2022届新高考物理二轮检测-专题七　第13讲　力学实验.docx

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1、第13讲力学实验1(2021辽宁锦州一模)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相等但质量不等的小球P、Q，杆可以绕固定于中点O的水平轴在竖直面内自由转动。O点正下方有一光电门，小球可恰好通过光电门，已知重力加速度为g。(1)P、Q从水平位置由静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为t，小球的直径为d，则小球P经过最低点时的速度为v_。(2)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径为d_cm。(3)若两小球P、Q球心间的距离为L，小球P的质量是小球Q质量的k倍(k1)，当满足k_(用L、d、t、g表示)时，就表明验证了机械能守恒定

2、律。解析：(1)小球P经过最低点时的速度为v；(2)小球的直径为d1.3 cm90.05 mm1.345 cm；(3)系统机械能守恒，则有kmgmg(kmm)v2，代入速度得k。答案：(1)(2)1.345 (3) 2(2021山东临沂一模)某同学设计了如下实验来测量物块与木板之间的动摩擦因数。实验步骤如下：()如图甲所示，用垫块把一端带有定滑轮的长木板垫高，在其上表面固定一与物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。物块用细线通过定滑轮与一质量为m100 g的钩码相连。()实验发现当木板的倾角调整为53时，给物块一个沿斜面向下的初速度，物块恰能拖着钩码匀速运动。()调整手机使其摄像头正对木板表

3、面，开启视频录像功能。当物块运动到某一位置时突然烧断细线，用手机记录下物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择烧断细线时物块的位置作为测量参考点，得到物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。()该同学选取部分实验数据，画出了 t图像如图乙所示。回答以下问题：(重力加速度g取10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6)(1)根据图像可得，烧断细线瞬间物块速度的大小为_m/s，物块下滑的加速度大小为_m/s2(结果均保留2位有效数字)。(2)根据上述数据，可得物块的质量为_kg，物块与木板间的动摩擦因数为_(结果均保留2位有效数字)。解析：(1)小车烧断细线时

4、，以初速度v0做匀加速直线运动，有Lv0tat2，可得v0t，故 t图像的纵截距表示初速度，有v00.20 m/s(0.180.22 m/s)， t图像的斜率表示加速度的一半，有k m/s22.05 m/s2，则加速度为a2k4.1 m/s2。(2)设物块的质量为M，斜面倾角为53，连接体开始匀速运动，有Mg sin Mg cos mg，剪断细绳后，对物块由牛顿第二定律有Mg sin Mg cos Ma，联立各式可得mgMa，代入数据解得M kg0.24 kg，0.65(0.640.66)答案：(1)0.20(0.180.22)4.1(2) 0.240.65(0.640.66)3某实验小组利用

5、如图所示的实验装置探究加速度与力的关系。图中小车A的质量为M，连接在小车后的纸带穿过电火花计时器，它们均置于已平衡摩擦力的一端带有定滑轮的足够长的木板上，钩码B的质量为m，C为力传感器(与计算机连接可以直接读数)。实验时改变B的质量，记下力传感器的不同读数F，不计绳与滑轮的摩擦。(1)在实验过程中，_(选填“需要”或“不需要”)满足“小车A的质量M远大于钩码B的质量m”这一条件。(2)在实验中得到的一条纸带，从比较清晰的点起，每打五个点取一个点作为计数点，分别标上序号，如图所示。已知打点计时器所用交变电流的频率为50 Hz，每隔0.02 s打一个点。则当纸带上打出计数点2时钩码B的速度大小为_

6、m/s，小车的加速度大小为_m/s2(结果均保留2位有效数字)。(3)实验完毕后，某同学发现实验时的电压小于220 V，那么加速度的测量值与实际值相比_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析：(1)该实验可以用力传感器测量绳子的拉力，故不需要满足小车的质量远大于钩码的质量这一条件。(2)纸带上打出计数点2时小车的速度大小为v2 m/s0.36 m/s，根据动滑轮特点，可知钩码的速度大小为vBv20.18 m/s，由题意知时间间隔T0.1 s，根据纸带可知连续相等时间间隔内的位移差为x0.0016 m，由xaT2可知a0.16 m/s2。(3)根据(2)中所得到的加速度的表达式可知，加速度与电

7、源电压无关，所以加速度的测量值与实际值相比是不变的。答案：(1)不需要 (2) 0.180.16(3)不变4(2021广东佛山一模)某同学采用如图甲所示的装置及电火花打点计时器探究小车做匀变速直线运动的特点。(1)为完成本实验，下列器材中必须有的是_；天平46 V低压直流电源刻度尺秒表(2)安装好实验装置后开始实验。实验中以下操作必需的是_；A托盘和砝码的总质量要远小于小车的总质量B调整滑轮的高度，使细线与长木板平行C将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起D释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置E选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验(3)实验中获得某条点迹清晰的纸带如图乙所示，已知打点计时

8、器所用交流电频率为f，若_(填写表达式，用题及图中物理量表示)，则可认为匀变速直线运动具有_(提示：填有关速度或位移的特点)的特点。解析：(1)在处理纸带求解速度与加速度的过程中，物体的质量不需要知道，所以不用天平测量物体的质量，故错误；实验使用的电源必须是交流电源，故错误；刻度尺要用来测量纸带上的点之间的距离，所以必须要有刻度尺，故正确；打点计时器本身就是计时的仪器，所以不需要秒表，故错误，故选。(2)不管托盘和砝码的总质量与小车的总质量大小关系如何，只要小车做匀变速直线运动即可，即托盘和砝码的总质量不需要远小于小车的总质量，故A错误；调整滑轮的高度，使细线与长木板平行，保证小车所受的合力在

9、运动过程中不变，故B正确；将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起是为了平衡摩擦力，但本实验是探究小车做匀变速直线运动的特点，不管平衡摩擦力与否，都是匀变速直线运动。因此不需要将长木板远离滑轮的一端用小木块垫起，故C错误；为了纸带的利用率，释放小车前，小车应尽可能靠近打点计时器放置，故D正确；为了保证小车受力稳定，做匀变速直线运动，因此要选择平直且各处粗糙程度相同的长木板做实验，故E正确。故选BDE。(3)本实验要探究小车做匀变速直线运动的特点，即s4s3s3s2s2s1可知，匀变速直线运动在连续相等时间内的位移差相等。答案：(1) (2)BDE (3) s4s3s3s2s2s1 连续相等时间内的位

10、移之差相等5(2021山东潍坊高三月考)某同学利用如图甲所示的装置测量弹簧弹力做功。在水平桌面上固定好光电门，弹簧左侧固定，右侧连接固定有遮光条的滑块，将光电门与数字计时器(图中未画出)连接，弹簧原长为x0。实验过程如下：(1)先用游标卡尺测量滑块上遮光条宽度d，如图乙所示，则d_m。(2)用滑块压缩弹簧，遮光条到光电门距离为x，并由静止释放，数字计时器记下遮光条通过光电门所用的时间t，以此得到滑块到达光电门时的速度v_(用题中所给符号表示)。(3)右移光电门的位置，再次压缩弹簧到同一位置，重复(2)的操作，得到多组x与v的值。根据这些数据作出v2x的图像，如图丙所示。(4)已知小车质量为m，

11、重力加速度大小为g，根据图像可得到横轴截距为a，纵轴截距为b，可求出滑块每次运动过程中弹簧对其所做的功W_；还可求出滑块与桌面之间的动摩擦因数_。(用m、g、a、b表示)解析：(1)游标卡尺的读数为：主尺读数游标尺读数分度值1.1 cm100.05 mm1.150 cm1.150102m。(2)利用平均速度求瞬时速度，则有v(4)根据动能定理有Wmgxmv2，整理可得v22gx，由图像可得k2g，b，解得W，答案：(1)1.150102(2)(4)6(2021辽宁沈阳二模)某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计

12、时器N相连。实验步骤如下：接通M的开关，吸住小球；将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1；断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1；保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2。完成下列问题：(1)本实验所用器材有：铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和_(填入正确选项前的字母)。A天平B刻度尺C游标卡尺(2)重力加速度大小可表示为g_(用h1、t1、h2、t2表示)。(3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不

13、变而改变A的位置，那么该组同学_(选填“能”或“不能”)正确测得重力加速度。解析：(1)实验需要测量A和B之间的距离，所以需要用刻度尺。因为没有记录小球过光电门的时间，所以不需要测量小球直径，故不要游标卡尺。故选B。(2)设过A时的速度为v0，从A运动到B，有h1v0t1gt12 ，h2v0t2gt22，解得g()。(3)若保持B不动，则vB不变，可以反向思考B到A过程为加速度为g的匀减速运动，同理可以求出重力加速度。答案：(1)B (2) () (3)能7(2021湖北武汉二模)如图所示为“验证动量守恒定律”实验的装置示意图，现有带光滑圆弧轨道的粗糙水平桌面，物块A、B(A的质量大于B的质量

14、，A和B与桌面间的动摩擦因数相同)。实验操作步骤如下：(a)在圆弧轨道上距离桌面h高处让A由静止滑下，在水平桌面上不放B的情况下，使A一直沿水平桌面运动到C处静止；(b)再让A从圆弧轨道上距离桌面h高处由静止滑下，在桌面与圆弧轨道相接处放上B，使A与B碰撞，碰撞后让A、B继续运动直至分别停止在D、E处；(c)重复多次以上实验步骤，并记录实验数据，选取自己认为最理想的实验结果进行研究。根据该实验设计，回答下列问题。(1)实验中除了要测量出物块A的质量m1、物块B的质量m2，还需测量的物理量有_(写出物理量名称及表示符号)；根据实验测量出的数据和测量的物理量写出可以验证动量守恒定律的表达式_。(2

15、)(多选)关于误差分析和实验测量，下列说法正确的是_。AA与B发生弹性碰撞还是非弹性碰撞，对实验结果有一定的影响B如果A与B发生的碰撞不是正碰，对实验结果有一定的影响C实验中所用的圆弧轨道不是真正的光滑，对实验的结果影响不大D实验中必须测量A起始位置距离桌面的高度解析：(1)在水平桌面上不放B时，根据动能定理有m1gx0m1v2，得出v，在水平桌面上放上B后，由于A的质量大于B的质量，故A不会被反弹，则碰撞后对A有m1gx10m1v12，得v1，对B有m2gx20m2v22，得v2，所以实验中还需要测量不放B时A在水平桌面上运动的位移大小x，A、B发生正碰后A、B在水平桌面上运动的位移大小x1

16、、x2；如果碰撞过程满足动量守恒定律，则有m1vm1v1m2v2，即m1m1m2，整理得m1m1m2，所以要验证动量守恒定律只需验证上式成立即可。(2)根据实验的条件可知，碰撞的过程是不是弹性碰撞对实验的结果没有影响，而如果不是正碰，则有可能造成水平方向上的动量损失，故对实验结果有较大的影响，故A错误，B正确；实验中所用的圆弧轨道不是真正的光滑，对实验的结果影响不大，只要保证让A每次都从同一高度静止滑下，则可保证碰撞前A的速度一定，故C正确；由于实验只要保证碰撞前A的速度是一定的，而不要求计算速度的大小，所以实验中不用测量A下滑的高度，故D错误。答案：(1)不放物块B时物块A在水平桌面上运动的位移大小x，放上物块B，A、B发生正碰后物块A、B在水平桌面上运动的位移大小x1、x2m1m1m2(2)BC