高考物理二輪復習 專題能力訓練14 力學實驗（含解析）-人教版高三物理試題

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1、專題能力訓練14　力學實驗 (時間:45分鐘　滿分:100分) 1.(10分)(2018·全國卷Ⅰ)如圖甲所示,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標尺由游標和主尺構成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置,簡化為圖中的指針。 現要測量圖甲中彈簧的勁度系數。當托盤內沒有砝碼時,移動游標,使其零刻度線對準指針,此時標尺讀數為1.950 cm;當托盤內放有質量為0.100 kg的砝碼時,移動游標,再次使其零刻度線對準指針,標尺示數如圖乙所示,其讀數為　　　　　cm。當地的重力加速度大小為9.80 m/s2,此彈簧的勁度系數為　　　　　N/m(保留3

2、位有效數字)。? 答案:3.775　53.7 解析:①主尺讀數3.7cm,即37mm,游標第15刻度與主尺對齊,所以總讀數為37mm+15×120mm=37.75mm=3.775cm; ②由F=kΔx得 k=FΔx=mgx2-x1=0.100×9.8(3.775-1.950)×10-2N/m≈53.7N/m。 2.(14分)(2019·全國卷Ⅱ)如圖甲所示,某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數的實驗。所用器材有:鐵架臺、長木板、鐵塊、刻度尺、電磁打點計時器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}: 甲 (1)鐵塊與木板間的動摩擦因數μ=　　　　　(用木板與水平面的夾

3、角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。? (2)某次實驗時,調整木板與水平面的夾角使θ=30°。接通電源,開啟打點計時器,釋放鐵塊,鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶,如圖乙所示。圖中的點為計數點(每兩個相鄰的計數點間還有4個點未畫出)。重力加速度取9.80 m/s2?？梢杂嬎愠鲨F塊與木板間的動摩擦因數為　　　　　(結果保留小數點后2位)。? 乙 答案:(1)gsinθ-agcosθ　(2)0.35 解析:(1)對鐵塊受力分析得 mgsinθ-μmgcosθ=ma 所以μ=gsinθ-agcosθ。 (2)根據逐差法求加速度 a=[76.39

4、-31.83-(31.83-5.00)]×10-29T2m/s2 =17.73×10-29×0.12m/s2=1.97m/s2, μ=gsinθ-agcosθ=9.80×0.5-1.979.80×0.866≈0.35。 3.(14分)(2019·浙江4月)采用如圖所示的實驗裝置做研究平拋運動的實驗。 (1)實驗時需要下列哪個器材　　　　。? A.彈簧測力計　　　　　 B.重垂線 C.打點計時器 (2)做實驗時,讓小球多次沿同一軌道運動,通過描點法畫出小球平拋運動的軌跡。下列一些操作要求,正確的是　　　　(多選)。? A.每次必須由同一位置靜止釋放小球 B.每次必須嚴格地

5、等距離下降記錄小球位置 C.小球運動時不應與木板上的白紙相接觸 D.記錄的點應適當多一些 (3)若用頻閃攝影的方法來驗證小球在平拋運動中水平方向是勻速運動,記錄下如圖所示的頻閃照片。在測得x1,x2,x3,x4后,需要驗證的關系是? 　。? 已知頻閃周期為T,用下列計算式求得的水平速度,誤差較小的是　　　　。? A.x1T B.x22T C.x33T D.x44T 答案:(1)B　(2)ACD　(3)x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1　D 解析:(1)實驗時需要重垂線來確定豎直方向,不需要彈簧測力計和打點計

6、時器,故選B項。(2)實驗時每次必須由同一位置靜止釋放小球,以保證小球到達最低點的速度相同,A項正確;每次不一定嚴格地等距離下降記錄小球位置,B項錯誤;小球運動時不應與木板上的白紙相接觸,否則會改變運動軌跡,選項C正確;記錄的點應適當多一些,以減小誤差,D項正確。(3)因相鄰兩位置的時間間隔相同,則若小球在平拋過程中水平方向是勻速運動,則應滿足x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1;由小球最后一個位置與第一個位置的水平距離計算求得的水平速度誤差較小,則用x44T計算式求得的水平速度誤差較小,故選D項。 4.(14分)某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材驗證力的平行四邊形定則,設計了

7、如圖所示的實驗裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2。 (1)主要實驗步驟如下: ①彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的結點到達O處,記下彈簧測力計的示數F; ②彈簧測力計掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮筋,使橡皮筋的結點到達O點,此時繩套1沿0°方向,繩套2沿120°方向,記下彈簧測力計的示數F1; ③根據力的平行四邊形定則計算此時繩套1的拉力F1'=　　　　　　　　;? ④比較　　　　　　　　　,即可初步驗證;? ⑤只改變繩套2的方向,重復上述實驗步驟。 (2)保持繩套2方向不變,

8、繩套1從圖示位置向下緩慢轉動90°,此過程中保持橡皮筋的結點在O處不動,關于繩套1的拉力大小的變化,下列結論正確的是　　　　。? A.逐漸增大　　 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 答案:(1)F3　F1和F1'　(2)D 解析:(1)根據平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1'=Ftan30°=F3,通過比較F1和F1',在誤差范圍內相同,則可初步驗證。 (2)繩套1在轉動過程中,合力保持不變,根據平行四邊形定則畫出圖像,如圖所示: 根據圖像可知,繩套1的拉力大小先減小后增大,故D正確。 5.(16分)(1)下圖螺旋測微器的讀數為　　　 mm。? 圖中游標

9、卡尺的讀數是　　　 cm。? (2)用如圖實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律。下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個點,每相鄰兩計數點間還有4個打點(圖中未標出),計數點間的距離如圖所示。已知m1=50 g、m2=150 g,則(結果均保留兩位有效數字) ①在紙帶上打下計數點5時的速度v=　　　 m/s。? ②在打下點“0”到點“5”過程中,系統(tǒng)動能的增量ΔEk=　　　　　　 J,系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp=　　 J(計算時g取10 m/s2

10、)。由此得出的結論:　?　。? ③若某同學作出v22-h圖像如圖所示,則當地的重力加速度g=　　　 m/s2。? 答案:(1)5.670　1.050　(2)①2.4　②0.58　0.60　在誤差允許的范圍內,m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒?、?.7 解析:(1)5.5mm+17.0×0.01mm=5.670mm,注意讀可動刻度時要估讀一位;游標卡尺讀數1cm+10×0.05mm=1.050cm。 (2)由瞬時速度與平均速度的關系式v5=v=x4~62T=2.4m/s,ΔEk=12(m1+m2)v52=0.58J,重物m1上升h5=60.00cm=0.60m,重物m2下降0.60m,系統(tǒng)

11、重力勢能的減少量ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.60J。在誤差允許的范圍內,m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒。由上述分析可得系統(tǒng)機械能守恒表達式12(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,得v22=m2-m1m2+m1gh,可知圖線的斜率k=m2-m1m2+m1g=5.821.20=4.85,解得g=9.7m/s2。 6.(16分)下圖為一彈簧彈射裝置,在內壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧,彈簧壓縮并鎖定,在金屬管兩端各放置一個金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)?，F解除彈簧鎖定,兩個小球同時沿同一直線向相反方向彈射。然后按下述步驟進行實驗: ①用天平測出兩球質量m

12、1、m2; ②用刻度尺測出兩管口離地面的高度h; ③記錄兩球在水平地面上的落點P、Q。 回答下列問題: (1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,還需測量的物理量有　　　　。(已知重力加速度g)? A.彈簧的壓縮量Δx B.兩球落點P、Q到對應管口M、N的水平距離x1、x2 C.小球直徑 D.兩球從管口彈出到落地的時間t1、t2 (2)根據測量結果,可得彈性勢能的表達式為Ep=　　　　　　。? (3)由上述測得的物理量來表示,如果滿足關系式　　　　　　,就說明彈射過程中兩小球組成的系統(tǒng)動量守恒。? 答案:(1)B　(2)m1gx124?+m2gx224?　(3)m1x

13、1=m2x2 解析:(1)根據機械能守恒定律可知,彈簧的彈性勢能等于兩球得到的初動能之和,而要求解初動能必須還要知道兩球彈射的初速度v0,由平拋運動規(guī)律可知v0=x2?g,故還需要測出兩球落點P、Q到對應管口M、N的水平距離x1、x2; (2)小球被彈開時獲得的動能Ek=12mv02=mgx24?,故彈性勢能的表達式為Ep=12m1v12+12m2v22=m1gx124?+m2gx224?;　 (3)如果滿足關系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就說明彈射過程中兩小球組成的系統(tǒng)動量守恒。 7.(16分)在探究動能定理的實驗中,某實驗小組組裝了一套如圖甲所示的裝置,拉力傳感

14、器固定在小車上,一端與細繩相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。穿過打點計時器的紙帶與小車尾部相連接,打點計時器打點周期為T,實驗的部分步驟如下: 甲 (1)平衡小車所受的阻力:不掛鉤碼,調整木板右端的高度,用手輕推小車,直到打點計時器在紙帶上打出一系列　　　　　　　　　　的點。? (2)測量小車和拉力傳感器的總質量m,按圖組裝好儀器,并連接好所需電路,將小車停在打點計時器附近,先接通拉力傳感器和打點計時器的電源,然后　　　　　　　　　　,打出一條紙帶,關閉電源。? (3)在打出的紙帶中選擇一條比較理想的紙帶如圖乙所示,在紙帶上按打點先后順序依次取O、A、B、C、D、E等多個計

15、數點,各個計數點到O點間的距離分別用hA、hB、hC、hD、hE、…表示,則小車和拉力傳感器在計時器打下D點時的動能表達式為　　　　　　　　,若拉力傳感器的讀數為F,計時器打下A點到打下D點過程中,細繩拉力對小車所做功的表達式為　　　　　　　。? 乙 (4)某同學以A點為起始點,以A點到各個計數點動能的增量ΔEk為縱坐標,以A點到各個計數點拉力對小車所做的功W為橫坐標,得到一條過原點的斜率為1的直線,由此可以得到的結論是? 　。? 答案:(1)間距相等　(2)釋放小車　(3)m(?E-?C)28T2　F(hD-hA) (4)外力所做的功等于物體動能的變化量 解析:(1)當打點計時器能在紙帶上打出一系列間隔均勻的點時,小車做勻速直線運動,受力平衡。 (2)在組裝好實驗裝置的基礎上,進行實驗時應先接通電源,再釋放小車。 (3)D點的瞬時速度等于CE段的平均速度,即vD=?E-?C2T,故打下D點時的動能為EkD=12mvD2=m(?E-?C)28T2;拉力對小車做的功為W=F(hD-hA)。 (4)因圖線是一條過原點的直線且直線的斜率為1,可得出方程式ΔEk=W,故可得結論:外力所做的功等于物體動能的變化量。