新教材2024高考物理二轮专题复习第三编高考夺分训练课时提升训练15力学实验（附解析）

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①用图钉将白纸固定在水平木板上．
②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________．(多选，填正确答案标号)
A．用刻度尺量出橡皮条的长度
B．用刻度尺量出两细线的长度
C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置
D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向．
④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示．
⑤比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则．
2．[2024·辽宁省教研联盟一模]某物理兴趣小组通过自由落体运动测量重力加速度．该小组利用“手机物理工坊”软件中的声学秒表功能记录物体的运动时间．该小组在铁架台上固定一个铁圈，充入空气的气球下方悬挂一个物体，放在铁圈上，如图甲所示．用针刺破气球时发出爆破音，手机上的传感器接收到声音信号开始计时，物体同时做自由下落．物体落地后发出声音，传感器再次接收到信号停止计时，记录了物体下落的时间t，如图乙所示．
(1)要想计算重力加速度，还需要测量的物理量是__________________；
(2)重力加速度的表达式为________(用测量的物理量表达)；
(3)为减少实验误差，改变铁圈的固定位置，多次测量．以t2为横坐标，________为纵坐标建立坐标系，图线的斜率为重力加速度．
3．[2023·广东惠州三模]某学习小组尝试探究弹簧所受弹力F与弹簧长度L的关系．
(1)通过多次实验，记录实验数据，描绘出如图甲所示的F­L图像．则弹簧原长L0＝____cm，弹簧的劲度系数k＝________N/m (计算结果保留三位有效数字).
(2)如图乙所示，若将该弹簧左端固定在中间带有小圆孔的竖直挡板上，弹簧右端连接细线，细线穿过圆孔，通过光滑的滑轮与钩码相连，竖直挡板固定在刻度尺0刻线处，已知每个钩码重为1.0N．当水平弹簧压缩稳定后，指针指示如图乙所示．由此可推测所挂钩码的个数为________个．(实验过程中，弹簧处于弹性限度内)
4．[2023·北京卷]用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点．
(1)关于实验，下列做法正确的是________(填选项前的字母).
A．选择体积小、质量大的小球
B．借助重垂线确定竖直方向
C．先抛出小球，再打开频闪仪
D．水平抛出小球
(2)图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程．图2为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做________运动；根据__________________，可判断A球水平方向做匀速直线运动．

(3)某同学使小球从高度为0.8m的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的________个位置．
(4)某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图3所示．根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为______．
5.[2023·辽宁大连二模]某同学利用手机“声音图像”软件测量物块与长木板间的动摩擦因数μ.实验装置如图甲所示，长木板固定在水平桌面上，物块置于长木板上且两端分别通过跨过定滑轮的细线与小球A、B相连，实验前分别测量出小球A、B底部到地面的高度hA、hB(hB>hA).打开手机软件，烧断一侧细绳，记录下小球与地面两次碰撞声的时间图像．(两小球落地后均不反弹)
(1)烧断细线前，用分度值为1cm的刻度尺测量hA，刻度尺的0刻度线与地面齐平，小球A的位置如图乙所示，则hA＝______cm；
(2)实验时烧断物块左侧的细绳，若算得A下落时间为0.40s，由图丙可知，物块加速运动的时间为________s；若将手机放在靠近小球A的地面上测量物块加速运动的时间，测量结果会________；(选填“偏大”“偏小”或“不变”)
(3)仅改变小球B实验前离地高度hB，测量不同高度下物块加速运动时间t，作出hB­t2图像如图丁所示，由图像可求得斜率为k，若小球B的质量为m，物块质量为M，重力加速度大小为g，则物块与木板间的动摩擦因数μ＝________．(用字母k、m、M、g表示)
6．[2023·湖北卷]某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验．
如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连．调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直．在木块A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m.
(1)实验中，拉动木板时________(填“必须”或“不必”)保持匀速．
(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝________．
(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留2位有效数字).
7．[2024·辽宁丹东一模]某实验小组为验证系统机械能守恒，设计了如图所示的装置，实验过程如下：
eq \(\s\up7(),\s\d5(甲))
(1)用螺旋测微器测量砝码上端固定的遮光片厚度时，螺旋测微器示数如图乙所示，则d＝________mm，测得砝码和遮光片总质量m＝0.026kg；
eq \(\s\up7(),\s\d5(乙))
(2)按图甲安装实验器材并调试，确保砝码竖直上下振动时，遮光片运动最高点高于光电门1的激光孔，运动最低点低于光电门2的激光孔；
(3)实验时，利用计算机记录弹簧拉伸量x及力传感器的读数F，画出F­x图像，如图丙所示；
eq \(\s\up7(),\s\d5(丙))
(4)测量遮光片经过光电门1的挡光时间t1＝0.0051s，弹簧的拉伸量x1＝0.04m，经过光电门2的挡光时间t2＝0.0102s，弹簧的拉伸量x2＝0.08m，以及两个光电门激光孔之间的距离h＝0.04m；
(5)遮光片从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的增加量ΔEp＝________J，系统动能的减少量ΔEk＝________J(结果保留三位有效数字，g＝10m/s2)，实验表明在误差允许范围内系统机械能守恒．
课时提升训练15
1．解析：②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向．故选CD.
③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向；
⑤比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则．
答案：②CD ③相同位置 ⑤大小和方向
2．解析：（1）根据h＝eq \f(1,2)gt2可知要计算重力加速度，还需要测量物体下端距地面的高度h；
（2）根据h＝eq \f(1,2)gt2可得g＝eq \f(2h,t2)
（3）根据h＝eq \f(1,2)gt2整理可得2h＝gt2
可知为减少实验误差，改变铁圈的固定位置，多次测量．以t2为横坐标，2h为纵坐标建立坐标系，图线的斜率为重力加速度．
答案：（1）物体下端距地面的高度h （2）g＝eq \f(2h,t2) （3）2h
3．解析：（1）当弹簧弹力为零，弹簧处于自然状态，由图可知，弹簧的原长为L0＝3.0cm
由胡克定律可知k＝eq \f(F,L－L0)＝eq \f(12,9.0－3.0)N/cm＝200N/m
（2）由图可知，该刻度尺的读数为L′＝1.50cm
由胡克定律可知F′＝k（L0－L）＝200×（3.0－1.5）×10－2N＝3N
由题可知每个钩码重G＝1N，由此可推测所挂钩码的个数为n＝eq \f(F′,G)＝3
答案：（1）3.0 200 （2）3
4．解析：（1）用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确；
本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；
实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确．故选ABD.
（2）根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动．
（3）小球从高度为0.8m的桌面水平抛出，根据运动学公式h＝eq \f(1,2)gt2，解得t＝0.4s
频闪仪每秒频闪25次，频闪周期T＝eq \f(1,25)s＝0.04s
故最多可以得到小球在空中运动个数为eq \f(t,T)＝10
（4）如图x0、y0分别表示水平和竖直方向，设重垂线与y轴间的夹角为θ，建立坐标系存在两种情况，如图所示．则沿x轴方向有x2－2x1＝－gsinθ（2T）2
y轴方向在y2－2y1＝gcsθ（2T）2
联立解得tanθ＝eq \f(2x1－x2,y2－2y1)
综上所述，重垂线方向与y轴间夹角的正切值为tanθ＝eq \f(2x1－x2,y2－2y1).
答案：（1）ABD （2）自由落体运动 A球相邻两位置水平距离相等 （3）10 （4）eq \f(2x1－x2,y2－2y1)
5．解析：（1）测量时间是通过小球落地计算，小球的底端先落地，所以应测量到小球底端距离，而不是小球的球心．那么图乙刻度尺读数为hA＝78.5cm
（2）由图丙可知，A、B两球落地时间差为0.50s，A球先下落，时间短，则B球下落时间为tB＝0.90s
即物块加速运动的时间为0.90s.
若将手机放在靠近小球A的地面上测量物块加速运动的时间，测量时间为A、B落地时间差和B落地后声音传过来时间之和，故测量结果偏大．
（3）物块和小球B一起做匀加速直线运动，由匀变速直线运动位移时间关系有hB＝eq \f(1,2)at2
由牛顿第二定律有mg－μMg＝（m＋M）a
整理可得hB＝eq \f(mg－μMg,2（m＋M）)·t2
结合hB­t2图像可得k＝eq \f(mg－μMg,2（m＋M）)
解得μ＝eq \f(mg－2k（m＋M）,Mg)
答案：（1）78.5 （2）0.90 偏大 （3）eq \f(mg－2k（m＋M）,Mg)
6．解析：（1）木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关，则实验拉动木板时不必保持匀速；
（2）对木块、砝码以及重物B分析可知
μ（mA＋nm0）g＋mg＝mBg
解得m＝mB－μ（mA＋nm0）
（3）根据m＝mB－μmA－μm0·n
结合图像可知μm0＝eq \f(59－19,5)＝8
则μ＝0.40
答案：（1）不必 （2）mB－μ（mA＋nm0） （3）0.40
7．解析：（1）螺旋测微器的分度值为0.01mm，则遮光片厚度为d＝2mm＋4.0×0.01mm＝2.040mm
（5）遮光片从光电门1运动到光电门2的过程中，弹性势能增加量ΔEp1＝eq \f(0.2＋0.4,2)×0.04J＝0.012J
重力势能减小量ΔEp2＝mg（x2－x1）＝0.0104J
系统势能的增加量ΔEp＝Ep1－Ep2＝1.60×10－3J
通过光电门的速度v＝eq \f(d,t)
系统动能的减少量ΔEk＝eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t1)))eq \s\up12(2)－eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,t2)))eq \s\up12(2)＝1.56×10－3J
答案：（1）2.040 （5）1.60×10－3 1.56×10－3