知識(shí)點(diǎn)七 力學(xué)實(shí)驗(yàn)-2023年高考物理分類題庫

專題七力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.(2023·全國(guó)乙卷·T22)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有:木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟:①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上,另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上,它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì),小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小,并。(多選,填正確答案標(biāo)號(hào))

A.用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B.用刻度尺量出兩細(xì)線的長(zhǎng)度C.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向③撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì),用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到,由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小,沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向。

④選擇合適標(biāo)度,由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖,得出合力F'的大小和方向;按同一標(biāo)度在白紙上畫出力F的圖示。⑤比較F'和F的,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

【解析】②不需要用刻度尺量出橡皮條或細(xì)線的長(zhǎng)度,A、B錯(cuò)誤;為保證用兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉細(xì)線和用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉細(xì)線對(duì)橡皮條的作用效果相同,需用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置。由于既要記錄力的大小,還要記錄力的方向,故需要用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向,故答案為C、D。③為保證用兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉細(xì)線和用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉細(xì)線對(duì)橡皮條的作用效果相同,需要用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到相同位置。⑤比較F'和F的大小和方向,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案:②C、D③相同位置⑤大小和方向2.(2023·浙江6月選考·T16)(1)在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中①用圖1裝置進(jìn)行探究,下列說法正確的是。

A.只能探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.需改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)C.能同時(shí)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平、豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)②用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是。

A.斜槽軌道M必須光滑且其末端水平B.上下調(diào)節(jié)擋板N時(shí)必須每次等間距移動(dòng)C.小鋼球從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下③用圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),豎直擋板上附有復(fù)寫紙和白紙,可以記下鋼球撞擊擋板時(shí)的點(diǎn)跡。實(shí)驗(yàn)時(shí)豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端,鋼球從斜槽上P點(diǎn)靜止?jié)L下,撞擊擋板留下點(diǎn)跡0,將擋板依次水平向右移動(dòng)x,重復(fù)實(shí)驗(yàn),擋板上留下點(diǎn)跡1、2、3、4。以點(diǎn)跡0為坐標(biāo)原點(diǎn),豎直向下建立坐標(biāo)軸y,各點(diǎn)跡坐標(biāo)值分別為y1、y2、y3、y4。測(cè)得鋼球直徑為d,則鋼球平拋初速度v0為。

A.(x+d2)g2y1C.(3x-d2)g2y4 (2)如圖4所示,某同學(xué)把A、B兩根不同的彈簧串接豎直懸掛,探究A、B彈簧彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系。在B彈簧下端依次掛上質(zhì)量為m的鉤碼,靜止時(shí)指針?biāo)缚潭葂A、xB的數(shù)據(jù)如表。鉤碼個(gè)數(shù)012…xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…鉤碼個(gè)數(shù)為1時(shí),彈簧A的伸長(zhǎng)量ΔxA=cm,彈簧B的伸長(zhǎng)量ΔxB=cm,兩根彈簧彈性勢(shì)能的增加量ΔEpmg(ΔxA+ΔxB)(選填“=”“<”或“>”)。

【解析】(1)①用圖1裝置進(jìn)行探究,只能探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),為了保證小鋼球的水平速度不同,需改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),故B正確,A、C錯(cuò)誤。②用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),則斜槽軌道不一定要光滑,但末端要水平,故A錯(cuò)誤;上下調(diào)節(jié)擋板N時(shí)不需要保證等間距移動(dòng),故B錯(cuò)誤;為了保證小鋼球的初速度相同,則需要讓小鋼球從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下,故C正確。③根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知:在豎直方向上:y4=12gt在水平方向上:4x-d2=v0聯(lián)立解得:v0=(4x-d2)g(2)彈簧A的伸長(zhǎng)量可由刻度xA的變化得到,則ΔxA=8.53cm-7.75cm=0.78cm。彈簧B的伸長(zhǎng)量等于刻度xB與刻度xA的差值,則ΔxB=18.52cm-16.45cm-0.78cm=1.29cm。因?yàn)閺椈杀旧碛兄亓?所以彈簧伸長(zhǎng)后也有重力勢(shì)能的減小,根據(jù)能量守恒定律可知,兩根彈簧彈性勢(shì)能的增加量ΔEp>mg(ΔxA+ΔxB)。答案:(1)①B②C③D(2)0.781.29>3.(2023·湖南選擇考·T11)某同學(xué)探究彈簧振子振動(dòng)周期與質(zhì)量的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示,輕質(zhì)彈簧上端懸掛在鐵架臺(tái)上,下端掛有鉤碼,鉤碼下表面吸附一個(gè)小磁鐵,其正下方放置智能手機(jī),手機(jī)中的磁傳感器可以采集磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)并輸出圖像,實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)測(cè)出鉤碼和小磁鐵的總質(zhì)量m;(2)在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵,使彈簧振子在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),打開手機(jī)的磁傳感器軟件,此時(shí)磁傳感器記錄的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化周期等于彈簧振子振動(dòng)周期;(3)某次采集到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t變化的圖像如圖(b)所示,從圖中可以算出彈簧振子振動(dòng)周期T=(用“t0”表示);

(4)改變鉤碼質(zhì)量,重復(fù)上述步驟;(5)實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如表所示,分析數(shù)據(jù)可知,彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是(選填“線性的”或“非線性的”);

m/kg10T/sT/sT2/s20.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353.720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217(6)設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合物理量的單位關(guān)系,彈簧振子振動(dòng)周期的表達(dá)式可能是(填正確答案標(biāo)號(hào));

A.2πmkB.2πC.2πmk D.2πkm(7)除偶然誤差外,寫出一條本實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因:。

【解析】(3)從圖中可以算出彈簧振子振動(dòng)周期T=t010;(5)分析數(shù)據(jù)可知,彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的比值接近于常量3.95,則彈簧振子振動(dòng)周期的平方與質(zhì)量的關(guān)系是線性的;(6)2πmk的單位為kg答案:(3)t04.(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷·T23)一學(xué)生小組做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”實(shí)驗(yàn)。(1)用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑。首先,調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器,擰動(dòng)微調(diào)旋鈕使測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí),發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動(dòng)刻度上的零刻度線未對(duì)齊,如圖(a)所示,該示數(shù)為mm;螺旋測(cè)微器在夾有擺球時(shí)示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為mm,則擺球的直徑為mm。

(2)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖(c)所示,其中角度盤需要固定在桿上的確定點(diǎn)O處,擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點(diǎn)上方,則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí),實(shí)際擺角5°(選填“大于”或“小于”)。

(3)某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm,則擺長(zhǎng)為cm。實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到從擺球第1次經(jīng)過最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s,則此單擺周期為s,該小組測(cè)得的重力加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字,π2取9.870)

【解析】(1)測(cè)量前測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí),圖(a)的示數(shù)為d0=0mm+0.7×0.01mm=0.007mm,螺旋測(cè)微器讀數(shù)是固定刻度讀數(shù)(0.5mm的整數(shù)倍)加可動(dòng)刻度(0.5mm以下的小數(shù))讀數(shù),圖(b)中讀數(shù)為d1=20mm+3.4×0.01mm=20.034mm,則擺球的直徑為d=d1-d0=20.027mm。(2)角度盤的大小一定,即在規(guī)定的位置安裝角度盤,測(cè)量的擺角準(zhǔn)確,但將角度盤固定在規(guī)定位置上方,即角度盤到懸掛點(diǎn)的距離變短,同樣的角度,擺線在刻度盤上掃過的弧長(zhǎng)變短,故擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí),實(shí)際擺角大于5°;(3)單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm,則擺長(zhǎng)為l=l0+d2=81.50cm+2.0027T=2tN=54.6030s=1.82s,由單擺的周期表達(dá)式T=2πl(wèi)g得,重力加速度g=答案:(1)0.007(0.006~0.008均可)20.034(20.032~20.035均可)20.027(20.027~20.029均可)(2)大于(3)82.51.829.835.(2023·全國(guó)甲卷·T23)某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度與時(shí)間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連。右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落,帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s,以打出A點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置,將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的位移Δx填到表中,小車發(fā)生對(duì)應(yīng)位移和平均速度分別為Δx和v。表中ΔxAD=cm,vAD=位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30v(cm/s)66.073.0v87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度v隨時(shí)間Δt的變化關(guān)系,如圖(c)所示。在圖中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,小車運(yùn)動(dòng)的v-Δt圖線可視為一條直線,此直線用方程v=kΔt+b表示,其中k=cm/s2,b=cm/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),得到打出A點(diǎn)時(shí)小車速度大小vA=,小車的加速度大小a=。(結(jié)果用字母k、b表示)

【解析】(1)根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得ΔxAD=xAB+xBC+xCD=6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm,平均速度為vAD=x(2)根據(jù)第(1)小題結(jié)果補(bǔ)充表格和補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)圖像得(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,小車運(yùn)動(dòng)的v-Δt圖線可視為一條直線,圖像為此直線用方程v=kΔt+b表示,由圖像可知其中k=101.0?59.00.6cm/s2=70.0cm/s2(4)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由位移公式x=v0t+12at2,整理得xt=v0+12at,即v=vA+1答案:(1)24.0080.0(2)見解析圖(3)70.059.0(4)b2k6.(2023·遼寧選擇考·T11)某同學(xué)為了驗(yàn)證對(duì)心碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)量硬幣的質(zhì)量,得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)。將硬幣甲放置在斜面某一位置,標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲,當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí),測(cè)量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側(cè)與O點(diǎn)重合,將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測(cè)量甲乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變,重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實(shí)驗(yàn)中,甲選用的是(填“一元”或“一角”)硬幣;

(2)碰撞前,甲到O點(diǎn)時(shí)速度的大小可表示為(設(shè)硬幣與紙板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g);

(3)若甲、乙碰撞過程中動(dòng)量守恒,則s0-s1s2=(用(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差,計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化量大小的比值不是1,寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因

。

【解析】(1)根據(jù)題意可知,甲與乙碰撞后沒有反彈,可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量,甲選用的是一元硬幣;(2)甲從O點(diǎn)到P點(diǎn),根據(jù)動(dòng)能定理-μm1gs0=0-12m1解得碰撞前,