力学实验——2023届高考物理一轮复习揭秘高考原题.pdf

《力学实验——2023届高考物理一轮复习揭秘高考原题.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《力学实验——2023届高考物理一轮复习揭秘高考原题.pdf（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、（13）力学实验2023届高考物理一轮复习揭秘高考原题【新高考】1 .【2 0 2 2年 湖 南 卷】小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：图（1）查找资料，得知每枚硬币的质量为6.0 5 g；（2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度/,记录数据如下表:（4）取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图（c）所示，此时像皮筋的长度为 c m;（5）由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为 g（计算结果保留3位有效数字）。2 .2 0 2 2年 山 东 卷】在天宫课

2、堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下：将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上;接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；A力传感器加速度传感器000000000000000000 f1-1滑块 气垫导轨-L I：i I 1 I I I I I I I 蝠 口甘图甲将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于。点。A点到。点的距离为5.0 0 c m,拉动滑块使其左端处于4点，由静止释放并开始计时；计算机采集获取

3、数据，得到滑块所受弹力尸、加速度。随时间，变化的图像，部分图像如图乙所回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：（1）弹簧的劲度系数为 N/m o（2）该同学从图乙中提取某些时刻尸与。的数据，画出4 一斤图像如图丙中I 所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 k g。（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在 图 丙 中 画 出 新 的 尸 图 像 I I,则待测物体的质量为 k g。3.【2 0 2 2 年 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（a）所示的装置，实验过程如下：释放装置（1）让小球从某一高度由静止释放，与水

4、平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，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（b）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”,2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乙和t2。（4）计算小球通过光电门的速度，己知小球的质量为，力 可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失 t =（用字母相、“、乙 和 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。4.【2 0 2

5、2 年 河 北 卷】某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律，实验装置如图1 所示。弹簧的劲度系数为2,原长为金，钩码的质量为，入 已知弹簧的弹性势能表达式为E 丘，其中左为弹簧的劲度系数，x 为弹簧的形变量，当地的重力加速度大小为g。图1（1）在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L,接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2 所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点）。从打出A点到打出尸点时间内，弹 簧 的 弹 性 势 能

6、减 少 量 为,钩码的动能增加量为钩码的重力势能增加量为 o（2）利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度力的关系，如图3 所示。由图3 可知，随着增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主 要 原 因 是。5.【2022年 辽 宁 卷】某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带（宽度用）表示。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔加。（1）除图中所用的实验器材外，该实验还需要（填“天平”或“刻度尺”）

7、（2）该同学测得遮光带（透光带）的宽度为4.5 0 cm,记录时间间隔的数据如表所示，编号1遮光带2 遮光带3 遮光带A r/(xio-3s)73.0438.6730.00 根据上述实验数据，可得编号为3 的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为为=m/s（结果保留两位有效数字）；（3）某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为加rA/,则重力加速度g=（用 、逝、表示）（4）该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因:（二）考 情 分 析利用打点计时器做实验器材有以下五个常考实验：（1）研究匀变速直线运动；（2）验证牛顿第二定律；（3）验证动量守恒定律（一物体拖动

8、纸带，与静止物体碰撞粘在一起运动）；（4）验证机械能守恒定律；（5）测定动摩擦因数。这类实验统称为纸带类实验。“弹簧、橡皮条”类实验包括“探究弹力和弹簧伸长量的关系”和“验证力的平行四边形定则”，在高考中常以小实验题的形式出现。主要考查实验基本原理和实验注意事项等。高考对“验证动量守恒定律”和“探究平抛运动的规律”两个实验，既单独设题考查，也时常综合出题考查，多考查实验原理和误差分析，常涉及数据的计算。求解此类实验题的关键是弄清实验情景，掌握实验的原理和方法，并根据碰撞规律分析和计算实验数据，同时注意误差的分析。（三）变式训练6.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。（1）图甲是不挂钩

9、码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.7 3 c m；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量/为 cm；（2）本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方式来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项 中 规 范 的 做 法 是；（填选项前的字母）A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重（3）图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量A/与弹力尸的关系图线，图 线 的 段 明 显偏离直线。4,造成这种现象的主要原因是7.（1）“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳

10、与长木板平行。图 2 是打出纸带的一部分，以计数点。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（保留两2.4.?他 师 响 和 暇 啊 血 和 响0 1 cm2 3 4 5 6S2利用图1装 置”探究加速度与力、质量的关系”的实验，需 调 整 的 是 （多选）。A.换成质量更小的车 B.调整长木板的倾斜程度C.把钩码更换成祛码盘和祛码 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：玳m -s1)0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 t/s图3 下

11、 列 说 法 正 确 的 是（单选）;A.拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B.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较远的两点C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D.测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板若只有一只弹簧秤，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0。8.某校同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。水平气垫导轨上装有光电门C和 光 电 门D,滑块A 3放在导轨上，位置如图所示。滑 块4的右侧装有弹簧片，滑 块B的左侧也装有弹簧片，两滑块上方都固定有宽度相同的遮光片，光 电 门C、

12、分别 连 接 着 光 电 计 时 器（未画出），可以记录遮光片通过光电门的时间。遮）/光 电 门C 速呼光 电 门D气 垫 导 轨实验步骤：A.测 量 滑 块A（含 弹 簧 片）的 质 量 啊 和 滑 块8 （含弹簧片）的质量，啊；B .测 量 滑 块A的遮光片宽度4和 滑 块B的遮光片宽度d2.C.给 滑 块A一个向右的瞬时冲量，观 察A的运动情况和A与B相 碰 后A、3各自的运动情况；D.记 下 与 光 电 门C相连的光电计时器记录的时间：第一次时间为小，第二次时间为 C 2；E.记 下 与 光 电 门。相连的光电计时器记录的时间为A.。实验记录如表：mA4d2，c C 251 0 0 g

13、30 0 g1.0 0 c m1.0 0 c m2.5 0 0 ms4.9 0 0 ms5.1 0 0 ms（1）碰 撞 前A的速度大小 =_ _ _ _ _ _ _ _ m/s,碰 撞 后A的速度大小v,=_ _ _ _ _ _ _m/s,国 时童前后A的动量变化量大小=kg m/S o（2）碰 撞 后B的 速度大小彩=m/s,碰 撞 前 后B的 动 量 变 化 量 大 小 即=kg-m/s。（3）本实验的相对误差的绝对值可表示为6=4 包 x 1 0 0%,计 算 可 知5=。9.某实验小组用落体法验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。实验中测出重物自由下落的高度 人及 对 应 的 瞬

14、时 速 度 丫，计算出重物减少的重力势能力g人和增加的动能!机 一，然后进行比较，2如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒。请根据实验原理和步骤完成下列问题：纸带铁 架 台U j打点计时器图乙(I)关于上述实验，下列说法正确的是 oA.重物最好选择密度较小的木块 B.重物的质量可以不测C.实验中应先接通电源，后释放纸带 D.可以利用公式口 =再 求 解 瞬 时 速 度(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的0 点是起始点，选取纸带上连续的计时点分别标为A B、C、D、E、F ,并测出各计时点到。点的距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02

15、 cm 43.65 cm、49.66 cm、56.07 cmo已知打点计时器所用的电源是频率为50 H z的交流电源,重物的质量为0.5 k g,则从打点计时器打下点。到打下点D的过程中，重物减少的重力势能 =_ J;重物增加的动能A =_ J,两 者 不 完 全 相 等 的 原 因 可 能 是 (重力加速度g 取9.8 m/s2,计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计时点8、C、D、E 各点的瞬时速度也 以各计时点到A 点的距离”为横轴，p2为纵轴作出图象，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒，依据是_ _ _ _ _ _ _ _ _

16、 _ o答案以及解析1 .答案：(3)见解析(4)15.35(5)127解析：(3)根据表格标点连线如图m/C二二二二u;.m、;1,?Inu一nItiMETt3kff一 s.;：nTtmlnqntttTtmryqmnYM屋,爵司胃尊舒Uns尊翳型烹困寻罢妥国烹里寻的一喇国烹国MMMUIUNMMQuuUMnQMSM.MQHNMMQMSMMMN AUMZdQMM震幽藏蜜熊霞雉，一一CZZX1LM，一c-aIWIFHcwlKtx Xr.4.clTHOHannutlTTumMHMnuKlxEr=KIT-r二01rrfl钳泓於翅能翅知更0111111111*1-5 10 15 20 25 30 /枚(

17、4)由图可知刻度尺的分度值为1 mm,(5)设橡皮筋的劲度系数为鼠原长为七,则m g=M 4-%)n1m g=kl,-xa)设冰墩墩的质量为町，则有见g=A(/-x。)联立各式代入数据可得，产42.69 g。2,(1)答案：12解析：由题意知，开始时弹簧的伸长量为5.。皿弹力F=0.6 K)N,根据胡克定律”=计算出 Z x l2 N/m。(2)答案：0.20解析：根据牛顿第二定律尸=得。=x F,故。一/图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质m1量的倒数，根据题图丙I,求得斜率=L=/k g T=5 k g T,则滑块与加速度传感器的总质量m 0.6为jm =0.20k g。(3)答案：0.1

18、3解析：同理，滑块上增加待测物体后，。一尸图像的斜率为滑块、待测物体与加速度传感器的总质=_!_=,5-kg-1=3 k 量，根据题图丙H,求得斜率 6 05 0 ,解得加。33 k g,则待测物体的质量为 Am=加 一 加=0.13 kg3.答案：(2)7.885(3)B(4)tnd22(5)增大解析：本题考查螺旋测微器的使用、用打点计时器测速度、能量的转化与守恒以及误差分析等。（2）螺旋测微器的读数为7.5 m m +3 8.5 x 0.0 1 m m =7.8 8 5 m m。（3）由于小球自由落体运动时间很短，所以测量时，应先接通数字计时器，后释放小球。（4）小球丛某一高度释放，与某种

19、橡胶材料碰撞导致的机械能损失等于前后通过光电门的动能的减小量，根据光电门测速的原理丫 =邑可知，A =-mM-m Mt 2 2 2卜；t2j（5）若适当调高光电的高度，则小球丛光电门向下运动以及弹起后向上运动的过程中空气阻力做功增大，将会增大因空气阻力引起的测量误差（碰撞时机械能的损失的测量值中包含有克服空气阻力做功的量）。4 .答案：见解析解析：（1）从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为191 9P弹=5 叙乙一，）厂一 5%（乙 一 乙）一色）整理有A E 泮=他-4）4-3成打F点时钩码的速度为以=与2由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同时打出A点，则钩码动能的增加量为

20、叫 一0=但 里k 2 F 8 尸钩码的重力势能增加量为叫重=，咫 5（2）钩码机械能的增加量，即钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量。现在随着增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大，导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大。5 .答案：（1）刻度尺（2）1.5（3）2 （加|一%）A/i A z j A r,+A r2）（4）光栅板受到空气阻力的作用解析：6、（1）答案：6.93解析：题图乙中示数为14.66 c m,则伸长量/=14.66c

21、m-7.73cm=6.93cm。（2）答 案:A解 析：为 了 更 好 地 找 出 弹 力 与 伸 长 量 之 间 的 规 律，应 逐 一增挂钩 码，记下每增加一只钩 码 后 指 针 所 指 的 标 尺 刻 度 和 对 应 的 钩 码 总 重，故 选 A。(3)答案：超过弹簧的弹性限度解 析：若 超 过 弹 簧 的 弹 性 限 度，胡 克 定 律 将 不 再 适 用，则题图丙中出现偏折的原因是超 过 了 弹 簧 的 弹 性 限 度。7.答案：(1)6.200.05 1.90.2BC(2)D3解析：本题考查探究小车速度随时间变化的规律。(1)以计数点。为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车

22、位移大小可以从刻度尺读出,OB=6.20cm;由题图3 求出图线的斜率，该斜率为加速度的大小，则a=m/s2=1.9m/s?；利用题图1装置“探究加速度与力、质量的关系的实验，不需要更换质量更小的车，因为要保证小车的质量远大于祛码和祛码盘的总质量，A 项错误；需要平衡摩擦力，即需要调整长木板的倾斜程度，B 项正确；为了改变细线中的拉力，需要将钩码更换成祛码盘和祛码，C 项正确；两个实验中都需要使连接小车的细绳与长木板平行，D 项错误。(2)“探究求合力的方法”实验中两分力的大小不一定相等，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只需要再选择一个与结点相距较远的点就可以确定该力的

23、方向，B 项错误；测量时弹簧秤外壳与木板之间存在摩擦，对实验没有影响，因为弹簧秤贴近并平行于木板，C项错误；测量时，为了减小误差应保证橡皮条、细绳和弹簧秤贴近并平行于木板，D 项正确；若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少3 次把橡皮条结点拉到O,两次是利用一根细线和另一根连有弹簧秤将橡皮条的结点拉到。点，还有一次是用一根细线和弹簧秤将橡皮条拉到O 点。8.答案：(1)4.00；2.04；0.604(2)1.96；0.588(3)2.65%解析：(1)碰撞前A 的速度大小%=J；。：;：3 m/s=4.00 m/s,碰撞后A 的速度大小Arcl 2.5x10匕=3=L0 x埠m/s=2.0 4

24、m/s,由题意可知，碰撞后A 的速度方向与碰撞前相反，故碰撞前后A 的动量变化量大小即=网*-，%(-%)=0.604kg-m/s。(2)同理，可计算出3 碰后的速度大小和碰撞前后动量变化量的大小。(3)本实验的5=包 二 组 x 100%=2.65%。9.答案：(1)BC(2)2.14；2.12；存在阻力作用(3)见解析解析：(1)重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故 A 错误；本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律的，故需要验证的方程是，咫小声，因为比较的是，咫的大小关系，故m可约去，不需要测量重物的质量，故 B 正确；释放纸带前，重物应靠近打点计时器,必须保证打点计时器的

25、两限位孔在同一竖直线上，然后接通电源，最后释放纸带，故 C 正确；不能利用公式v=历 来 求 解 瞬 时 速 度，否则实验验证变成了理论推导，故 D 错误。(2)重力势能减少量公 1)=,咫/?=0.5乂 9.8、0.43651土2.141，利用匀变速直线运动的推论得%=克=-m/s=2.91m/s,打下。点时重物的动能为Ek)=-m v =-x0.5x2.912 J-2.12J,该过程中重物动能增加量4 4 =E g-0 =2.12 J,由于存在阻力作用，所以重力势能的减少量大于动能的增加量。(3)若下落过程机械能守恒，则应满足，咫力=g mF-g m ,则有/=2 的+1；图线的斜率为重力加速度大小的2 倍时，即可验证自由下落的物体机械能守恒，而图线的斜率k=m/s2=19 5 2m/s,=2g,因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒。