2021屆高考物理三輪強化：力學實驗（解析版）

2021屆高考物理三輪強化：力學實驗

1.某同學利用如圖甲所示裝置做“探究彈簧彈力大小與其長度的關(guān)系''的實

圖甲圖乙圖丙

(1)在安裝刻度尺時，必須使刻度尺保持狀態(tài)。

⑵他通過實驗得到如圖乙所示的彈力大小廠與彈簧長度工的關(guān)系圖像。由

此圖像可得該彈簧的原長％=cm,勁度系數(shù)

k=N/mo

(3)他又利用本實驗原理把該彈簧做成一把彈簧測力計，當彈簧測力計上的

示數(shù)如圖丙所示時,該彈簧的長度x=emo

2.用如下的器材和方法可以驗證“力的平行四邊形定則”。在圓形桌子透明

桌面上平鋪一張白紙，在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪，其中滑輪1固定在

桌子邊，滑輪鳥、《可沿桌邊移動。第一次實驗中，步驟如下：

A.在三根輕繩下掛上一定數(shù)量的鉤碼，并使結(jié)點。靜止；

B.在白紙上描下。點的位置和三根繩子的方向，以。點為起點,作出三拉力的

圖示；

C.以繞過￡、《繩的兩個力為鄰邊作平行四邊形，作出。點為起點的平行四

邊形的對角線，量出對角線的長度；

D.檢驗對角線的長度和繞過《繩拉力的圖示的長度是否一樣,方向是否在一

條直線上。

A

⑴這次實驗中，若一根繩掛的質(zhì)量為加，另一根繩掛的質(zhì)量為2%則第三根

繩掛的質(zhì)量一定大于_________且小于0

（2）第二次實驗時，改變滑輪8、6的位置和相應(yīng)繩上鉤碼的數(shù)量，使結(jié)點平

衡，繩的結(jié)點（填“必須”或“不必”）與第一次實驗中白紙上描下的

0點重合。實驗中，若桌面不水平（填"會”或“不會”）影響實驗的

結(jié)論。

3.如圖甲所示是“驗證力的平行四邊形定則”實驗的裝置，將橡皮條的一

端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩，細繩的另一端都有繩套.實

驗中需用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點

到達某一位置0.

乙

（1）某同學在做該實驗時提出如下一些觀點，其中不恰當?shù)氖?/p>

（請?zhí)钊胂鄳?yīng)的字母）

A.拉橡皮條的繩細一些且適當長一些，實驗效果較好

B.拉橡皮條時，彈簧測力計、橡皮條、細繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行

C.橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置0時，拉力要適當大些

D.兩個彈簧測力計拉力的夾角越大越好

E.測量前應(yīng)把兩彈簧測力計互相勾在一起并對拉，觀察它們的示數(shù)是否相

同，應(yīng)選用示數(shù)相同的一對彈簧測力計

F.實驗中，用一個彈簧測力計拉橡皮條時，需將結(jié)點拉到同一位置。

(2)實驗中，用兩個彈簧測力計拉橡皮條時，若兩個彈簧測力計的讀數(shù)

均為4.00N,且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直，(填

“能”或“不能”)用一個量程為5.00N的彈簧測力計測量出它們的合力.

(3)如圖乙所示，保持左右兩側(cè)細繩間的夾角為銳角，并保持拉左側(cè)細

繩的測力計的讀數(shù)不變，而使左側(cè)細繩與豎直方向的夾角。減小，適當調(diào)

整右側(cè)彈簧測力計的拉力大小和方向，可使結(jié)點保持在。點不變，則右側(cè)

彈簧測力計的示數(shù).(請?zhí)钊胂鄳?yīng)的字母)

A.一定變大B.一定不變C.一定變小

4.在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時：

(1)要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果，必須

A.每次將橡皮條拉到同樣的位置B.兩彈簧秤的夾角相同

C.每次彈簧秤示數(shù)必須相同D.只要一個彈簧秤的讀數(shù)相同就行

(2)下圖所示，是甲乙兩位同學在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗

時得到的結(jié)果，則其中同學實驗結(jié)果比較符合實驗事實.

甲同學乙同學

(3)在該實驗中,采取下列哪些方法和步驟可減小實驗誤差o

A.兩個分力小工間的夾角越大越好

B.兩個分力不人的大小在橡皮條的彈性限度內(nèi)要適當大些

C.拉橡皮條的細繩要稍長一些，標記同一細繩方向的兩個點要近些

D.實驗前先把兩個彈簧秤的鉤子互相鉤住，平放在桌子上，向相反方向拉動,

檢查讀數(shù)是否相同

E.測力計、細繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行.

5.某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖1所示，輕彈

簧放置在傾斜的長木板上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接,

紙帶穿過打點計時器并與物塊連接晌左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由

靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.

（1）實驗中涉及下列操作步驟：

①松手釋放物塊；②接通打點計時器電源；③木板一端抬高以平衡摩擦；

④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量.

上述步驟正確的操作順序是（填序號）.

（2）甲同學在實驗時打出的紙帶結(jié)果如圖2所示，請你幫助他分析，最

有可能造成這種結(jié)果的原因是.

（3）乙同學在實驗中打出的紙帶結(jié)果如圖3所示.打點計時器所用交流電

的頻率為50Hz,小車質(zhì)量為200g,結(jié)合紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙

帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為m/s,相應(yīng)的彈簧的彈

性勢能為J.（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

單位:cm5.9式.自“1.5￡1.5m.54

圖3

6.某同學在家中找到兩根一樣的輕彈簧尸和0、裝有水總質(zhì)量機=1kg的礦

泉水瓶、刻度尺、量角器和細繩等器材，設(shè)計如下實驗研究兩個互成角度

力的合成規(guī)律，同時測出彈簧的勁度系數(shù)上其操作如下：

Q

a.將彈簧尸上端固定，讓其自然下垂，用刻度尺測出此時彈簧P的長度

4=12.50cm;

b.將礦泉水瓶通過細繩連接在彈簧P下端，待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測

出此時彈簧。的長度。，如圖甲所示，則cm；

c.在細繩和彈簧。的掛鉤上涂抹少許潤滑油，將細繩搭在掛鉤上，緩慢的

拉起彈簧。，使彈簧。偏離豎直方向夾角為60。，測出彈簧。的長度為4

及其軸線與豎直方向夾角為仇如圖乙所示；

⑴取重力加速度g=10m/s2,則彈簧。的勁度系數(shù)心；

(2)若要研究兩個互成角度力的合成規(guī)律，心和。需滿足的條件是

①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向；

②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆

尖豎直向下拉，直到彈簧秤的示數(shù)為某一設(shè)定值，將橡皮筋兩端的位置標

記為。2,記錄彈簧秤的示數(shù)尸，測量并記錄Q間的距離(即橡

皮筋的長度/)。每次將彈簧秤的示數(shù)改變L00N,測出對應(yīng)的/,部分數(shù)

據(jù)如下表所示:

F/N01.002.003.004.005.006.007.00

1/cmk11.0012.0013.0014.0015.0016.0017.00

③找出步驟②中產(chǎn)=7.00N時橡皮筋兩端的位置，重新標記為。、。(橡皮

筋上端為O,下端為O),此時橡皮筋的拉力記為&X)，；

④在秤鉤上涂抹少許潤滑油將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示，用兩圓珠

筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端到達。點，將兩筆尖

的位置標記為/、3,橡皮筋0/段的拉力記為&>A,Q8段的拉力記為

FOB；

⑤根據(jù)給出的標度，作出入)4,和的合力尸，如圖丙所示。

(1)利用表中數(shù)據(jù)可得1。=cm。

(2)若測得CM=7.50cm,03=7.50cm,則、OA的大小為N。

(3)通過比較尸與的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。

8.某同學用如圖甲所示的裝置研究合力與分力之間是否遵從平行四邊形定

則，實驗步驟如下：

(1)用圖釘把白紙固定在水平的木板上，將橡皮條的一端固定在板上

某點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端。

(2)用兩個彈簧秤分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加水平拉力，把

橡條與繩套的結(jié)點拉到某一位置Q用鉛筆在白紙上描下此位置，記錄

圖中K為No

(3)用一個彈簧秤拉橡皮條，把橡皮條與繩套的結(jié)點拉到—位置，記

錄彈簧秤拉力廠的大小和方向。

（4）如圖乙，在白紙上已作出尸的圖示及鳥的方向，根據(jù)圖中標度作出行

的圖示。

⑸以。4OF,為鄰邊畫平行四邊形，作出所夾對角線F，，比較/和F,

如果滿足，就可說明合力與分力之間遵從平行四邊形定則。

9.2020年12月8日，中尼兩國共同宣布了珠穆朗瑪峰的最新高度為

海拔8848.86米，此次珠峰高度測量實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)首次應(yīng)用、

首次實測珠峰峰頂重力值等多項第一。同時，雪深探測雷達、重力儀、超

長距離測距儀等一大批國產(chǎn)現(xiàn)代測量設(shè)備紛紛亮相。重力儀的內(nèi)部包含了

由彈簧組成的靜力平衡系統(tǒng)。

為測量某彈簧勁度系數(shù)，某探究小組設(shè)計了如下實驗，實驗裝置如下

圖（1）圖（2）所示，角度傳感器與可轉(zhuǎn)動"T”形螺桿相連，“T”形螺

桿上套有螺母，螺母上固定有一個力傳感器，力傳感器套在左右兩個固定

的套桿（圖2中未畫出）上，彈簧的一端掛在力傳感器下端掛鉤上，另一

端與鐵架臺底座的固定點相連。

當角度傳感器頂端轉(zhuǎn)盤帶動“T”形螺桿轉(zhuǎn)動時，力傳感器會隨著

“T”形螺桿旋轉(zhuǎn)而上下平移，彈簧長度也隨之發(fā)生變化。

（1）已知"T”形螺桿的螺紋間距d=4.0xl0-m,當其旋轉(zhuǎn)300。時，力傳

感器在豎直方向移動m.（結(jié)果保置2位有效數(shù)字）

（2）該探究小組操作步驟如下

①旋轉(zhuǎn)螺桿使初狀態(tài)彈簧長度大于原長。

②記錄初狀態(tài)力傳感器示數(shù)外以及角度傳感器示數(shù)4o

③旋轉(zhuǎn)“T”形螺桿使彈簧長度增加，待穩(wěn)定后，記錄力傳感器示數(shù)百，

其增加值坐=耳-￡,；角度傳感器示數(shù)用，其增加值△4=4-%。

④多次旋轉(zhuǎn)“T”形螺桿，重復(fù)步驟③的操作，在表格中記錄多組"、兇

值：

序號△F（單位：N）\e（單位：°）

10.121499.7

20.247999.9

30.3731500.5

40.4982000.2

50.6232500.6

60.7473000.3

下圖已描出5個點，請將剩余點在圖中描出并連線。

10203040ae/xioo

⑤用"（單位為度）、d三個量計算彈簧勁度系數(shù)k的表達式為

；結(jié)合圖線算出彈簧的勁度系數(shù)八Nmo（結(jié)果保留2

位有效數(shù)字）

10.實驗室中有5根一模一樣的彈簧，小明想測量這批彈簧的勁度系數(shù)，將

彈簧等間距懸掛在水平鐵架臺上，如圖甲所示，1號彈簧不掛鉤碼，2號

掛1個鉤碼，3號掛2個鉤碼，依此類推，鉤碼均相同。計算結(jié)果保留3

位有效數(shù)字。

（1）為了更直觀地呈現(xiàn)出彈力大小尸與伸長量的關(guān)系，小明以1號彈

簧末端指針中點為原點，做出豎直的y軸及水平的無軸，其中y軸代表

，%軸代表（選填"F”或"△%”）。

甲乙丙

（2）為測量彈簧的伸長量，小明取來一把米尺，豎直放置在地上，米尺

的100cm刻度剛好與1號彈簧末端指針中點在同一水平線上，測量2號

彈簧末端指針中點位置時，如圖乙所示，則此時彈簧伸長量為

____________cm。

(3)小明更換質(zhì)量已知的鉤碼重新進行實驗，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)做出廣△工

圖像，如圖丙，則這些彈簧的勁度系數(shù)為N/mo

本實驗?zāi)軌蚝苤庇^的呈現(xiàn)出彈力與伸長量的關(guān)系，但也存在不足，例如

參考答案

1.答案：(1)豎直(2)4;50⑶10

解析：(1)懸掛重物后,彈簧沿豎直方向伸長，要測量彈簧沿豎直方向上的伸

長量，刻度尺要保持豎直狀態(tài)。

(2)如果以彈簧長度x為橫坐標，彈力大小/為縱坐標，作出FT圖像,那么圖

像與橫軸的截距表示彈簧的原長，圖像的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，所以根

據(jù)圖像可知,該彈簧的原長x°=4cm,勁度系數(shù)心竺=50N/m。

Ax

(3)彈簧測力計的示數(shù)表示彈力的大小，即尸=3N,所以該彈簧的長度為

F

x=x+—=10cmo

n°k

2.答案：⑴肛3加;⑵不必;不會

解析：(1)若一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為叫另一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為2幾則兩繩

子的拉力分別為件、2叫，兩繩子的拉力的合力尸的范圍是

\2mg-mg\<F<mg+2mg，即mg4尸43mg，二力的合力為零,則第二根繩掛的鉤碼質(zhì)

量在機~3〃?之間，即第三根繩掛的鉤碼質(zhì)量一定大于以且小于3日

(2)本實驗不是先用一根繩拉結(jié)點，然后用兩根繩去拉結(jié)點，使一根繩拉的作

用效果與兩根繩拉的作用效果相同，而是三根繩都直接拉。點，所以。點的

位置可以改變，若桌面不水平，也不會影響實驗的結(jié)論.

3.答案：(1)D

(2)不能

(3)C

解析：(1)為了方便且更加準確地確定力的方向，操作時可以使繩細一

些且適當長一些，故A正確；拉橡皮條時，彈簧測力計、橡皮條、細繩應(yīng)

貼近木板且與木板平面平行，故B正確；橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某

一位置。時，拉力要適當大些，以減小讀數(shù)誤差，故C正確；兩個拉力

的夾角過大，合力會過小，量取理論值時相對誤差大，故D錯誤；測量前

應(yīng)把兩彈簧測力計互相勾在一起并對拉，觀察它們的示數(shù)是否相同，應(yīng)選

示數(shù)相同的一對彈簧測力計，故E正確；本實驗應(yīng)用的是等效替代法，所

以在實驗中用一個彈簧測力計拉橡皮條時，需將結(jié)點拉到同一位置。，故

F正確.(2)兩力均為4N,且相互垂直，則其合力大小為4&N>5N,合

力超過了彈簧測力計的量程5.00N,故該彈簧測力計無法測出它們的合力

大小.(3)結(jié)點保持在。點不變說明左側(cè)彈簧測力計和右側(cè)彈簧測力計的

拉力的合力不變，左側(cè)測力計的示數(shù)不變說明左側(cè)細繩中的拉力大小不

變，在左側(cè)細繩與豎直方向的夾角。減小時，由圖分析可知右側(cè)彈簧測力

計的示數(shù)一定減小，故C正確.

尸y尸

4.答案：(1)A

(2)甲

(3)BDE

5.答案：(1)③④②①

(2)平衡摩擦力不夠

(3)0.78;0.061

解析：(1)題述步驟正確的操作順序是③④②①.(2)由題圖2知，紙帶

上