高考物理考前冲刺（24）力学实验猜押练 (含详解)

高考物理冲破高分瓶颈考前必破

破（24）力学实验猜押练（解析版）

【真题引领】

 1.（2019·全国卷I·T22）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是　　　点,在打出C点时物块的速度大小为　　　m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为　　　m/s2(保留2位有效数字)。 

【答案】A　0.233　0.75

解析:物块沿倾斜的长木板加速下滑,相等时间内的间距越来越大,所以在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是A点。根据纸带可知xAB=12.0 mm、xBC=19.5 mm、xCD=27.0 mm、xDE=34.5 mm,则

vC===232.5 mm/s=0.233 m/s。

Δx=xDE-xCD=xCD-xBC=xBC-xAB=7.5 mm,则

a===750 mm/s2=0.75 m/s2。

2.(2019·全国卷Ⅱ ·T22)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源,纸带等。回答下列问题:

(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=　　　　　　(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。 

(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角θ=30°。接通电源。开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为　　　　　　(结果保留2位小数)。 

【答案】(1)　(2)0.35

解析:(1)以铁块为研究对象,受力分析如图所示

由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma,故μ=。

(2)由逐差法求加速度a=,由纸带可得sⅡ=(76.39-31.83)×10-2 m,T=0.10 s,sⅠ=(31.83-5.00)×10-2 m, a= m/s2=1.97 m/s2,代入μ=,解得μ=0.35。

3.(2019·全国卷Ⅲ ·T22)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。

(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是　　　 。(填正确答案标号) 

A.米尺    B.秒表      C.光电门         D.天平

(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。

答:___________________________________________。 

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm,则该地的重力加速度大小为g=　　　　 m/s2。(保留2位有效数字) 

【答案】(1)A　(2)将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺　(3)9.7

解析:(1)此实验用数码相机替代打点计时器,故实验原理是相同的,仍然需要米尺来测量点与点之间的距离,故选A。

(2)米尺在本实验中的使用方法为:将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺,这样便于测量连续几张照片上小球位置之间的距离。

(3)利用逐差法Δx=aT2求加速度a。则g=a===9.7 m/s2。

【高考猜押】

4．某学生做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧伸长的长度x，数据记录如表所示。

(1)根据表中数据在图甲中作出F－x图线：

(2)根据F－x图线可以求得弹簧的劲度系数为________N/m；

(3)估测弹簧弹力为5 N时弹簧的弹性势能为________J。(4)一位同学做此实验时得到如图乙所示的F－x图线，说明此同学可能出现了哪种错误？________。

【答案】(1)见解析图　(2)50　(3)0.25　(4)已超出了弹簧的弹性限度

解析　(1)根据描点法可得出对应的F－x图象，如图所示：

(2)根据胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数，则可知k＝ N/m＝50 N/m

(3)根据图象的性质以及W＝Fx可知，图象与横坐标围成的面积表示弹力所做的功，根据功能关系可知，等于弹簧的弹性势能，故Ep＝×5×0.099 5 J≈0.25 J；

(4)由图可知，当力达到某一值时，图象发生了弯曲，说明此时已超出了弹簧的弹性限度。

5．用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系，实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a。

(1)关于实验操作，下列说法正确的是________。

A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑

C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力

D．实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车

(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度vB＝________ m/s，小车的加速度a＝________ m/s2。

(3)改变细线下端钩码的个数，得到a－F图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是________。

【答案】(1)AD　(2)0.316　0.93

解析　(1)调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；由于平衡摩擦力之后有，Mgsin θ＝μMgcos θ，故tan θ＝μ。所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小车，而当实验结束时应先控制小车停下再停止打点计时器，故D正确；

(2)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s。

根据Δx＝aT2可得：xCE－xAC＝a(2T)2。

小车运动的加速度为a＝

＝ m/s2＝0.93 m/s2

B点对应的速度：vB＝＝ m/s＝0.316 m/s；

(3)随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足M≫m，因此图线上端出现弯曲现象。

(3)随所挂钩码质量m的增大，不能满足M≫m。

6．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用DIS设计了一个实验，装置如图甲所示，图中A为电磁铁，B为光电门，有一直径为d、质量为m的金属小球通过电磁铁从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，单位是毫秒。当地的重力加速度为g取9.8 m/s2，且小球直径d远小于A、B间的距离H。

(1)用螺旋测微器测得小球的直径如图乙所示，则d＝______m。

(2)多次改变高度H，重复上述实验，作出－H的变化图象如图丙所示，该图线斜率的理论值k＝________(ms)－2·m－1。(保留二位有效数字)

(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，可能的原因是________________________(任意答出一条原因即可)。

【答案】(1)4.700×10－3　(2)0.89　(3)受到空气阻力或者H测量值偏大(任意答出一条原因即可)

7．某实验小组利用如图所示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：

A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；

B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；

C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。

回答下列问题：

(1)按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？________(填“是”或“否”)；

(2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有______；

A．悬挂钩码的总质量m

B．长木板的倾角θ

C．两传感器间的距离l

D．小车的质量M

(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：________________________。(重力加速度为g)

【答案】(1)否　(2)ACD　(3)mgl＝Mv－Mv

解析　(1)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，取下钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响。

(2)(3)根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有：

mgl＝Mv－Mv，

所以要测量悬挂钩码的总质量m、两传感器间的距离l和小车的质量M。

8．如图所示的装置中，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L。使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。

(1)图中x应是B球初始位置到________的水平距离．

(2)为了探究碰撞中的守恒量，应测得________等物理量。

(3)用测得的物理量表示：mAvA＝________；mAv′A＝________；mBv′B＝________。

【答案】(1)B球平均落点

(2)mA、mB、α、β、H、L、x

(3)mA；mA；mBx

解析　(1)B球离开小支柱后做平抛运动，x是B球做平抛运动的水平位移，即：B球初始位置到平均落地点的水平距离。

(2、3)小球从A处下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得mAgL(1－cos α)＝mAv－0，

解得：vA＝，

则：PA＝mAvA＝mA，

小球A与小球B碰撞后继续运动，在A碰后到达最左端过程中，机械能再次守恒，由机械能守恒定律得：－mAgL(1－cos β)＝0－mAvA′2，

解得：vA′＝，PA′＝mAvA′＝mA；

碰前小球B静止，则PB＝0；碰撞后B球做平抛运动，

水平方向：S＝vB′t，竖直方向：H＝gt2，

解得：vB′＝x，

则碰后B球的动量：PB′＝mBvB＝mBx。

实验需要测量的量有：mA；mB；α；β；H；L；x。

9．某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。

(1)通过两个光电门的瞬时速度分别为v1＝________，v2＝________。在计算瞬时速度时应用的物理方法是________(填“极限法”“微元法”或“控制变量法”)。

(2)滑块的加速度可以表示为a＝________(用题中所给物理量表示)。

(3)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是________和________。机械能守恒的表达式为________________(用题中所给物理量和测量的物理量表示)。

【答案】(1)　　极限法　(2)

(3)滑块的质量M　沙桶的质量m

mgL＝(M＋m)d2

解析　(1)滑块通过两个光电门的速度等于滑块通过光电门这极短时间内的平均速度，故瞬时速度分别为和，时间取得越短，平均速度越接近瞬时速度，故采用了极限法。

(2)根据运动学公式2aL＝v－v，代入可求得加速度a＝。

(3)要验证机械能守恒定律就要看沙桶重力势能的减少量和系统动能的增加量是否相等，因此需要测量沙桶的质量和滑块的质量，机械能守恒定律的表达式为

mgL＝(M＋m)d2。

10．探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图甲所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤，并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大，即分别为W0、2W0、3W0、4W0…

(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力，目的是________(填写字母代号)。

A．为了释放小车后小车能做匀加速运动

B．为了增大橡皮筋对小车的弹力

C．为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功

D．为了使小车获得较大的动能

(2)图乙是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一部分，已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm＝________ m/s(保留三位有效数字)。

(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得的最大速度vm的数据，并利用数据绘出了图丙给出的四个图象，你认为其中正确的是________。

【答案】(1)C　(2)1.22　(3)D

解析　(1)本实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系，平衡摩擦力后，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功。

(2)vm＝ m/s＝1.22 m/s，小车做加速度变化的加速运动，当匀速时，速度最大。

(3)由W∝v知D正确。

11．如图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s：

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt1和Δt2，求出加速度a；

④多次重复步骤③，求加速度的平均值；

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。

回答下列问题：

(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的分度值为1 mm)的示数如图乙所示，其读数为________cm；

(2)物块的加速度a可用d、s、Δt1和Δt2表示为a＝______；

(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ＝________。

【答案】(1)1.130　(2)　(3)

解析　(1)游标卡尺读数为d＝1.1 cm＋6×0.05 mm＝1.130 cm

(2)据运动学公式2ax＝v2－v有

2as＝2－2

得a＝

(3)对物块和重物组成的系统受力分析，则有：

mg－μMg＝(M＋m)

得μ＝。