2021年高考物理三轮冲刺《力学试验》练习一（含答案详解）

2021年高考物理三轮冲刺

《力学试验》练习一

1.某实验小组在探究加速度与物体受力的关系实验中,设计出如下的实验方案,其实验装置如图甲所示。已知小车质量m1=214.6 g,砝码盘质量m0=7.8 g,所使用的打点计时器交流电源频率f=50 Hz。其实验步骤是:

甲

A.按图中所示安装好实验装置;

B.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直线运动;

C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;

D.将小车置于打点计时器旁,先接通电源,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求得小车的加速度a;

E.重新挂上细绳和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量,重复B~D步骤,求得小车在不同合外力F作用下的加速度。

回答下列问题:

(1)按上述方案做实验,是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?　　(选填“是”或“否”)。 

(2)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　 m/s2。 

乙

(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中,如下表,

他根据表中的数据画出a-F图像(如图丙)。造成图线不过坐标原点的一条最主要原因

是　　　　　　　　　　　　　　　　　。从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是　　　　　　　　　　　　　　　　　,其大小为　　　　　　。 

丙

2.英国物理学家胡克发现：金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长量与所受拉力成正比，这就是著名的胡克定律，这一发现为后人对材料耐拉力性质的研究奠定了基础。现有一根用新材料制成的金属杆，长为4 m，横截面积为0.8 cm2，设计要求它受到拉力后伸长不超过原长的，研究它能承受的最大拉力大小。由于这一拉力很大，金属杆又较长，直接测试有困难，因此，选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如表格所示：

(1)测试结果表明金属杆受拉力作用后其伸长量与材料的长度成________比，与材料的截面积成________比(均选填“正”或“反”)。

(2)上述金属杆所能承受的最大拉力为________N。

3.某同学利用如图甲所示的实验装置运用牛顿第二定律测量滑块的质量M.其主要步骤为：

(1)调整长木板倾角，当钩码的质量为m0时滑块沿木板恰好向下做匀速运动．

(2)保持木板倾角不变，撤去钩码m0，将滑块移近打点计时器，然后释放滑块，滑块沿木板向下做匀加速直线运动，并打出点迹清晰的纸带如图乙所示(已知打点计时器每隔0.02s打下一个点)．

请回答下列问题：(①、②两问均保留3位有效数字)

①打点计时器在打下B点时滑块的速度vB=________m/s；

②滑块做匀加速直线运动的加速度a=________m/s2；

③滑块质量M=________(用字母a、m0、当地重力加速度g表示)．

(1)图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6是实验中选取的计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，2、3和5、6计数点间的距离如图所示，由图中数据求出滑块的加速度a=________m/s2(结果保留三位有效数字)．

(2)已知木板的长度为L，为了求出滑块与木板间的动摩擦因数，还应测量的物理量是________．

A．滑块到达斜面底端的速度v

B．滑块的质量m

C．滑块的运动时间t

D．斜面高度h和底边长度x

(3)设重力加速度为g，滑块与木板间的动摩擦因数的表达式μ=________(用所需测物理量的字母表示)．

(2)正确操作后通过测量，作出a—F图线，如图2中的实线所示，

则图线上部弯曲的原因是____________________________________.

(3)打点计时器使用的交流电频率f=50 Hz，如图3是某同学在正确操作下获得的一条纸带，

其中A、B、C、D、E每相邻两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、s3、s4以及f来表

示小车加速度的计算式：a=________；根据纸带所提供的数据，

计算可得小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)．

6.某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图所示．倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球．手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球．当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间．

(1)(多选)在实验中，下列做法正确的有(　　)

A．电路中的电源只能选用交流电源

B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方

C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度

D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时

(2)实验测得小球下落的高度H=1.980 m，10个小球下落的总时间T=6.5 s．可求出重力加速度g=______m/s2(结果保留两位有效数字)．

(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法．

(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．

(1)做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d.则滑块经过光电门1时的速度表达式v1=________；滑块加速度的表达式a=________(以上表达式均用已知字母表示)．如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为________ mm.

(2)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h(见图甲)．关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h\”的正确操作方法是_________________．

(填选项字母)

A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大

B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变

C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变

D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小

(1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为________．

(2)若用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图乙所示，则d=________ cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，就可以计算出小车经过光电门时的速度v.

(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt，并算出相应的小车经过光电门时的速度v，通过描点作出v2－m线性图象(如图丙所示)，从图线得到的结论是：在小车质量一定时，______________________.如果小车的质量M=5 kg，图象的斜率k=1 m2·s－2·kg－1，则A、B间的距离s=________ m．(g取10 m/s2)

(4)另一实验小组设计了如图(a)所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图(b)所示．滑块和位移传感器发射部分的总质量m′=________kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ=________.(重力加速度g取10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

0.参考答案

1.答案为：

(1)否；

(2)0.88；

(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确)

砝码盘的重力，0.08 N；

解析：

(1)小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力,而实验中的研究对象是小车,因此,实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量。

(2)a=×1m/s2=0.88m/s2

(3)实验中本应有(m0+m)g=m1a,由于实验中未计入砝码盘的质量m0,测得的图像与真实图像相比沿F轴左移m0g,图像将不过原点。由图像及上述分析可知,m0g=0.08N。

2.答案为：(1)正,反;(2)10 000;

解析：

(1)由题表中的数据可得：当金属杆的截面积S、拉力F不变时，金属杆伸长量x与长度L成正比，即x∝L；当金属杆的截面积S、长度L不变时，金属杆伸长量x与拉力F成正比，即x∝F；当金属杆的长度L、拉力F不变时，金属杆伸长量x与截面积S成反比，即x∝，综上所述，有x∝。

(2)由(1)所得x∝，设比例系数为k，则所求的金属杆伸长量x满足的关系是x=k，

取L=1 m，S=0.05 cm2=5×10－6 m2，F=250 N，x=0.04 cm=4×10－4 m，解得k=8×10－12 m2/N，

所以x=8×10－12×(m)。题述金属杆长度L=4 m，截面积S=0.8 cm2=8×10－5 m2，

最大伸长量x= m=4×10－3 m，代入导出的关系式中，

解得F=10 000 N，金属杆能承受的最大拉力是10 000 N。

3.答案：

①1.38；

②3.88；

③；

解析：

①根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上B点时小车的瞬时速度大小vB==m/s=1.38m/s；

②根据匀变速直线运动的推论公式Δx=at2可以知，加速度的大小：

a==×10－2m/s2=3.88m/s2；

③滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得：m0g=Mgsin θ－f，撤去m0时的滑块的匀加速直线运动时，受到的合外力：F合=Mgsin θ－f，由牛顿第二定律得：F合=Ma，解得：M=.

(1)2.51;

(2)D;

(3);

解析：

(1)根据逐差法a== m/s2=2.51 m/s2.

(2)设斜面倾角为θ，根据mgsinθ－μmgcosθ=ma，要想求出θ的正弦和余弦，

需要知道斜面的高度h和底边长度x，选项D正确．

(3)根据mg－μmg·=ma，解得μ=.

(1)平衡摩擦力；

(2)没有满足小车质量远大于砂和砂桶的总质量；

(3)f2　0.60；

解析：

(1)小车质量M一定时，其加速度a与合力F成正比，而小车与木板之间若存在摩擦力，就不能用绳子的拉力代替合力，所以在做实验前必须要先平衡摩擦力．

(2)随着合力F的增大，砂和砂桶的总质量越来越大，最后出现了不满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量的情况，因此a－F图线出现了上部弯曲的现象．

(3)由题意可知，两计数点之间的时间间隔为T=×5=0.1 s，

由逐差法可得a==f2，

代入数据解得a=0.60 m/s2.

6.答案为：

(1)BD；

(2)9.4；

(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值(其他答案只要合理也可)；

(4)见解析

解析：

(1)电磁铁可以使用交流电或直流电．小型电磁铁一般使用直流电，A项错误；为保证小球下落能把触头断开，M应调整到电磁铁的正下方，B项正确；电磁铁下端到M的竖直距离，再减去一个小球的直径，即为小球下落的高度，C项错误；手动敲击M的同时按下秒表开始计时，D项正确．

(2)根据H=gt2，则有g== m/s2≈9.4 m/s2.

(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值．

(4)由H1=g和H2=g，可得g=，

因此可以消去Δt的影响．

(1)　　8.15；

(2)BC

解析：

(1)滑块经过光电门1时的速度表达式v1=，

经过光电门2时的速度v2=，a==，

游标卡尺的读数由主尺和游标尺两部分组成，读数为8.15 mm.

(2)气垫导轨上滑块沿导轨下滑，重力沿导轨方向的分力Mgsinθ等于合力，

而Mgsinθ=，为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h，

M增大时，h减小，以保持二者乘积不变；M减小时，h增大，以保持二者乘积不变．

选项B、C正确．

(1)m≪M；

(2)1.050；

(3)加速度与合外力成正比，0.25；

(4)0.5，0.2；

解析：

(1)该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究．当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系．为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的右端适当垫高，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力相抵消，那么小车所受的合力就是细线的拉力．根据牛顿第二定律：对重物，mg－F=ma，对小车，F=Ma，解得F==，当m远小于M，即当重物重力远小于小车的重力时，细线的拉力近似等于重物的总重力．

(2)游标卡尺的主尺读数为10 mm，游标尺读数为0.05×10 mm=0.50 mm，所以最终读数为：

10 mm＋0.50 mm=10.50 mm=1.050 cm；数字计时器记录通过光电门的时间，

由位移公式计算出小车通过光电门的平均速度，用该平均速度代替小车的瞬时速度，

故在遮光条经过光电门时小车的瞬间速度为：v=.

(3)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v2=2as=m，

由题意可知，M、s不变，因v2－m图象为过原点的直线，则说明加速度与合外力成正比．

如果小车的质量M=5 kg，图象的斜率k=1 m2·s－2·kg－1，则=1 m2·s－2·kg－1，

解得A、B间的距离s=0.25 m．

(4)当轨道水平时，根据牛顿第二定律得：a==－μg，

可知图线的斜率k′==2 kg－1，解得：m′=0.5 kg，

纵轴截距的绝对值μg=2 m·s－2，解得：μ=0.2.