高中物理高考 力学实验题保分练

力学实验题保分练

1．(2019·重庆南开中学模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某小组的主要实验步骤如下：

A．将一张白纸用图钉固定在水平木板上，然后将橡皮条的一端固定在水平木板上的A点，另一端系上两根细绳套，先用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，如图所示；

B．用铅笔描下结点的位置O，并记录弹簧测力计的读数和两根细绳套的方向，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则作图求出合力F；

C．只用一个弹簧测力计，记下弹簧测力计的读数F′和细绳方向；

D．比较F′与F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同。

根据实验步骤，请完成下列有关内容。

(1)实验步骤C缺少的实验内容是____________________________________________。

(2)如图所示，初始时刻∠BOC<90°，保持结点O的位置不动，OB绳方向不变，将OC绳逆时针旋转至水平，则FOB________，FOC________。(填力大小的变化情况)

解析：(1)实验步骤C缺少的实验内容是：将结点拉到位置O。

(2)对点O受力分析，受到两个弹簧测力计的拉力和橡皮条的拉力，保持结点O的位置及OB绳方向不变，其中橡皮条长度不变，其拉力大小方向都不变，则OB的拉力一直增大，OC的拉力先减小后增大。

答案：(1)将结点拉到位置O　(2)增大　先减小再增大

2．(2019·华南师大附中三模)为了测量手机电池的质量，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，把两块质量相等的手机电池用轻质细棉线固定在带有遮光条的滑块的两侧，接通气源，调节导轨水平。把细线的一端固定在滑块上，另一端跨过定滑轮固定在钩码上。

(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L＝________mm。

(2)将附带手机电池的滑块由图甲所示位置从静止释放，在钩码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过光电门1的时间为Δt1＝7.2×10－3 s，通过光电门2的时间为Δt2＝2.3×10－3 s，遮光条从开始遮挡第一个光电门到开始遮挡第二个光电门的时间为Δt＝0.592 s，则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1＝________ m/s，经过光电门2时的瞬时速度v2＝________ m/s，手机电池的加速度a＝________ m/s2。(以上计算结果保留两位小数)

(3)已知钩码的质量为m1，滑块与遮光条的总质量为m2，重力加速度为g，则一块手机电池的质量为m＝________(用m1、m2、g和a表示)。

解析：(1)遮光条宽度L＝5 mm＋0.0×0.01 mm＝5.000 mm。

(2)滑块通过光电门1的速度为v1＝＝ m/s＝0.69 m/s，通过光电门2的速度为v2＝＝ m/s＝2.17 m/s，a＝＝ m/s2＝2.50 m/s2。

(3)对钩码、滑块、遮光条和手机电池整体，由牛顿第二定律得：m1g＝(m1＋m2＋2m)a，解得m＝－。

答案：(1)5.000　(2)0.69　2.17　2.50

(3)－

3．(2019·江苏淮安联考)如图所示，一端固定滑轮的长木板放在桌面上，将光电门固定在木板上的B点，用重物通过细线拉小车，且重物与力的传感器相连，若利用此实验装置做“探究合外力做的功与物体动能改变量的关系实验”，小车质量为M，保持小车质量不变，改变所挂重物质量m进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放(g取10 m/s2)。

(1)完成该实验时，________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。

(2)在正确规范操作后，实验时除了需要读出传感器的示数F，测出小车质量M，通过光电门的挡光时间t及遮光条的宽度d，还需要测量的物理量是________。由实验得到合外力对小车做的功与小车动能改变量的关系式为______________(用测得的物理量表示)。

解析：(1)本实验需要平衡摩擦力，如果存在摩擦力，则细线对小车的拉力就不是小车所受的合外力，则合外力的功无法具体计算。

(2)小车通过光电门的速度为v＝，根据动能定理：Fx＝Mv2－0，所以还需要测量的量是A、B的间距x，根据上式可得：合外力对小车做的功与小车动能改变量的关系式为Fx＝M2。

答案：(1)需要　(2)A、B的间距x　Fx＝M2

4．(2019·广州外国语学校模拟)一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，进行了如下实验：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一个小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示。让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，不计空气阻力，小钢球在空中飞行后落在水平地面上，水平距离为s。

(1)请你推导出弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地面高度h、小钢球飞行的水平距离s等物理量之间的关系式：Ep＝________。

(2)弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示：

根据上面的实验数据，请你猜测弹簧的弹性势能Ep与弹簧的压缩量x之间的关系为__________________。

解析：(1)由平抛运动规律有s＝vt，h＝gt2，得v＝s。由机械能守恒定律得Ep＝mv2＝。

(2)Ep与弹簧的压缩量x之间的关系为Ep与x2成正比。猜测的理由：由表中数据可看出，在误差范围内，x正比于s，又Ep＝mv2＝，所以Ep正比于x2。

答案：(1)　(2)Ep与x2成正比

5．(2019·烟台期末)某实验小组采用如图1所示的实验装置“验证动量守恒定律”：在长木板上放置甲、乙两辆小车，长木板下垫有小木块用以平衡两小车受到的摩擦力，甲车的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，纸带穿过位于甲车后方的打点计时器的限位孔。某时刻接通打点计时器的电源，推动甲车使之做匀速直线运动，与原来静止在前方的乙车相碰并粘在一起，然后两车继续做匀速直线运动。已知打点计时器的打点频率为50 Hz。

(1)现得到如图2所示的打点纸带，A为打点计时器打下的第一个点，测得各计数点间的距离AB＝8.40 cm，BC＝10.50 cm，CD＝9.08 cm，DE＝6.95 cm，相邻两个计数点之间还有四个计时点。则应选________段计算甲车碰前的速度；应选________段计算甲车和乙车碰后的共同速度(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。

(2)用天平测得甲车及橡皮泥的质量为m1＝0.40 kg，乙车的质量为m2＝0.20 kg，取甲、乙两车及橡皮泥为一个系统，由以上测量结果可求得碰前系统的总动量为________ kg·m/s，碰后系统的总动量为________ kg·m/s。

解析：(1)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个做变速运动的过程，而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。

(2)由题意可知， BC＝10.50 cm＝0.105 0 m；DE＝6.95 cm＝0.069 5 m；

碰前小车的速度为：v1＝＝ m/s＝1.05 m/s；

碰前的总动量为：p＝m1v1＝0.420 kg·m/s；

碰后小车的共同速度为：v2＝＝ m/s＝0.695 m/s；

碰后的动量为：p′＝(m1＋m2)v2＝0.417 kg·m/s。

答案：(1)BC　DE　(2)0.42　0.42(或0.417)

6.(2019·天津滨海新区三模)某同学利用如图甲所示的实验装置测量重力加速度。

(1)请指出该同学在实验操作中存在的明显错误或不当(指出一处即可)：______________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)该同学经正确操作得到如图乙所示的纸带，取连续的六个打点A、B、C、D、E、F为计数点，测得点A到B、C、D、E、F的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5。若打点的周期为T，则打E点时重物速度的表达式为vE＝________；若分别计算出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画出速度的二次方(v2)与距离(h)的关系图线，如图丙所示，则重力加速度g＝________m/s2。

解析：(1)打点计时器应接交流电源，重物释放时应紧靠打点计时器。

(2)利用匀变速直线运动的推论vE＝＝，v2＝2gh，速度的二次方(v2)与距离(h)的关系图线的斜率为18.8，所以g＝9.4 m/s2。

答案：(1)打点计时器用了直流电或释放重物前重物未靠近打点计时器　(2)　9.4

7．(2019·六盘水模拟)如图甲所示为某同学设计“探究滑动摩擦力大小与物体间压力的关系”的原理图。弹簧秤一端固定于P点，自由端系一细线，与铜块水平连接。拉动长木板，弹簧秤的读数T总等于铜块与长木板间的滑动摩擦力f。在铜块上添加砝码，改变压力N，测出每次对应的T，记录每次添加砝码的质量m与T值如下表：

(1)某同学在第3次实验时弹簧秤的示数如图乙，忘记了读数，请你读出该同学第3次弹簧秤的读数为______N。

(2)实验结果表明：滑动摩擦力的大小与正压力的大小成________(填“线性关系”或“非线性关系”)。

(3)通过表中数据可知，铜块与长木板之间的动摩擦因素为________(g＝10 m/s2，且保留两位有效数字)。

解析：(1)该同学第3次弹簧秤的读数为3.5 N。

(2)实验结果表明：滑动摩擦力的大小与正压力的大小成线性关系。

(3)设铜块的质量为M，则T＝μ(Mg＋mg)，则2.5＝μ(Mg＋0.2×10)；4.0＝μ(Mg＋0.8×10)；联立解得μ＝0.25。

答案：(1)3.5 　(2)线性关系　(3)0.25

8．(2019·江西八校联考)如图所示，某同学利用电子秤、轻质材料做成的凹形轨道，研究小球通过凹形轨道的运动，由于小球质量远大于凹形轨道的质量，下面计算中可以忽略凹形轨道的质量，已知凹形轨道最下方为半径为R的圆弧轨道，重力加速度为g。

(1)把凹形轨道放在电子秤上，小球放在轨道最低点，电子秤读数为m1。

(2)让小球从离轨道最低点高H处由静止释放，当小球通过轨道最低点时，用手机抓拍出电子秤读数为m2。

(3)根据电子秤两次读数可知，小球通过轨道最低点时的速度为________，这说明小球通过凹形轨道最低点时处于________(填“超重”“失重”或“平衡”)状态。

(4)小球从离轨道最低点高H处由静止释放到通过最低点的过程中克服摩擦力做功为________。

解析：(3)以小球为研究对象，根据牛顿第二定律得：FN－m1g＝m1

据题有：FN＝m2g

联立可得：v＝。

小球通过凹形轨道最低点时有向上的加速度，处于超重状态。

(4)小球从离轨道最低点高H处由静止释放到通过最低点的过程中，由功能原理知，小球克服摩擦力做功等于小球机械能的减少，为WF＝m1gH－m1v2＝m1gH－gR。　

答案：(3) 　超重

(4)m1gH－gR