2021年高考物理三轮冲刺《力学试验》练习三（含答案详解）

2021年高考物理三轮冲刺

《力学试验》练习三

1.某同学设计了如图所示的实验来验证碰撞过程中的动量守恒．轨道AOB在O处平滑相接、B右侧为粗糙水平面，有两个材料及表面粗糙程度均相同的小物块甲、乙，其质量分别为m1和m2(m1>m2)，令小物块甲从斜面上M点由静止下滑，运动至粗糙水平面上的C点速度恰好减为0，测量B、C间距为x、把小物块乙置于B点，小物块甲仍从斜面上M点由静止下滑小物块甲与小物块乙碰撞后，在粗糙水平面上的位移分别为x1、x2.

(1)为验证碰撞过程中动量守恒，是否需要测量小物块与粗糙水平面间的动摩擦因数？________(选填“是”或“否”)；小物块甲与轨道AOB间的摩擦力是否影响实验结果？________(选填“是”或“否”)．

(2)若满足关系式________________，则二者碰撞过程动量守恒．

2.某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．

(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有__________________．

(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．

A．避免小车在运动过程中发生抖动

B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰

C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动

D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力

(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法______________________________________________________________.

(4)(多选)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．

A．在接通电源的同时释放了小车

B．小车释放时离打点计时器太近

C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉

D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力

(1)某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为______N.

(2)实验时要读出A、B的示数，还要在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置、____________、____________和____________．

(3)下列实验要求中必要的是________(填选项的字母代号)．

A．弹簧测力计需要在实验前进行校零

B．细线套方向应与木板平面平行

C．需要用托盘天平测量重物M的质量

D．弹簧测力计B始终保持水平

A．记录小球位置用的横梁每次必须严格地等距离下降

B．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触

C．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线

D．实验中，记录小球位置的白纸不能移动

(2)如图为研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一部分，其背景是边长为5 cm的小方格，重力加速度g取10 m/s2.由图可知：照相机的闪光频率为________Hz；小球抛出时的初速度大小为________m/s.B点竖直方向的分速度为________m/s.(结果保留两位有效数字)

(2)某学生用如图丙所示的装置验证“力的平行四边形定则”．用一木板(贴有坐标纸)竖直放在铁架台和弹簧所在平面后．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：

如图丙，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；卸下钩码然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧秤将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧秤相应的读数．图丁中B弹簧秤的读数为________N．(弹簧秤单位：N)

该同学在坐标纸上画出了两弹簧秤拉力F1、F2的大小和方向，以及由钩码的重量画出钩码对弹簧的拉力F的大小和方向，如图戊所示，请在图戊中作出F1、F2的合力F′；观察比较F和F′，得出结论．

6.用如图甲所示的装置测量弹簧的弹性势能。将处于自然伸长状态的一根弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，初始时右端在O点；在O点右侧的B处安装一个光电门，计时器(图中未画出)与光电门相连。用带有遮光条的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，遮光条的宽度为d，并记录遮光的时间为Δt。

(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则宽度为________mm。

(2)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________(用题目中的物理量表示)。

(3)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。

A．弹簧原长l0

B．当地重力加速度g

C．滑块(含遮光条)的质量m

D．A、O之间的距离x

7.甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装置,验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。已知他们使用的小车完全相同,小车的质量为M,重物的质量为m,试回答下列问题:

(1)甲、乙、丙三个实验小组中,必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是　　　。

(2)实验时,必须满足“M远大于m”的实验小组是　　　　。 

(3)实验时,甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确,他们作出的a-F图线如图丁中A、B、C所示,则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是　　　　。 

(4)实验时,乙组同学得到的一条纸带如图戊所示,从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,打点计时器所用电源的频率为50 Hz,根据所标的测量数据可算得:小车的加速度为　　　 m/s2,打下2点时小车的速度为　　　　 m/s。 

8.同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．

实验步骤：

①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．

②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)，每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：

③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.

完成下列作图和填空．

(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0=________cm.

(2)测得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则FOA的大小为________N.

(3)根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F′的图示．

(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．

0.参考答案

1.答案：

(1)否，否；

(2)m1=m1＋m2；

解析：

无论小物块甲与轨道AOB间是否存在摩擦力、摩擦力大小如何，只要每次释放点相同，

则其每次运动至B点的速度相同，故小物块甲与轨道AOB间的摩擦力不影响实验结果，

在粗糙水平面上的运动过程由运动学公式得v=2μgx、v0=，

小物块材料及表面粗糙程度均相同，故与水平面间的动摩擦因数相同，若满足动量守恒，

则满足m1=m1＋m2，即m1=m1＋m2，因此动摩擦因数不需要测量．

2.答案为：

(1)刻度尺、天平(包括砝码)；

(2)D；

(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)；

(4)CD；

解析：

(1)根据实验原理可知，需要验证mgx=Mv2，同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平．

(2)分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项D正确．

(3)纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快)，故可知应减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)．

(4)在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项C、D正确．

(1)2.00；

(2)L1的方向　L2的方向　L3的方向；

(3)AB；

解析：本题考查“验证力的平行四边形定则”实验．(1)弹簧测力计的读数为2.00 N．(2)实验中还要记录三个拉力的方向．(3)为减小测量误差，弹簧测力计需要在实验前进行校零，A正确；为保证对结点的拉力就是弹簧测力计的示数，细绳套方向应与木板平面平行，B正确；直接用弹簧测力计测量重物M的重力即可，C错误；弹簧测力计B的拉力只要与A的拉力的合力能使重物平衡即可，不需要保持水平，D错误．

(1)BD；

(2)10，2.5，3.0；

解析：本题考查对平抛运动的研究．(1)记录小球位置的横梁不必每次严格地等距离下降，故选项A错误；实验要求小球抛出后不能接触到木板上的白纸(或方格纸)，避免因摩擦而使运动轨迹改变，故选项B正确；将球经过不同高度的位置记录在纸上后，取下纸，应用平滑的曲线把各点连接起来，故选项C错误；实验中，记录小球位置的白纸是不能移动的，避免轨迹发生改变，选项D正确．

(2)小球竖直方向的位移变化量Δy=gT2，知T=== s=0.1 s，

所以闪光的频率f==10 Hz；小球在水平方向做匀速运动，

其初速度v0== m/s=2.5 m/s；其在B点竖直方向的速度vyB== m/s=3.0 m/s.

(1)125；

(2)4.38～4.42，如图；

解析：

(1)本题考查胡克定律的应用．弹簧弹力F与伸长量Δl关系图线，由胡克定律F=kΔx可知，图线的斜率即为劲度系数，可得k=125 N/m.

(2)本题考查“验证平行四边形定则”这一实验．B弹簧的读数估读一位可得为4.40 N；作出图象如图所示．由作图可得到结论：在误差允许范围内，力的合成遵循平行四边形定则．

6.答案为：(1)2.558(2.557～2.559均可)；(2)v(3)C

解析：

(1)由题图乙可知螺旋测微器读数(宽度)为：2.5mm＋0.01mm×5.82.558mm。

(2)滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v。

(3)弹簧的弹性势能转化为滑块的动能，则：EpEkmv2，由此可知要求出弹簧的弹性势能，

还需要测量滑块(含遮光条)的质量m，故C正确。

7.答案为：

(1)甲、乙、丙；

(2)甲；

(3)C、A、B；

(4)0.16，0.36；

解析：

(1)题图甲、乙、丙所示的实验装置中,小车与长木板之间都有摩擦力,所以都需要平衡摩擦力。

(2)乙、丙两实验中,绳上的力由弹簧测力计和力传感器读出,所以不需满足M≫m。甲实验用重物的重力代替绳的拉力,必须满足M≫m。

(3)甲实验用重物的重力代替绳子的拉力,需满足M≫m,随着m的增大,不满足M≫m时,图像出现弯曲;乙、丙实验根据拉力相等时,a乙>a丙来判断乙组对应A,丙组对应B。

(4)相邻两计数点间时间间隔T=0.1s,根据Δx=aT2得,a=0.16m/s2,由v2==0.36m/s。

8.答案为：

(1)如解析图甲所示　10.0(9.8～10.1均正确)

(2)1.80(1.70～1.90均正确)

(3)如解析图乙所示 ；

(4)FOO′

解析：

(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l0=10.0 cm.

图甲                      图乙

(2)橡皮筋的长度l=OA＋OB=13.60 cm，由图甲可得F=1.80 N，所以FOA=FOB=F=1.80 N.

(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图乙．

(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论．