2023新教材高考物理二輪專題復習專題強化訓練16力學實驗

專題強化訓練16力學實驗1．[2022·山東押題卷]在“研究小球做平拋運動”的實驗中：(1)如圖甲所示的實驗中，觀察到兩球同時落地，說明________________________________；如圖乙所示的實驗：將兩個光滑斜軌道固定在同一豎直面內(nèi)，滑道末端水平，把兩個質(zhì)量相等的小鋼球，從斜面的相同高度由靜止同時釋放，觀察到球1落到水平板上并擊中球2，這說明________________________________．(2)該同學用頻閃照相機拍攝到如圖所示的小球平拋運動的照片，小方格的邊長L＝125cm，看到小球在平拋運動中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示，則照相機每隔________s曝光一次，小球平拋初速度為v0＝________m/s，到達b點時的瞬時速度大小為vb＝________m/s(g＝10m/s，最后一空的計算結果保留兩位有效數(shù)字).2．[2022·河北押題卷]小王利用如圖甲所示的裝置探究彈簧的彈性勢能．在粗糙水平桌面上固定好輕質(zhì)彈簧和光電門，將光電門與數(shù)字計時器(圖甲中未畫出)連接．實驗開始時，彈簧在光電門的左側，且處于原長狀態(tài)．小滑塊與彈簧不拴接，不計空氣阻力．(1)用外力將滑塊向左緩慢推至滑塊上的遮光條(寬度為d)距離光電門為x處，撤去外力，數(shù)字計時器記錄的遮光條通過光電門的時間為t.滑塊通過光電門的速度大小為________．(2)多次改變滑塊的質(zhì)量m，重復(1)中操作，得出多組m與t的值，以eq\f(1,m)為橫坐標、eq\f(1,t2)為縱坐標作出的eq\f(1,t2)-eq\f(1,m)圖像如圖乙所示(圖中的a、b均為已知量)，則撤去外力瞬間彈簧的彈性勢能Ep＝________；已知當?shù)氐闹亓铀俣却笮間，則滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝________．3．[2022·北京押題卷]實驗小組用如圖所示的實驗裝置探究加速度與物體受力的關系，保持小車的質(zhì)量M不變，通過改變槽碼的個數(shù)來改變小車所受的拉力F，通過處理紙帶上打出的點來測量小車的加速度a.(1)如圖是某次實驗時得到的一條紙帶，紙帶上相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為T＝0.10s，由圖中數(shù)據(jù)可計算出小車的加速度大小為________m/s2.(2)小明同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了a-F圖像，如圖所示，該圖線斜率的物理意義是____________________________；該圖線不通過原點的原因可能是________________________________．(3)小芳同學實驗操作規(guī)范．作出了a-F圖像，隨槽碼個數(shù)的增加，圖線上都發(fā)生了彎曲，該同學作出的圖像最接近如圖中的________．(選填“甲”或“乙”)4．某學校新進了一批傳感器，小明在老師指導下，在實驗室利用傳感器探究物體做圓周運動的向心力與物體質(zhì)量、軌道半徑及轉(zhuǎn)速的關系．實驗裝置如圖甲所示．帶孔的小滑塊套在光滑的水平細桿上．通過細桿與固定在轉(zhuǎn)軸上的拉力傳感器相連．小滑塊上固定有轉(zhuǎn)速傳感器．細桿可繞轉(zhuǎn)軸做勻速圓周運動．小明先保持滑塊質(zhì)量和軌道半徑不變來探究向心力與轉(zhuǎn)速的關系．(1)小明采用的實驗方法主要是________．(填正確答案標號)A．理想模型法B．控制變量法C．等效替代法(2)若拉力傳感器的示數(shù)為F，轉(zhuǎn)速傳感器的示數(shù)為n，小明通過改變轉(zhuǎn)速測量出多組數(shù)據(jù)，作出了如圖乙所示的圖像，則小明選取的橫坐標可能是________．A．n B．eq\f(1,n)C．eq\r(n) D．n2(3)小明測得滑塊做圓周運動的半徑為r，若F、r、n均取國際單位，圖乙中圖線的斜率為k，則滑塊的質(zhì)量可表示為m＝________．5．如圖為一同學利用壓力傳感器探究彈力與彈簧伸長量關系的裝置示意圖，水平放置的壓力傳感器上疊放著連接輕彈簧的重物，左側固定有豎直刻度尺．靜止時彈簧上端的指針指示如圖所示，表格中記錄此時壓力傳感器的示數(shù)為6.00N；豎直向上緩慢地拉動彈簧，分別記錄指針示數(shù)和對應的傳感器示數(shù)如表中所示．傳感器示數(shù)FN(N)6.004.003.001.000指針示數(shù)x(cm)14.6015.8118.1919.40(1)補充完整表格中直尺的讀數(shù)________；(2)在以傳感器示數(shù)FN為縱軸、指針示數(shù)x為橫軸的坐標系中，描點畫出FN-x圖像，并根據(jù)圖像求得彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結果保留3位有效數(shù)字).6．某同學探究氣球在空氣中運動時所受空氣阻力的大小跟速率的定量關系，所使用的器材有：鐵架臺、鉤碼、彈簧測力計、細繩、氣球、毫米刻度尺、具有連拍功能的手機．其實驗步驟如下：A．測出氣球及鉤碼的總重力GB．吹好氣球，用細繩將氣球扎緊，另一端系上鉤碼C．將刻度尺豎直固定在鐵架臺上，將氣球(含鉤碼)從較高位置釋放，使其經(jīng)過刻度尺附近時能勻速下落D．使用手機連拍功能，拍攝氣球勻速運動時的多張照片E．改變所懸掛的鉤碼質(zhì)量，重復以上步驟F．記錄并處理數(shù)據(jù)請回答以下問題：(1)某次拍攝的兩張照片如圖甲、乙所示，可以從中計算出氣球下落的位移．圖乙中所示位置的讀數(shù)為________cm.(2)記錄每次實驗中氣球(含鉤碼)重力G和相鄰兩次拍攝時間內(nèi)氣球下落的位移l，如下表所示，已知相鄰兩次拍攝的時間間隔為1s，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以計算出每組實驗中氣球所受阻力Ff和其勻速運動時的速率v.圖丙中已描出了部分數(shù)據(jù)，請補描第三組的實驗數(shù)據(jù)并繪制出Ff-v關系圖像．次數(shù)1234567重力G/(×10－2N)4.55.56.57.58.59.510.5位移l/(×10－2m)13.6016.3019.8023.8026.6028.8032.80(3)根據(jù)所繪制的圖像，可以得到的實驗結論為：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.7．[2022·湖南株洲一模]某同學將小車左端與紙帶相連，紙帶穿過打點計時器，小車通過滑輪用重物牽引，測得小車的加速度為0.72m/s2.將小車左側的紙帶取下，將具有加速度測量功能的智能手機固定在小車上來測量加速度(實驗的其他條件不變)，如圖甲所示，讓重物落下，開始測量小車的加速度，直至小車接觸到制動器后結束測量．在智能手機上顯示了如圖乙所示的畫面，圖中縱軸為加速度，橫軸為時間，且智能手機測量的是以小車的前進方向為正方向的加速度，小車停止前的加速度超過了圖表的顯示范圍．(1)智能手機測得的小車的加速度約為____m/s2(保留2位有效數(shù)字).(2)智能手機和打點計時器測得的加速度有明顯差異，主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)根據(jù)圖乙可知小車與制動器碰撞前的速度約為________m/s(保留3位有效數(shù)字).8．某學校物理興趣小組的同學利用身邊的實驗器材，完成驗證動量守恒定律實驗．身邊的實驗器材有刻度尺、天平、秒表、量角器、打點計時器(一套)、裝有厚厚一層松軟細砂的小車(以下簡稱“小車”)、鐵塊、一端帶有豎直擋板的長木板、木塊、紙帶．實驗步驟如下：第1步：把長木板帶有豎直擋板的一端固定在水平桌面上，把木塊墊在木板的左端下方，制成一個斜面，并將實驗器材按如圖所示方式安裝好；把小車放到木板上，將穿過打點計時器的紙帶與小車連接．通過左右調(diào)整木塊位置，直到給小車一個沿木板向下的初速度，小車所連紙帶上打出的點間隔均勻．第2步：把小車放到木板上靠近打點計時器的一端，給小車一個沿木板向下的初速度，經(jīng)過一段時間后把鐵塊輕輕放到小車里的細砂上．第3步：取下紙帶，分別測量紙帶上點跡均勻的兩部分連續(xù)5個點的距離x1和x2，且x1>x2.第4步：重復第2步和第3步，記錄x1和x2.請回答下列問題．(1)下列實驗器材中必需的是________(選填選項前的字母).A．天平 B．秒表C．刻度尺 D．量角器(2)在坐標紙上，以x1和x2分別為縱、橫軸，把記錄的數(shù)據(jù)在坐標紙上描點連線，得到一條斜率為k的過原點的直線．只需滿足鐵塊與小車的質(zhì)量的比值為________，就能驗證小車和鐵塊沿________方向動量守恒．(3)若鐵塊從一定高度由靜止釋放做自由落體運動落到小車上的細砂里，小車和鐵塊組成的系統(tǒng)沿斜面方向的動量________(填“不守恒”或“守恒”)，小車勻速運動時的動量________(填“大于”“小于”或“等于”)鐵塊落到細砂里后小車和鐵塊組成的系統(tǒng)的總動量．專題強化訓練16力學實驗1．解析：（1）用小錘打擊彈性金屬片，B球就水平飛出，同時A球被松開，做自由落體運動，兩球同時落到地面，則說明平拋運動豎直方向是自由落體運動．因為觀察到的現(xiàn)象是球1落到水平木板上擊中球2，可知球1在水平方向上的運動規(guī)律與球2相同，即平拋運動在水平方向上做勻速直線運動．（2）在豎直方向上，根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律可得Δy＝L＝gT2，得T＝eq\r(\f(L,g))＝eq\f(\r(2),4)s.由公式，可得小球初速度為v0＝eq\f(2L,T)＝eq\f(2.5,\f(\r(2),4))m/s＝5eq\r(2)m/s.b點豎直方向的速度vby＝eq\f(yac,2T)＝eq\f(3L,2T)＝eq\f(15\r(2),4)m/s，所以b點的速度vb＝eq\r(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＋veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(by)))＝8.8m/s.答案：（1）平拋運動豎直方向是自由落體運動平拋運動在水平方向上做勻速直線運動（2）eq\f(\r(2),4)5eq\r(2)8.82．解析：（1）由于通過光電門的時間極短，可以將通過光電門的平均速度看成瞬時速度，為v＝eq\f(d,t).（2）根據(jù)動能定理得Ep－μmgx＝eq\f(1,2)mv2代入速度得Ep－μmgx＝eq\f(1,2)meq\f(d2,t2)整理得eq\f(1,t2)＝eq\f(2Ep,d2)·eq\f(1,m)－eq\f(2μgx,d2)則結合圖像得－eq\f(2μgx,d2)＝－a，圖像的斜率k＝eq\f(a,b)＝eq\f(2Ep,d2)解得μ＝eq\f(ad2,2gx)，Ep＝eq\f(ad2,2b).答案：（1）eq\f(d,t)（2）eq\f(ad2,2b)eq\f(ad2,2gx)3．解析：（1）根據(jù)勻變速直線運動的推論，即Δx＝aT2可得a＝eq\f(x24－x02,（2T）2)＝eq\f(8.8×10－2－7.2×10－2,0.202)m/s2＝0.4m/s2（2）根據(jù)牛頓第二定律可得F＝ma變形有a＝eq\f(F,m)，可知，該圖線斜率的物理意義是小車質(zhì)量的倒數(shù)，當合外力不為零時，加速度為零，則為沒有平衡阻力或平衡阻力不足．（3）隨著F的增大，不滿足M?m時，此時有mg－F＝ma，F(xiàn)＝Ma解得加速度為a＝eq\f(mg,m＋M)，因此加速度會偏小，a-F圖像，最后會略微向下彎曲，故選甲．答案：（1）0.4（2）小車質(zhì)量的倒數(shù)沒有平衡阻力或平衡阻力不足（3）甲4．解析：（1）由題意可知，該實驗是先保持小滑塊質(zhì)量和半徑不變?nèi)y量向心力和轉(zhuǎn)速的關系，是先控制一些變量，再研究其中兩個物理量之間的關系，是控制變量法，故B正確，A、C錯誤．（2）根據(jù)向心力與轉(zhuǎn)速的關系有F＝mrω2＝4π2mrn2，可知小明選取的橫坐標可能是n2，故選D.（3）根據(jù)題意有F＝kn2，結合向心力與轉(zhuǎn)速的關系可得m＝eq\f(k,4π2r).答案：（1）B（2）D（3）eq\f(k,4π2r)5．解析：（1）直尺的最小刻度為1mm，根據(jù)直尺的讀數(shù)規(guī)則可知，估讀到最小刻度的下一位，故讀數(shù)為12.20cm.（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)做出圖像，如圖所示由題意可知FN＋F＝mg，則FN＝mg－kΔx，即FN＝mg－k（x－x0），得圖像的斜率絕對值為彈簧的勁度系數(shù)，由圖像可知k＝eq\f(ΔFN,Δx)＝eq\f(6,0.1940－0.1220)N/m＝83.3N/m.答案：（1）12.20（2）見解析圖83.3（82.0～83.8都算正確）6．解析：（1）圖乙中所示位置的讀數(shù)為7.00cm.（2）第三組數(shù)據(jù)是G＝Ff＝6.5×10－2N時，速度v＝19.80cm/s，則繪制出Ff-v關系圖像如圖所示（3）根據(jù)所繪制的圖像可知，圖像是過原點的直線，可以得到的實驗結論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，此氣球受到的空氣阻力跟速率成正比．答案：（1）7.00（2）圖見解析（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，此氣球受到的空氣阻力跟速率成正比7．解析：（1）由圖乙可以讀出加速度大約為0.60m/s2.（2）智能手機測得的加速度明顯比打點計時器測得的加速度小，原因是小車上放置了智能手機，整體的質(zhì)量增加，使整體所受的摩擦力增大，整體受到的合外力減小，則整體的加速度減小．（3）從圖乙可以看出從2.5s到4.3s小車一直以大小約為0.60m/s2的加速度做勻加速運動，因為a-t圖與坐標軸圍成的面積表示速度變化量，所以Δv＝aΔt＝0.60×1.8m/s＝1.08m/s，故小車與制動器碰撞前的速度約為1.08m/s.答案：（1）0.60（2）小車上放置了智能手機，整體的質(zhì)量增加，使整體所受的摩擦力增大，整體受到的合外