2023届高考物理（广东、浙江、海南）二轮专题分层突破训练16：力学实验（含答案）

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1、专题分层突破练16力学实验A组1.(2022山东省实验中学模拟预测)(1)某同学买了一辆电动自行车,骑了一段时间后发现电动车减震弹簧的减震效果不好。该同学将减震弹簧卸下,然后把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0,他将刻度尺零刻度对准弹簧一端,另一端位置如图甲所示,读数为 cm。甲(2)该同学想测量减震弹簧的劲度系数。他先把弹簧竖直放在水平桌面上,在上端压上一只10 kg的哑铃,每增加一只哑铃均记下此时哑铃的个数和对应的弹簧的长度L,如下表所示。请你在图乙坐标图中描点,作出F-L图线,并通过图线确定该弹簧劲度系数为k= N/m(g取10 m/s2)。F/N100200300400L/c

2、m5.004.504.003.80乙2.(2022山西太原高三一模)在用图甲所示的装置测当地的重力加速度时,进行了如下操作,完成步骤中的填空:甲乙(1)安装器材时,将长木板的右侧适度垫高,(选填“挂上”或“不挂”)砂桶,轻推小车,使小车恰能匀速运动;(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示。已知打点计时器的频率为50 Hz,相邻两计数点间还有四个点未画出,则小车的加速度a= m/s2(保留两位有效数字);(3)不改变砂及砂桶质量,在小车上增减砝码改变小车的总质量m,重复步骤(2),测得多组数据描绘出1a-m图像。已知图线的斜率为k、纵截距为b,则当地的重力加速度为(用物理量的符号表示)。3.(20

3、22浙江卷)(1)“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示,长木板水平放置,细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分,以计数点O为位移测量起点和计时起点,则打计数点B时小车位移大小为 cm。由图3中小车运动的数据点,求得加速度为 m/s2(保留两位有效数字)。图1图2图3利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验,需调整的是。A.换成质量更小的小车B.调整长木板的倾斜程度C.把钩码更换成砝码盘和砝码D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示,在该实验中,图4下列说法正确的是。A.拉着细绳套的两只弹簧测力计,稳定后读数应相同B.在已记录

4、结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C.测量时弹簧测力计外壳与木板之间不能存在摩擦D.测量时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验至少需要(选填“2”“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O点。4.(2022广东江门高三一模)某同学利用一根压缩的弹簧来弹开带有遮光片的滑块测量滑块与木板间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示,将木板水平固定在桌面上,弹簧的左端固定在挡板上,右端与滑块刚好接触(但不连接),然后将光电门固定在木板上靠近滑块处。实验步骤如下:(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d,其示数如图乙所示,d= cm;(2)将光电门连接计

5、时器,让滑块压缩弹簧至P点(图甲中未画出),释放后滑块被弹开并沿木板向右滑动,计时器记录遮光片通过光电门的时间t,再测量滑块停止时的位置与光电门的距离x,则可用表示滑块经过光电门时速度的大小;(3)改变P点的位置,多次重复步骤(2);(4)若用1(t)2-x图像处理数据,所得图像如图丙所示,设重力加速度为g,则由图线可得滑块与木板间的动摩擦因数=(用物理量的符号表示)。丙B组5.(2022广东卷)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图甲所示的装置,实验过程如下:甲乙(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置,

6、使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。(2)用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图乙所示,小球直径d= mm。(3)测量时,应(选填“A”或“B”,其中A为“先释放小球,后接通数字计时器”,B为“先接通数字计时器,后释放小球”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失E=(用字母m、d、t1和t2表示)。(5)若适当调高光电门的高度,将会(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。6.(2022福建四地市高三第一次质量检测)某同学用如图甲所示的装置研究斜槽末端

7、小球碰撞时的动量守恒。其中O是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。(1)关于本实验,下列说法正确的是。A.斜槽末端的切线必须水平B.入射小球和被碰小球的半径必须相同C.入射小球和被碰小球的质量必须相等D.必须测量出小球碰撞后下落的高度(2)该同学在实验中得到小球的落点情况如图乙所示,测得OM、OP、ON的长度分别为13.50 cm、43.50 cm、45.00 cm,则入射小球和被碰小球的质量之比为。(3)此次碰撞是弹性碰撞吗?。请简述你的理由: 。7.(2022北京东城二模)用如图所示实验装置做用单摆测重力加速度的实验。(1)在摆球自然悬垂的状态下,用米尺测出摆线长为l,用游标卡尺测得摆球的直

8、径为d,则单摆摆长为(用字母l、d表示)。(2)为了减小测量误差,下列说法正确的是(选填字母代号)。A.将钢球换成塑料球B.当摆球经过平衡位置时开始计时C.把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放D.记录一次全振动的时间作为周期,根据公式计算重力加速度g(3)若测得的重力加速度g值偏小,可能的原因是(选填字母代号)。A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长B.把摆线的长度记为摆长C.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动D.实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次(4)某同学利用质量分布不均匀的球体作摆球测定当地重力加速度,摆球的重心不在球心,但是在球心与悬点的连线上。他仍将从悬点到球心的

9、距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出T2-L图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标分别为(LA,TA2)(LB,TB2),如图所示。由图可计算出重力加速度g=。答案：1.答案 (1)5.50(2)作图见解析20 000解析 (1)厘米刻度尺要估读到0.01 cm,刻度尺读数为5.50 cm。(2)描点作图如图所示,图像的斜率绝对值表示劲度系数,即k=100-300(5-4)10-2 N/m=20 000 N/m。2.答案 (1)不挂(2)0.64(3)1b解析 (1)为平衡摩擦力,应将长木板的右侧适度垫高,不挂砂桶,轻推小车,使小车恰能匀速运动。(2)相邻两计数

10、点间还有四个点未画出,则相邻两计数点间时间间隔为T=0.025 s=0.1 s,由逐差法可得a=12.37-4.91-4.9140.1210-2 m/s2=0.64 m/s2。(3)根据牛顿第二定律m砂g=(m+m砂)a,整理得1a=1m砂gm+1g,故g=1b。3.答案 (1)6.20(6.196.21均可)1.9(1.82.0均可)BC(2)D3解析 (1)由题图可知,打计数点B时小车位移大小为6.20 cm,考虑到偶然误差,6.196.21 cm也可。根据图3中小车运动的数据点分布可知,其v-t图像应为直线。画直线时应使不在直线上的数据点大致均匀分布在直线两侧。v-t图像的斜率k表示加速

11、度,因此在所画直线上选取相距较远的两点(0.50,1.05)、(0.10,0.30),则a=k=vt=1.05-0.300.50-0.10 m/s2=1.9 m/s2,考虑到偶然误差,1.82.0 m/s2也可。利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,需要满足小车质量远大于钩码质量,所以不需要换质量更小的小车,A项错误;实验时需要利用小车的重力沿斜面向下的分力平衡其摩擦阻力,所以应将长木板安装打点计时器的一端适当垫高一些,B项正确;以系统为研究对象,在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时有a=mg-fm车+m=1.9 m/s2,因为fmg,则mg-fmg,可得m车4m,不满足

12、钩码质量远小于小车质量,需将钩码更换成砝码盘和砝码,C项正确;实验过程中,连接小车的细绳应跟长木板始终保持平行,以保持小车所受合力恒定,使小车稳定运动,D项错误。(2)在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下,应使拉力适当大些,不必使两只弹簧测力计的示数相同,A项错误;在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距结点较远的一个点就可以了,B项错误;实验中拉弹簧测力计时,只要让弹簧与外壳间没有摩擦,此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳的拉力,跟弹簧测力计外壳与木板之间是否存在摩擦无关,C项错误;为了减小实验中摩擦对测量结果的影响,提高准确度,拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力

13、计应贴近并平行于木板,D项正确。若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验,要用手拉住一条细绳,用弹簧测力计拉住另一条细绳,互成角度地拉橡皮条,使其结点达到某一点O,记下位置O、弹簧测力计示数F1和两个拉力的方向;交换弹簧测力计和手的位置,再次将结点拉至O点,使两力的方向与原来两力方向相同,并记下此时弹簧测力计的示数F2;只用一个弹簧测力计将结点拉至O点,并记下此时弹簧测力计的示数F的大小及方向。所以若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O点。4.答案 (1)1.02(2)dt(4)ad22bg解析 (1)游标卡尺的示数d=1 cm+20.1 mm=1.02 cm。(2)滑

14、块经过光电门时速度的大小为v=dt。(4)物块从光电门到停止运动,由牛顿第二定律得mg=ma,由匀变速直线运动速度和位移的关系得v2=2ax,联立可得1(t)2=2gxd2,结合题图丙可得图像的斜率ab=2gd2,解得=ad22bg。5.答案 (2)7.884(或7.883)(3)B(4)12mdt12-12mdt22(5)增大解析 本题考查机械能损失的测量,意在考查实验能力。(2)根据螺旋测微器的读数规则得小球的直径为d=7.5 mm+38.40.01 mm=7.884 mm考虑到偶然误差,7.883 mm也可以。(3)在测量时,因小球下落时间很短,如果先释放小球,可能会出现时间记录不完整的

15、情况,所以应先接通数字计时器,再释放小球,故选B。(4)设小球向下、向上先后通过光电门时的速度分别为v1、v2,则有v1=dt1,v2=dt2,则小球与硅胶材料碰撞过程中机械能的损失量为E=12mv12-12mv22=12mdt12-12mdt22。(5)适当调高光电门的高度,小球两次经过光电门的距离增大,空气阻力做功增大,将会增大因空气阻力引起的测量误差。6.答案 (1)AB(2)32(3)不是碰后两球动能小于碰前入射小球动能,碰撞过程机械能损失,所以不是弹性碰撞解析 (1)为使小球离开斜槽后做平抛运动,斜槽轨道末端的切线必须水平,A正确;为使两球发生正碰,入射小球和被碰小球半径必须相同,B

16、正确;为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,C错误;两球在竖直方向上都做一样的自由落体运动,运动时间相等,水平方向都是匀速直线运动,所以碰撞前后两球的速度之比可以通过平抛的水平位移之比表示出来,不需要测出碰后下落的高度,D错误。(2)小球碰撞过程中水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,小球离开斜槽后做平抛运动,由于平抛运动的高度相等,小球做平抛运动的时间t相等,则有m1lOP=m1lOM+m2lON,代入数据可得m1m2=32。(3)碰前入射小球的动能Ek0=12m1v02=12m1lOPt2,碰后两球的动能Ek=12m1v12+12

17、m2v22=12m1lOMt2+12m2lONt2,代入数据可以得出Ek0Ek,说明碰后两球动能小于碰前入射小球动能,碰撞过程机械能损失,所以不是弹性碰撞。7.答案 (1)l+d2(2)B(3)BC(4)42(LB-LA)TB2-TA2解析 (1)在摆球自然悬垂的状态下,摆线长为l,摆球的直径为d,则单摆摆长为l+d2。(2)将钢球换成塑料球,会增加阻力的影响从而增加误差,A错误;摆球经过平衡位置时速度最大,此时开始计时,可减小测定周期时产生的误差,B正确;单摆的摆角要小于5,否则就不是简谐运动了,所以把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放,会增加实验误差,C错误;应该记录至少30次全振动的时间,来测量周期,用记录一次全振动的时间作为周期误差会较大,D错误。(3)根据T=2Lg可知g=42LT2,把悬点到摆球下端的长度记为摆长,则L测量值偏大,测得的g偏大,A错误;把摆线的长度记为摆长,则L测量值偏小,测得的g偏小,B正确;摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,则实际摆长变大,计算所用的摆长偏小,所以测得的g偏小,C正确;实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次,则周期测量值偏小,测得的g偏大,D错误。