都不需要分析打点计时器打下的第一个点
C．一条纸带都只能获得一组数据 D．一条纸带都能获得多组数据
（2）如图是两条纸带的一部分，A、B、C、…、G是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4个打出的点未画出。其中图_____（填“甲”或“乙”）所示的是用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”的实验纸带。“探究加速度与力、质量的关系”实验中，小车的加速度大小a=_____m/s2（保留2位有效数字）。
（3）在用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中，平衡阻力后，小车与橡皮筋组成的系统在橡皮筋恢复形变前机械能_____（填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】 BC 甲 0.40 不守恒
【解析】
（1）AB．在“探究加速度与力、质量的关系”和用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中均不需要打下的第一个点，前者主要利用纸带求解加速度，后者主要研究两点间的动能的变化，无需从第一个点进行研究。故A错误，B正确；
CD．牛顿第二定律实验探究一条纸带只能求解一个加速度，找到加速度a与质量m和合外力F的一组对应关系；动能定理探究也是从一条纸带上选择两个点作为一组数据进行过程分析，故C正确，D错误。
（2）甲图中纸带后边是匀速直线运动，说明甲图应为用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验；
对乙纸带采用逐差法求解加速度：
（3）小车与橡皮筋在运动过程中，除了斜面的摩擦力外还会受到空气的阻力作用，故平衡摩擦力运动过程中机械能不守恒。s1
s2
s3
s4
s5
5.87cm
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm