2019版高中物理二轮专题复习课时跟踪训练15：力学实验（含解析）

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1、课时跟踪训练 (十五)1某同学用两个弹簧测力计和重物 m 验证力的平行四边形定则如图所示，弹簧测力计 A 挂于固定点 P，下端用细线挂一重物 m，弹簧测力计 B 的一端用细线系于 O 点，手持另一端向左拉，使结点 O 静止在某位置，分别读出弹簧测力计 A 和 B 的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录 O 点的位置和拉线的方向(1)实验中弹簧测力计示数的单位为 N，图中 A 的示数为_N.(2)若实验中发现弹簧测力计 A 的指针稍稍超出量程，为正常测量，需要进行适量调整，调整过程中保持 PO 方向不变，以下操作可行的是_A保持其他条件不变，手拉弹簧测力计 B 绕 O 点顺时针转动B保持其他条件不

2、变，手拉弹簧测力计 B 绕 O 点逆时针转动C保持其他条件不变，适当减小重物 m 的质量D保持其他条件不变，适当增大重物 m 的质量(3)分析实验时该同学怀疑弹簧测力计 A 因拉伸超出量程后读数不准而影响实验结果，他改变弹簧测力计 B 拉力的过程中，结点 O 的轨迹被描在白纸上，若两次记录 O 点轨迹如图中的两条虚线所示保证重物质量不变，沿两条不同的轨迹运动到细线 OB 水平时，弹簧测力计 A 的弹力大小为 F1、F 2，它们的大小关系为 F1_F2，由图说明弹簧测力计 A 拉伸 _(选填“超出”或“未超出”)弹性限度解析 (1)弹簧测力计的最小刻度为 0.1 N，则 A 的读数为 3.60

3、N.(2)弹簧测力计 A 的指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计 A 的力大了，可行的方法是减小重物 m 的质量或减小 B 的拉力，而此时结点 O 在三力作用下平衡，在重物 m 质量不变的情况下，只有让 B 绕 O 点顺时针旋转，故选 A、C.(3)由于两次 OB 水平时，重物 m 没有变化，合力是一定的，故 B 的拉力不变，因此测力计 A 两次的示数是相同的，即 F1F 2，但图中两次 O 点的轨迹不重合，表明测力计 A 拉伸超出了弹性限度答案 (1)3.60 (2)AC (3) 超出2(2018湖北省黄石市高三调研)在某次动手实践活动中，指导老师要求同学们利用手中的器材测量小物块与木板间的动

4、摩擦因数，某同学设计了如图所示的实验装置(1)实验时，该同学用两块完全相同的木板 AB、CD 组装成了如图所示的轨道，其中 AB 倾斜，CD 水平，两木板连接处平滑相接将小物块从木块 AB 的某位置由静止释放，小物块停止运动后，用毫米刻度尺测量小物块释放时距水平面的高度 h 以及在木板 CD 上滑行的距离 x，为测得动摩擦因数，该同学还需要测量_；(2)改变释放高度 h 进行多次实验，记录对应的h1、x 1，h 2、 x2，h 3、x 3，之后以 x 为纵坐标， h 为横坐标描点作图，得到一条倾斜直线，斜率为 k，则小物块与木板间的动摩擦因数为_(用测量量和 k 表示) 解析 (1)对小物块的

5、整个运动过程由动能定理得 mghmgcos mgx0，整理得 x h，故实验过程中需要测量木板 AB 的倾hsin (1 1tan )角 或由 tan 可知，还可以测量小物块释放时的位置在水平面的投影到 Bhl点的距离 l.(2)xh 图线的斜率 k ，解得 或由 tan ，得 1 1tan 1k 1tan hl.1k lh答案 (1)木板 AB 的倾角 或小物块释放时的位置在水平面的投影到 B 点的距离 l (2) 或1k 1tan 1k lh3(2018河北保定实验中学模拟)如图所示为测量物块与水平固定桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图，细线平行于桌面用游标卡尺测出遮光片的宽度 d；用刻度

6、尺测出两光电门之间的距离 s；用天平测出物块和遮光片的总质量为 M，重物质量为 m.让物块从光电门 A 的左方某位置由静止释放，测出遮光片经过光电门 A和光电门 B 所用的时间 tA和 tB；根据上述实验数据求出动摩擦因数 .回答下列问题：(1)测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图所示，其读数为_mm.(2)摩擦因数 可用上述已知量、测量量和重力加速度 g 表示为 _.(均用字母表示)(3)遮光片通过光电门时的平均速度_遮光片竖直中线通过光电门的瞬时速度(选填 “大于” 、 “小于”或“等于”)解析 (1)从图中可知游标上第 12 个刻度与 21mm 对齐，所以游

7、标的零刻度对应的整数部分应为 9mm 处，游标卡尺的读数为9mm12 mm9.60mm；120(2)由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度，故vA ，v B ，由运动学的导出公式： 2asv v ，解得 a dtA dtB 2B 2A v2B v2A2s d22s；(1t2B 1t2A)对 m：mgF 拉 ma，对 M：F 拉 MgMa ，解得；mg M m(d22st2B d22st2A)Mg(3)遮光片通过光电门的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而物块做加速运动前一半的时间内位移小于后一半时间内的位移，所以时间到一半时，遮光片的中线尚未到达光电门，所以遮光通过光电门的平

8、均速度小于遮光片竖直中线通过光电门的瞬时速度答案 (1)9.60 (2)mg M m(d22st2B d22st2A)Mg(3)小于4(2018河南省郑州市高三调研)某同学利用如图甲所示的实验装置运用牛顿第二定律测量滑块的质量 M.其主要步骤为：(1)调整长木板倾角，当钩码的质量为 m0 时滑块沿木板恰好向下做匀速运动(2)保持木板倾角不变，撤去钩码 m0，将滑块移近打点计时器，然后释放滑块，滑块沿木板向下做匀加速直线运动，并打出点迹清晰的纸带如图乙所示(已知打点计时器每隔 0.02s 打下一个点)请回答下列问题：(、两问均保留 3 位有效数字)打点计时器在打下 B 点时滑块的速度 vB_m/

9、s；滑块做匀加速直线运动的加速度 a_m/s 2；滑块质量 M_(用字母 a、m 0、当地重力加速度 g 表示)解析 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 B 点时小车的瞬时速度大小vB m/s1.38m/ s；xAC4T 5.20 5.8440.02根据匀变速直线运动的推论公式 xat 2可以知，加速度的大小：a 102 m/s23.8xDE xDC xBC xAB4t2 7.07 6.45 5.84 5.2040.048m/s2；滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得：m 0gMgsin f，撤去 m0时的滑块的匀加速直线运动时，受到的合外力：F 合

10、Mgsin f ，由牛顿第二定律得：F 合 Ma ，解得： M .m0ga答案 1.38 3.88 m0ga5(2018山东省临沂市高三三模)某探究小组利用传感器研究小球在摆动过程中的机械能守恒规律，实验装置如图甲所示，用长为 L 不可伸长的轻质细线悬挂一质量为 m 的实心金属小球，在悬点处装有拉力传感器，可记录小球在摆动过程中各时刻的拉力值，小球半径可忽略不计，已知重力加速度为 g，实验过程如下：将小球拉离平衡位置某一高度 h 处无初速度释放，在传感器采集的数据中提取最大值为 F；改变高度 h，重复上述过程，获取多组摆动高度 h 与对应过程的拉力最大值 F 的数据；在 Fh 坐标系中描点连线

11、作出 F 与 h 关系图象如图乙实线所示(1)F 与 h 的关系满足 F _(用题目所给的字母表示)，说明小球摆动过程中机械能守恒；(2)根据乙图中的实线，可知摆线长 L_m(计算结果保留两位有效数字，g 取 10m/s2)(3)乙图中的虚线是另一探究小组作出的 Fh 图象，则两小组实验所使用的器材_不同(填“m” 或“L”)解析 (1)根据牛顿第二定律，则有：Fmgmv2R动能表达式为：E k mv2 (Fmg) L12 12根据机械能守恒定律，则有：mgh (Fmg)L12解得：F mg，2mghL(2)Fh 图象中，截距为 2，即 mg2，则 m0.20 kg而图象的斜率 k5；因此 L

12、0.80m.(3)乙图中的虚线和实线斜率不同，由 Fmg h 可知，两小组实验所2mgL使用的器材 L 不同答案 (1) mg (2)0.80 (3)L2mghL6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(m1m2)，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、x 2.(1

13、)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 2gx 、v 0 ，小物块材料及表面粗糙程度均相同，故与水平面间的动20 2gx摩擦因数相同，若满足动量守恒，则满足 m1 m 1 m 2 ，即2gx0 2gx1 2

14、gx2m1 m 1 m 2 ，因此动摩擦因数不需要测量x0 x1 x2答案 (1)否 否 (2) m1 m 1 m 2x0 x1 x27(2018四川省攀枝花市高考物理三诊试卷)在做“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球平抛运动的初速度，实验用如图所示的装置实验操作的主要步骤如下：()在一块平木板上钉上复写纸和白纸，将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段初始距离 d，并保持板面与轨道末端的水平段垂直()使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹 A()将木板沿水平方向向右平移一段动距离 x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹

15、B()将木板再水平向右平移相同距离 x，使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再在白纸上得到痕迹 C()测得 A、B、C 三点距地面的高度为 y1、y 2、y 3，已知当地的重力加速度为 g.请回答下列问题(1)关于该实验，下列说法中正确的是_A斜槽轨道必须尽可能光滑B每次小球均须由静止释放C每次释放小球的位置可以不同D步骤()初始距离 d 必须与步骤 () 中距离 x 相等(2)根据上述直接测量的量和已知的物理量可以得到小球平抛的初速度大小的表达式为 v0_.(用题中所给字母表示)(3)某同学做进一步的研究，改变小球释放的初始位置的高度 h，每改变一次高度，重复上述步骤()()( 其它条件不

16、变)，并记录每次的 h、y 1、y 2、y 3.在同一坐标系中画出 y1 、y 2 、y 3 图象根据你的分析，下列哪个图最1h 1h 1h接近该同学的实验结果_(图中直线 a 表示 y1 图象，直线 b 表示 y21h图象，直线 c 表示 y3 图象)1h 1h解析 根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量求出相等的时间间隔，结合水平位移和时间间隔求出初速度(1)为了保证小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不需要光滑，故 A 错误，C 错误，B 正确，步骤() 初始距离 d 必须与步骤( ) 中距离 x 无

17、关，只要保证，连续水平移动的位移 x 相等即可，故 D错误(2)在竖直方向上，(y 2y 3)(y 1y 2)gT 2；水平方向上 xv 0T，可得小球平抛的初速度 v0x .g2y2 y1 y3(3)设小球离地高度为 H0，小球平抛运动阶段水平位移为 xv 0t，距离地面高度为 y H0 gt2，小球从斜槽的由 h 处静止释放，忽略摩擦力的影响，12mgh mv ，由以上分析可得 y H 0，当由木板水平向右平移时，对12 20 x 24hx逐渐变大， y 图象斜率变小，故 C 正确1h答案 (1)B (2)x (3)Cg2y y1 y38(9 分 )某小组的同学通过设计如下实验来验证：“在

18、弹性限度内，劲度系数为 k 的轻质弹簧从形变量为 x 到恢复原长的过程中，弹力做的功为W kx2 的结论 ”12(1)部分实验步骤如下：A将一轻弹簧放置在水平气垫导轨的左端，弹簧左端固定，让弹簧处于自然状态在弹簧下面的气垫导轨上水平的固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度线与弹簧的左端刚好对齐，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x1，如图甲所示B用弹簧测力计拉着弹簧右端水平向右缓慢移动，当弹簧测力计的示数为 F 时，弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x2，如图乙所示(弹簧的形变在弹性限度内) 则此弹簧的劲度系数为_C在水平气垫导轨的右端合适位置安装一个光电门(光电门距离弹簧最左端的距离大于 x1)，如

19、图丙所示D用天平测得小车(带有遮光条)的质量为 m，用螺旋测微器测遮光条宽度d 的结果如图丁所示，则 d_mm.E把小车置于气垫导轨上，向左推小车使弹簧压缩一段距离(弹簧与小车未拴接) ，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为 x3，如图丙所示(弹簧的形变在弹性限度内) 由静止释放小车，测得小车通过光电门时的遮光时间 t.小车经过光电门时的速度大小为_(用实验中所测物理量的符号表示)(2)在实验误差允许的范围内，若_(用实验中所测物理量的符号表示)，就可验证弹力做的功 W kx2 的结论12(3)同学们在实验过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是_A遮光条的宽度越小越好B把气垫导轨左端垫

20、起适当高度来平衡摩擦力C计算弹簧劲度系数时，多次测量取平均值D向左推小车压缩弹簧时，弹簧形变量越大越好解析 (1)根据胡克定律可得 Fk (x2x 1)，解得 k ；Fx2 x1螺旋测微器的读数为 d2.5 mm17.00.01 mm2.670 mm；遮光条非常窄，所以通过光电门的平均速度可近似认为是通过光电门的平均速度，故 v ；dt(2)弹力做功 W kx2 (x1x 3)2，动能增加量为12 12 Fx2 x1Ek mv2 m 2，故只要 (x1x 3)2 m 2，则结论得正；12 12 (dt) 12 Fx2 x1 12 (dt)(3)如果滑块经过光电门时的速度很小，即使遮光条的宽度很小，遮光时间也较长，A 错误；气垫导轨倾斜，弹簧可能由于自身的重力导致自然长度有误差，B 错误；垫高后计算弹簧劲度系数时，多次测量取平均值，有益于减小误差，C 正确；压缩弹簧时，适量即可，防止超过弹性限度，D 错误答案 (1) 2.670 (2) (x1x 3)2 m 2 CFx2 x1 dt 12 Fx2 x1 12 (dt)