高考物理二輪復(fù)習(xí)專題培優(yōu)練習(xí)重難點13 力學(xué)實驗（原卷版）

重難點13力學(xué)實驗力學(xué)實驗時高中實驗的基礎(chǔ)，涉及到很多實驗方法，像控制變量法，等效替代法；涉及到很多實驗數(shù)據(jù)的處理方法，像多次測量求平均值法，圖像法。力學(xué)實驗要首先根據(jù)實驗原理，設(shè)計實驗，正確處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。力學(xué)實驗還是很多基本物理量的測量問題，像長度的測量，時間的測量，速度的測量，加速度的測量，力的測量，動能的測量，重力勢能的測量，動量的測量。例題1.用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，實驗所用的電源為學(xué)生電源，可輸出交流電和直流電．重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．(1)下列幾個操作步驟中：A．按照圖示，安裝好實驗裝置B．將打點計時器接到電源的“交流輸出”上C．用天平測出重錘的質(zhì)量D．先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點E．測量紙帶上某些點間的距離F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能沒有必要的是________，操作錯誤的是________．(填步驟前相應(yīng)的字母)(2)在使用質(zhì)量為m的重錘和打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖所示，紙帶上所打的點記錄了重錘在不同時刻的位置，那么紙帶的________(填“左”或“右”)端與重錘相連．設(shè)打點計時器的打點周期為T，且“0”為打下的第一個點，當打點計時器打點“3”時，重錘的動能表達式為________________，若以重錘的運動起點“0”為參考點，當打點“3”時重錘的機械能表達式為________________．題2.用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片．(1)實驗前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，借助光電門來檢驗氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是_________．(2)為了研究兩滑塊所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動量關(guān)系，實驗分兩次進行．第一次：將滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt1，A與B碰撞后又分開，滑塊A再次通過光電門1的時間為Δt2，滑塊B通過光電門2的時間為Δt3.第二次：在兩彈性碰撞架的前端貼上雙面膠，同樣讓滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt4，A與B碰撞后粘連在一起，滑塊B通過光電門2的時間為Δt5.為完成該實驗，還必須測量的物理量有________(填選項前的字母)．A．擋光片的寬度dB．滑塊A的總質(zhì)量m1C．滑塊B的總質(zhì)量m2D．光電門1到光電門2的距離L(3)在第二次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中動量守恒，則應(yīng)該滿足的表達式為________________(用已知量和測量量表示)．(4)在第一次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中機械能守恒，則應(yīng)該滿足的表達式為________________(用已知量和測量量表示)．一、速度與加速度的測量①利用平均速度求瞬時速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)＝eq\f(dn＋1－dn－1,2T).②利用逐差法求解平均加速度a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)?a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2).③利用速度—時間圖像求加速度a．作出速度—時間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度；b．剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度．二、胡克定律實驗原理(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與形變量間的關(guān)系．三、平行四邊形定則實驗原理(1)等效法：一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點，所以一個力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖所示．(2)平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．(3)驗證：比較F和F′的大小和方向，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則驗證了力的平行四邊形定則．四、牛頓第二定律實驗原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．五、平拋運動實驗原理計算平拋物體的初速度情景1：若原點O為拋出點，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多個初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運動的物體的初速度．情景2：若原點O不是拋出點①在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示．A到B與B到C的時間相等，設(shè)為T.②用刻度尺分別測出yA、yB、yC，則有yAB＝y(tǒng)B－yA，yBC＝y(tǒng)C－yB.③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上兩式得v0＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB)).六、向心力實驗原理本實驗探究了向心力與多個物理量之間的關(guān)系，因而實驗方法采用了控制變量法，如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動手柄，可以使塔輪、長槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運動，此時小球向外擠壓擋板，擋板對小球有一個向內(nèi)的(指向圓周運動圓心)的彈力作為小球做勻速圓周運動的向心力，可以通過標尺上露出的紅白相間等分標記，粗略計算出兩球所需向心力的比值．在實驗過程中可以通過兩個小球同時做圓周運動對照，分別分析下列情形：(1)在質(zhì)量、半徑一定的情況下，探究向心力大小與角速度的關(guān)系．(2)在質(zhì)量、角速度一定的情況下，探究向心力大小與半徑的關(guān)系．(3)在半徑、角速度一定的情況下，探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系．七、機械能守恒定律實驗原理通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和對應(yīng)過程動能的增加量，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律．八、動量守恒定律實驗原理在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后動量是否相等．九、單擺測重力加速度原理當擺角較小時，單擺做簡諧運動，其運動周期為T＝2πeq\r(\f(l,g))，由此得到g＝eq\f(4π2l,T2)，因此，只要測出擺長l和振動周期T，就可以求出當?shù)氐闹亓铀俣萭的值．（建議用時：30分鐘）1．某同學(xué)用如圖(a)所示的裝置測量重力加速度．實驗器材：有機玻璃條(白色是透光部分，黑色是寬度均為d＝1.00cm的擋光片)，鐵架臺，數(shù)字計時器(含光電門)，刻度尺．主要實驗過程如下：(1)將光電門安裝在鐵架臺上，下方放置承接玻璃條下落的緩沖物；(2)用刻度尺測量兩擋光片間的距離，刻度尺的示數(shù)如圖(b)所示，讀出兩擋光片間的距離L＝________cm；(3)手提玻璃條上端使它靜止在________方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光部分通過；(4)讓玻璃條自由下落，測得兩次擋光的時間分別為t1＝10.003ms和t2＝5.000ms；(5)根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)計算出重力加速度g＝________m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．2．如圖為一同學(xué)利用壓力傳感器探究彈力與彈簧伸長量關(guān)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(cè)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(yīng)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(jié)果保留3位有效數(shù)字)．3．某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和細線的方向．(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N.(2)下列不必要的實驗要求是________．(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A．應(yīng)測量重物M所受的重力B．彈簧測力計應(yīng)在使用前調(diào)零C．細線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，在保證現(xiàn)有器材不變的情況下怎樣調(diào)整水平拉力B.___________________________________.4．某同學(xué)利用圖(a)所示裝置研究平拋運動的規(guī)律．實驗時該同學(xué)使用頻閃儀和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開軌道的影像)．圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為5cm.該同學(xué)在實驗中測得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖(b)中標出．完成下列填空：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運動到圖(b)中位置A時，其速度的水平分量大小為____________m/s，豎直分量大小為____________m/s；(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得，當?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開_______m/s2.5．向心力演示器如圖所示，用來探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系．兩個變速塔輪通過皮帶連接，勻速轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪1和變速塔輪2勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運動．橫臂的擋板對鋼球的壓力提供向心力，鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒下降，從而露出標尺，標尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個鋼球所受向心力的比值．如圖是探究過程中某次實驗時裝置的狀態(tài)．(1)在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時主要用到了物理學(xué)中的________．A．理想實驗法 B．等效替代法C．控制變量法 D．演繹法(2)若兩個鋼球質(zhì)量和運動半徑相等，則是在研究向心力的大小F與________的關(guān)系；A．鋼球質(zhì)量mB．運動半徑rC．角速度ω(3)若兩個鋼球質(zhì)量和運動半徑相等，標尺上紅白相間的等分格顯示出鋼球1和鋼球2所受向心力的比值為1∶9，則與皮帶連接的變速塔輪1和變速塔輪2的半徑之比為________．A．1∶3 B．3∶1C．1∶9 D．9∶16．某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，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．向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把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源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________(填入代表步驟的序號)．(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果．打點計時器所用交流電的頻率為50Hz.由M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.比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大．7．如圖，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系．(1)實驗中直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過僅測量________(填選項前的符號)，間接地解決這個問題．A．小球開始釋放高度hB．小球拋出點距地面的高度HC．小球做平拋運動的射程(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影．實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)．接下來要完成的必要步驟是________．(填選項前的符號)A．用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B．測量小球m1開始釋放高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE．測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為________________(用(2)中測量的量表示)．(4)經(jīng)測定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地點的平均位置