2020高考物理二轮复习第一部分专题九力学与恒定电流实验第1讲力学实验练习含解析 10页

力学实验 ‎1．(2019·江西九江质监)某同学要测量一个新材料圆柱体的电阻率，进行了如下操作：‎ ‎(1)用游标卡尺测量圆柱体长度如图甲所示，可知其长度为________mm。‎ ‎(2)用螺旋测微器测量圆柱体直径如图乙所示，可知其直径为________mm。‎ 解析　(1)由图甲所示可知，游标卡尺主尺示数为102 mm，游标尺示数为4×0.1 mm＝0.4 mm，游标卡尺示数为102 mm＋0.4 mm＝102.4 mm。‎ ‎(2)由图乙所示可知，螺旋测微器固定刻度示数为‎3 mm，游标尺示数为37.3×‎0.01 mm＝‎0.373 mm，螺旋测微器示数为‎3 mm＋‎0.373 mm＝‎3.373 mm。‎ 答案　(1)102.4　(2)3.372～3.375‎ ‎2．(2019·陕西西安质检)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧按如图甲所示连接起来进行探究。‎ 钩码数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ LA/cm ‎15.71‎ ‎19.71‎ ‎23.70‎ ‎27.70‎ LB/cm ‎29.96‎ ‎35.76‎ ‎41.55‎ ‎47.34‎ ‎(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm。‎ ‎(2)在弹性限度内，将‎50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表格所示。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m，弹簧Ⅱ的劲度系数为________N/m。(重力加速度g＝‎10 m/s2，结果均保留三位有效数字)‎ 解析　(1)根据刻度尺读数规则，指针示数为16.00 cm。‎ ‎(2)根据表中数据，加挂1个钩码拉力增大ΔF＝mg＝0.5 N，弹簧Ⅰ多伸长Δx1＝‎4.00 cm，由ΔF＝k1Δx1，解得弹簧Ⅰ的劲度系数k1＝12.5 N/m；弹簧Ⅱ多伸长Δx2＝‎5.80 cm－‎4.00 cm＝‎1.80 cm，由ΔF＝k2Δx2，解得弹簧Ⅱ的劲度系数k2＝27.8 N/m。‎ 答案　(1)16.00　(2)12.5　27.8‎ 10‎ ‎3．(2019·辽宁丹东一模)某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。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)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N。‎ ‎(2)下列不必要的实验要求是________。(请填写选项前对应的字母)‎ A．应测量重物M所受的重力 B．弹簧测力计应在使用前调零 C．拉线方向应与木板平面平行 D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，在保证现有器材不变的情况下怎样调整水平拉力B________________________________________。‎ 解析　(1)观察测力计读数，每1 N被分成10格，则1格就等于0.1 N。图指针落在3 N到4 N的第8格处，所以其示数为3.80 N。‎ ‎(2)实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道，故A正确；弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零，故B正确；拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，故C正确；当结点O位置确定时，弹簧测力计A的示数也确定，由于重物的重力已确定，两力大小与方向均一定，因此弹簧测力计B的大小与方向也一定，所以不需要改变拉力多次实验，故D错误。本题选择不必要的，故选D。‎ ‎(3)当弹簧测力计A超出其量程，则说明弹簧测力计B与重物这两根细线的力的合力已偏大。由于挂重物的细线力的方向已确定，所以要么减小重物的重量，要么改变测力计B拉细线的方向，从而使测力计A不超出量程。‎ 答案　(1)3.80　(2)D　(3)减小拉B的力、减小OB与OA的夹角(选一条回答即可)‎ ‎4．如图所示为探究“加速度与物体受力的关系”实验装置。长木板放在水平桌面上，小车通过绕定滑轮的细线在钩码拉动下运动，其中，在长木板上相距为L＝‎48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速率vA、vB，与小车相连的拉力传感器记录小车受到的拉力F大小。‎ 10‎ ‎(1)关于使用操作，下列说法正确的是________。‎ A．要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力 B．A、B两点间距离应尽可能近一些可减小误差 C．改变所挂钩码的数量时，要使所挂钩码的质量远小于小车质量 D．不必用天平测出小车和车上拉力传感器的总质量 ‎(2)某同学在表中记录并处理了实验所得的几组数据，依据表格内容计算第4次实验的加速度数值是________m/s2(结果保留三位有效数字)。‎ 次数 F/N ‎(v－v)/(m2·s－2)‎ a/(m·s－2)‎ ‎1‎ ‎0.60‎ ‎0.77‎ ‎0.80‎ ‎2‎ ‎1.04‎ ‎1.61‎ ‎1.68‎ ‎3‎ ‎1.42‎ ‎2.34‎ ‎2.44‎ ‎4‎ ‎2.00‎ ‎3.48‎ ‎5‎ ‎2.62‎ ‎4.65‎ ‎4.84‎ ‎6‎ ‎3.00‎ ‎5.49‎ ‎5.72‎ ‎(3)分析表中数据发现a与F并不成正比，这是由于__________________(选填“平衡摩擦力不足”或“平衡摩擦力过度”)造成的。‎ 解析　(1)要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力，使钩码的重力为小车的拉力，故A项正确；A、B两点间距离应尽可能远一些，可减小误差，故B项错误；改变所挂钩码的数量时，不需要使所挂钩码的质量远小于小车质量，因为实验中拉力传感器记录小车受到的拉力，故C项错误；不必用天平测出小车和车上拉力传感器的总质量，故D项正确。‎ ‎(2)根据匀变速直线运动的位移与速度公式：v2－v＝2aL可以求出：a＝，代入数据解得：a＝‎3.63 m/s2。‎ ‎(3)表中a与F并不成正比，这是由于平衡摩擦力不足造成的 答案　(1)AD　(2)3.63　(3)平衡摩擦力不足 ‎5．(2019·山东青岛一模)某同学在验证合外力一定，物体的质量与加速度的关系时，采用图甲所示的装置及数字化信息系统获得了小车的加速度a与小车质量M(包括所放砝码及传感器的质量)的对应关系图像，如图乙所示。实验中所挂钩码的质量为‎20 g 10‎ ‎，实验中选用的是不可伸长的轻绳和光滑的轻质定滑轮。‎ ‎(1)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的轻绳与木板平行。他这样做的目的是下列哪一个________；(填字母代号)‎ A．可使位移传感器测出的小车的加速度更准确 B．可以保证小车最终能够做直线运动 C．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车所受的合力 ‎(2)由图乙可知，a图线不过原点O，原因是______________________；‎ ‎(3)该图线的初始段为直线，该段直线的斜率最接近的数值是________。‎ A．30 N B．0.3 N C．20 N D．0.2 N 解析　(1)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的轻绳与木板平行。此时细绳拉力的方向与小车运动的方向在同一条直线上，可使在平衡摩擦力后细绳拉力等于小车所受的合力，故选项C正确。‎ ‎(2)由F＋F1＝Ma解得：a＝F·＋，由图乙可知，a图线不过原点O，且纵轴上的截距为正值，则F1与F方向相同，所以平衡摩擦力时使长木板的倾角过大。‎ ‎(3)根据a＝F·＋可知a图线斜率接近于F的大小，则最接近的数值是F＝mg＝0.02×10 N＝0.2 N，故选项D正确。‎ 答案　(1)C　(2)平衡摩擦力时使长木板的倾角过大　(3)D ‎6．(2019·河南名校改编)某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝…他们的实验装置如图甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，让物体从木板上由静止滑下，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。‎ 10‎ ‎(1)本实验中________(填“需要”或“不需要”)测量物体质量。‎ ‎(2)让物体分别从不同高度无初速释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4…读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4…并绘制了如图乙所示的Lv图像。根据绘制出的Lv图像，若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出________。‎ A．Lv2图像 B．L图像 C．L图像 D．L图像 ‎(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小________(填“会”或“不会”)影响探究出的结果。‎ 解析　(1)由动能定理知W＝ΔEk，而W＝mg(sinθ－μcosθ)L，ΔEk＝mv2，所以探究W与v的关系可以不用测量物体的质量m。‎ ‎(2)由于题图乙是关于“Lv”的图像，该图像类似抛物线，即L＝kv2，因此应作出Lv2的图像看是否为直线，A正确。‎ ‎(3)在实验中，由于物体在木板上运动时，所受的合力是确定的，即F合＝mg(sinθ－μcosθ)，所以摩擦力的大小不会影响探究结果。‎ 答案　(1)不需要　(2)A　(3)不会 ‎7．(2019·广东潮州测试)如图甲所示装置可以用来“探究加速度与合外力、质量的关系”，也可以用来“探究功与速度变化的关系”和“验证机械能守恒定律”等。‎ ‎(1)某同学用此装置探究小车在拉力作用下的加速度。用游标卡尺测量遮光条的宽度d，其示数如图乙所示，则d＝________mm。测出小车静止时遮光条到光电门的距离为x，光电计时器读出遮光条通过光电门的时间是t，则小车的加速度是________。(用测量的符号表示)‎ ‎(2)该同学继续用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验，他通过使小车释放点到光电门的距离成倍增加进行多次实验，每次实验时要求小车都由静止释放。‎ ‎①如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t 10‎ ‎，通过描点作出线性图像来反映合力做功与t的关系，则下图中符合实验事实的是________。‎ ‎②下列实验操作中必要的是________。‎ A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动 B．必须满足重物的质量远小于小车的质量 C．必须保证小车由静止状态开始释放 D．保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变 解析　(1)游标卡尺的主尺读数为5 mm，游标读数为0.05×10 mm＝0.50 mm，所以最终读数d＝5 mm＋0.50 mm＝5.50 mm。由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有v2＝2ax，速度为：v＝，联立可得a＝。‎ ‎(2)①该同学通过成倍增加位移的方法来进行验证，所以需要先表示出小车的速度，小车的速度用平均速度代替即：v＝，根据动能定理可得：W＝mv2＝m，由此可知W∝，故选D。②该实验不需要平衡摩擦力、不需要满足重物的质量远小于小车的质量，但必须保证每次小车由静止释放和保持小车(包括遮光条)和重物的质量不变，故A、B错误，C、D正确。‎ 答案　(1)5.50　　(2)①D　②CD ‎8．(2019·福建南平检测)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：‎ 10‎ ‎①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；‎ ‎②在重锤1上加上质量为m的小钩码；‎ ‎③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；‎ ‎④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差。‎ ‎(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________。‎ A．使H测得更准确 B．使重锤1下落的时间长一些 C．使系统的总质量近似等于‎2M D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 ‎(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？‎ ‎___________________________________________________________‎ ‎(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝________。‎ 解析　(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。‎ ‎(2)设系统运动的加速度为a，则根据牛顿第二定律得 ‎(M＋m)g－Mg＝(‎2M＋m)a 即a＝，‎ 而H＝at2，在H一定时，a越小，则t越长，这时测量出时间t的误差越小。因此实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B正确。‎ ‎(3)由于摩擦阻力的影响，会产生系统误差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量使轻拉重锤1时能观察到其匀速下落。‎ ‎(4)根据牛顿第二定律得 ‎(M＋m＋m0)g－Mg－f＝(‎2M＋m＋m0)a 其中f＝m0g又有H＝at2‎ 联立①②解得g＝。‎ 答案　(1)偶然　(2)B　(3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落　(4) 10‎ ‎9．(2019·河南名校二模)如图甲所示，某同学设计一个气垫导轨装置验证动量守恒定律的实验：‎ ‎(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________mm。‎ ‎(2)质量为m2的滑块2静止放在水平气垫导轨上光电门②的右侧，质量为m1的滑块1从光电门①的右侧向左运动，穿过光电门①与滑块2发生碰撞，随后两个滑块分离并依次穿过光电门②，滑块2与导轨左端相碰并被粘接条粘住，待滑块1穿过光电门②后用手将它停住，两个滑块上固定的遮光条宽度相同，数字计时器分别记录下滑块1通过光电门①的时间Δt、滑块2和滑块1依次通过光电门②的时间Δt2和Δt1。本实验中两个滑块的质量大小关系应为________。若等式________成立，则证明两滑块碰撞过程中系统的动量守恒。(用题中的所给的字母表示)‎ 解析　(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度 d＝‎1.3 cm＋‎0.05 mm×16＝‎13.80 mm。‎ ‎(2)滑块1穿过光电门1的速度：v＝；滑块1穿过光电门2的速度：v1＝；滑块2穿过光电门2的速度：v2＝；若动量守恒，则m1＝m1＋m2，即＝＋；为防止碰后m1反弹，则两滑块的质量关系是m1＞m2。‎ 答案　(1)13.80　(2)m1＞m2　＝＋ ‎10．(2019·湖南长沙月考)某同学用如图所示装置测量小木块与接触面间的动摩擦因数，木块放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的滑轮与重物连接；实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右滑，在运动过程中木块始终碰不到滑轮。已知木块的质量为M，重物的质量为m，回答下列问题：‎ 10‎ ‎(1)(多选)本实验还需直接测量的物理量有________。(填选项字母)‎ A．重物距地面的高度h B．木块在桌面上滑行的总距离s C．重物下落的时间t ‎(2)利用上述测量的物理量，写出测量的动摩擦因数μ＝________。‎ ‎(3)木块运动过程中，由于滑轮与轴间摩擦及绳子和滑轮的质量的影响，将导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将________(填“偏大”“相等”或“偏小”)。‎ 解析　(1)设重物距地面的高度为h，木块在桌面上滑行的总距离为s，且已知木块的质量为M，重物的质量为m，从开始释放让它们运动，到重物着地过程中，根据系统动能定理得mgh－μMgh＝(M＋m)v2，从重物着地到木块停在桌面上这个过程，根据动能定理得Mv2＝μMg(s－h)，联立两式，解得μ＝，从该式子可知本实验还需直接测量的物理量有重物距离地面的高度h，木块在桌面上滑行的总距离s，故选A、B。‎ ‎(2)利用上述测量的物理量，写出测量的动摩擦因数为μ＝。‎ ‎(3)在计算过程中，认为滑轮与绳子间没有摩擦力，重物重力势能的减少量全部转化为重物落地的动能和木块克服摩擦力做功，而实际滑轮与轴间存在摩擦，计算过程中没有减去克服滑轮与轴间摩擦力做功这部分，因此导致测量的动摩擦因数比实际的动摩擦因数偏大。‎ 答案　(1)AB　(2)　(3)偏大 ‎11．(2018·安徽滁州期末)某同学用如图甲所示的实验装置测量弹簧弹性势能的大小，实验过程如下：一轻质弹簧左端固定在粗糙水平固定轨道MN上，弹簧处于原长时，物块恰好在桌面边缘处，现将物块压缩弹簧后用锁扣锁住，然后进行实验，已知当地的重力加速度为g。‎ 实验中涉及下列操作步骤：‎ 10‎ ‎①用天平测量出物块的质量m；‎ ‎②从资料上查出物块与水平桌面间的动摩擦因数μ；‎ ‎③解除锁扣，让物块抛出，测桌面到地面的高度h和物块抛出点到落地点的水平距离s；‎ ‎④计算弹簧弹性势能的大小。‎ ‎(1)该实验还需要测量的物理量有___________________________。‎ ‎(2)更换大小不同的物块，物块被锁扣锁住的位置不变，重复操作，获得多组数值，并作出s2图像如图乙所示，由图像可知，每次弹簧被压缩时具有的弹性势能大小Ep＝________，滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ＝________。(均用含b、a、h、g及测量的物理量的式子表示)。‎ 解析　(1)释放弹簧后弹簧对物块做功，弹簧的弹性势能转化为物块的动能，从释放物块到物块到达桌面边缘过程，由能量守恒定律得Ep＝μmgx＋mv2，物块离开桌面后做平抛运动，水平方向s＝vt，竖直方向h＝gt2，联立可得s2＝－4μhx，实验中除了测出m、h、μ和水平距离s外，还需要测出弹簧的压缩量x。‎ ‎(2)由s2＝－4μhx可知，s2图像的斜率k＝＝，图像的纵轴截距b＝4μhx，解得Ep＝，动摩擦因数μ＝。‎ 答案　(1)弹簧的压缩量x　(2)　 10‎