届高三高考物理复习《力学实验》专题强化卷.docx
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届高三高考物理复习《力学实验》专题强化卷
力学实验
1.(2019·北京市海淀区3月适应性练习)甲、乙两名同学准备对实验室新买的弹簧进行实验研究,以“探究弹力与弹簧伸长量之间的关系”.
(1)以下是甲同学根据自己的设想拟定的实验步骤,请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上________.
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来
B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码,在钩码静止时,记下弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式
F.解释函数表达式中常数的物理意义
(2)乙同学做该实验时,未进行实验步骤B的操作,而是把弹簧平放在水平桌面上,测量出弹簧的自然长度记为L0.在操作步骤E中,是采用弹簧挂钩码时的长度减去L0作为弹簧伸长量.其余步骤与甲同学相同.不考虑其他因素引起的误差,弹簧伸长始终在弹性限度内,乙同学作出的图象应是下图中的________.
2.(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)如图1甲所示为晓宇同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验装置,利用弹射装置给滑块a一水平向右的速度,使其拖动纸带在气垫导轨上运动,经过一段时间滑块a与静止的滑块b发生相互作用,两滑块碰撞后粘合在一起共同在气垫导轨上运动,在整个过程中打出的纸带如图乙所示.已知两滑块的质量分别用ma、mb表示,纸带上打出相邻两点之间的时间间隔为T.
图1
(1)若碰撞过程系统的动量守恒,则需验证的关系式为________;
(2)如果将上述物理量均测量出,代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量,请分析引起实验误差的原因:
________.
3.(2019·福建宁德市上学期期末质量检测)某同学利用图2所示装置验证机械能守恒定律.完成下列问题:
图2
(1)请从图1中指出一条实验错误:
____________________________________________;
(2)纠正实验错误后,通过测量得到一条纸带如图3所示.已知打点计时器频率为50Hz,根据纸带测得的数据,重物在C点时的速度为________m/s;(结果保留两位有效数字)
图3
(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据,画出
-h的图象如图4所示,求出图线的斜率k,由图象可知a的质量ma________(填“大于”或“小于”)b的质量mb;
图4
(4)通过计算得到图线b的斜率k=9.50m/s2,分析发现造成斜率偏小的原因是实验过程中存在各种阻力,已知此次实验所用重物的质量m=0.250kg,则重物所受的平均阻力Ff=________N.(重力加速度g=9.80m/s2,结果保留两位有效数字)
4.(2019·陕西榆林市第二次模拟)某实验小组做“探究加速度与力、质量的关系”实验.
图5
(1)用如图5所示的装置做实验,图中带滑轮的粗糙长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示所受拉力的大小.做实验时,下列操作必要且正确的是________.
A.将长木板右端适当垫高,使小车前端的滑轮不挂沙桶时小车能匀速滑动
B.为了减小误差,实验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
C.小车远离打点计时器,先释放小车,再接通电源,打出一条纸带,同时记录传感器的示数
(2)在正确、规范的操作中,打出一条如图6所示的纸带,每相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出,纸带上的数据为相邻两个计数点间的距离,打点计时器使用的电源频率为50Hz,打计数点“3”时小车的速度大小v3=________m/s;小车做匀加速直线运动的加速度大小a=________m/s2.(结果均保留三位有效数字)
图6
5.(2019·广西桂林市、贺州市、崇左市3月联合调研)某同学用如图7甲所示的装置测定当地的重力加速度.步骤如下:
图7
(1)先用校准后的游标卡尺测量金属小球的直径.图乙为游标卡尺测量时示数,则金属球的直径d=________cm;
(2)按图甲安装好器材,测得小球被电磁铁吸住时球心到光电门的距离为h.控制电磁铁释放小球,记下金属小球通过光电门的时间t,则金属小球通过光电门时的速度大小v=________(答案用字母表示).
(3)改变光电门到小球球心距离h测得与之对应的时间t,取得若干组实验数据.以
为纵坐标,以h为横坐标,描绘出
-h图象是一条倾斜直线,若直线斜率为k,则当地重力加速度g=________(答案用字母表示).
6.(2019·福建厦门市上学期期末质检)某实验小组同学利用如图8所示的装置做“探究滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功关系”的实验.
图8
实验主要步骤如下:
①在水平桌面上放置气垫导轨,并将滑块调到平衡状态;
②用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
③由导轨刻度尺读出两光电门中心之间的距离L;
④用天平称出滑块和遮光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m,且m远小于M.
⑤将滑块移至光电门1右侧某处,释放滑块,托盘落地前遮光条已通过光电门2.从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,通过光电门2的时间Δt2;
回答下列问题:
(1)为了调节滑块处于平衡状态,不挂细线和托盘,接通气源,轻推滑块,如果遮光条通过光电门1的时间为t1,通过光电门2的时间为t2.当满足t1________t2(填“>”“=”或“<”)时,则表示滑块已调至平衡状态.
(2)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图9所示,则d=________mm.
图9
(3)已知重力加速度为g,以滑块(包含遮光条)为研究对象,在实验误差允许的范围内,若满足关系式________(用测量的物理量的字母表示),则可认为滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功相等.
7.(2019·江苏南通市通州区、海门市、启东市联考)在“探究小车所受合外力做功与动能变化关系”的实验中,现有如图10甲、乙所示两种方案:
图10
(1)实验操作过程中可能用到如下步骤,两套装置必须同时用到的实验步骤是________.
A.平衡摩擦力
B.测量小车质量
C.通过纸带计算速度时,选用等间距部分
D.重复实验时,小车从靠近打点计时器的同一位置释放
(2)某同学利用图乙所示的装置,按正确步骤进行实验,绘制W∝ΔEk的图象时,________(选填“需要”或“不需要”)测量W的具体数值.
(3)某同学利用图甲所示的装置平衡摩擦力后进行实验,小车质量为M、钩码的总质量为m(m≪M),打出的纸带如图11所示,计算出B、E点时小车的速度分别vB、vE,重力加速度为g,探究B到E过程小车所受合外力做功与动能变化关系,若合外力做功与小车动能变化相等,则数学表达式为________(用M、m、g、x、vB、vE表示).
图11
(4)利用图甲所示的装置,某小组实验结果显示,合外力做功总是略小于小车动能的变化,请分析出现这种情况的可能原因是________.
8.(2019·湖北武汉市二月调研)利用如图12所示的实验装置可以测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数.将弹簧放置在水平桌面上,左端固定,右端在O点;在O点右侧的A、B位置各安装一个光电门.让带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置C,由静止释放滑块,与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从A至B所用的时间t.改变光电门B的位置进行多次测量,每次都使滑块从同一位置C由静止释放并用米尺测量AB之间的距离x.记下相应的t值,所得数据如下表所示.
图12
x(mm)
650.0
600.0
550.0
500.0
450.0
400.0
t(ms)
373
330
293
259
228
199
(m/s)
1.74
______
1.87
1.93
1.97
2.01
(1)根据表中记录的数据空格处应填________;
(2)请在图13给出的坐标纸上画出
-t图线;
图13
(3)由所画出的
-t图线可得出滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ=________(重力加速度大小g=9.8m/s2,保留两位有效数字).
9.(2019·河北衡水中学高考模拟)某同学准备利用如图14所示的装置“探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系”.图中B为一固定在桌面,带有刻度的平直光滑导轨,较重的小盒C用轻绳悬挂于O点,弹簧T左端固定,用力将小球A沿导轨B向左挤压弹簧,释放后小球A弹出,射入小盒C中与小盒C一起向右摆动,摆动的最大角度θ可以被准确测出.小球A射入小盒C后两者的重心重合,重心距悬点O的距离为L.重力加速度为g,试问:
图14
(1)欲完成此探究实验,该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外,还需要测量哪些物理量?
写出这些物理量及其字母代号._____________;
(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将小球A弹出时释放的弹性势能Ep.写出其计算表达式(无需书写推导过程):
______________________;
(3)下面是本实验中的几个步骤:
①按实验装置安装好器材;②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L;③反复调节小盒C的位置,使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内,且小盒C静挂时开口正对导轨末端,A、C两者重心同高;④用小球A压缩弹簧,使其重心处于导轨的某一刻度线上,记录此时的读数;⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ;⑦处理数据,得出结论.在上述步骤中还缺少哪些主要步骤?
请你写出来.
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________.
(4)该实验除了要保证光滑导轨水平.小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外,还应注意些什么?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________.
参考答案
1.(2019·北京市海淀区3月适应性练习)甲、乙两名同学准备对实验室新买的弹簧进行实验研究,以“探究弹力与弹簧伸长量之间的关系”.
(1)以下是甲同学根据自己的设想拟定的实验步骤,请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上________.
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来
B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码,在钩码静止时,记下弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式
F.解释函数表达式中常数的物理意义
(2)乙同学做该实验时,未进行实验步骤B的操作,而是把弹簧平放在水平桌面上,测量出弹簧的自然长度记为L0.在操作步骤E中,是采用弹簧挂钩码时的长度减去L0作为弹簧伸长量.其余步骤与甲同学相同.不考虑其他因素引起的误差,弹簧伸长始终在弹性限度内,乙同学作出的图象应是下图中的________.
答案
(1)CBDAEF
(2)B
解析
(1)先组装实验器材,测定弹簧不挂钩码时的长度,即CB,然后进行实验,在弹簧下端挂上钩码,测量挂上不同钩码的弹簧长度,即D,最后进行数据处理,即AEF,所以先后顺序为CBDAEF;
(2)由于弹簧自身重力的影响,弹簧平放在水平桌面上的自然长度L0小于弹簧竖直放置的自然长度.设弹簧竖直放置的自然长度比弹簧平放在水平桌面上的自然长度长x0,竖直悬挂钩码时,根据胡克定律得F=k(x-x0)=kx-kx0,知F与x成一次函数关系,斜率表示弹簧的劲度系数,横截距为x0,故B正确.
2.(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)如图1甲所示为晓宇同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验装置,利用弹射装置给滑块a一水平向右的速度,使其拖动纸带在气垫导轨上运动,经过一段时间滑块a与静止的滑块b发生相互作用,两滑块碰撞后粘合在一起共同在气垫导轨上运动,在整个过程中打出的纸带如图乙所示.已知两滑块的质量分别用ma、mb表示,纸带上打出相邻两点之间的时间间隔为T.
图1
(1)若碰撞过程系统的动量守恒,则需验证的关系式为________;
(2)如果将上述物理量均测量出,代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量,请分析引起实验误差的原因:
________.
答案
(1)7max2=5(ma+mb)x1
(2)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦或存在空气阻力等
解析
(1)弹射出滑块a后,滑块a做匀速运动,滑块a与滑块b发生碰撞后一起做匀速运动,由题中的条件可知,碰撞前,滑块a的动量为:
p1=mava=ma×
,滑块b的动量为零,则碰撞前两滑块的总动量为p1=ma×
;碰撞后两滑块的速度相等,所以碰撞后总动量为:
p2=(ma+mb)vb=(ma+mb)×
;若系统的动量守恒,则应有p1=p2,整理得7max2=5(ma+mb)x1;
(2)因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用,同时还有空气阻力等因素存在,从而使两结果并不完全相同,但在误差允许的范围内,可以认为动量守恒.
3.(2019·福建宁德市上学期期末质量检测)某同学利用图2所示装置验证机械能守恒定律.完成下列问题:
图2
(1)请从图1中指出一条实验错误:
____________________________________________;
(2)纠正实验错误后,通过测量得到一条纸带如图3所示.已知打点计时器频率为50Hz,根据纸带测得的数据,重物在C点时的速度为________m/s;(结果保留两位有效数字)
图3
(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据,画出
-h的图象如图4所示,求出图线的斜率k,由图象可知a的质量ma________(填“大于”或“小于”)b的质量mb;
图4
(4)通过计算得到图线b的斜率k=9.50m/s2,分析发现造成斜率偏小的原因是实验过程中存在各种阻力,已知此次实验所用重物的质量m=0.250kg,则重物所受的平均阻力Ff=________N.(重力加速度g=9.80m/s2,结果保留两位有效数字)
答案
(1)实验时用手托重物;打点计时器接在直流电源上等
(2)2.3 (3)大于 (4)0.075(7.5×10-2)
解析
(1)打点计时器应使用交流电源才能正常打点,重物应紧靠打点计时器竖直静止释放,不能用手托住,需要有效地利用纸带打点.
(2)C点的瞬时速度等于BD间的平均速度,所以vC=
=
m/s=2.3m/s.
(3)重物自由下落,由动能定理可知mgh-Ffh=
mv2-0,整理有
=(g-
)h,故
-h图象的斜率为g-
,因两重物形状相同则阻力相等,但b的斜率小,故b的质量小,所以a的质量ma大于b的质量mb.
(4)取斜率k=g-
=9.50,m=0.250kg,g=9.80m/s2,可求得Ff=(g-k)m=(9.80-9.50)×0.250N=0.075N.
4.(2019·陕西榆林市第二次模拟)某实验小组做“探究加速度与力、质量的关系”实验.
图5
(1)用如图5所示的装置做实验,图中带滑轮的粗糙长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示所受拉力的大小.做实验时,下列操作必要且正确的是________.
A.将长木板右端适当垫高,使小车前端的滑轮不挂沙桶时小车能匀速滑动
B.为了减小误差,实验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
C.小车远离打点计时器,先释放小车,再接通电源,打出一条纸带,同时记录传感器的示数
(2)在正确、规范的操作中,打出一条如图6所示的纸带,每相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出,纸带上的数据为相邻两个计数点间的距离,打点计时器使用的电源频率为50Hz,打计数点“3”时小车的速度大小v3=________m/s;小车做匀加速直线运动的加速度大小a=________m/s2.(结果均保留三位有效数字)
图6
答案
(1)A
(2)1.13 2.50
解析
(1)连接拉力传感器和沙桶之前,将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速滑动,平衡了摩擦力,故A正确;实验中拉力通过拉力传感器测出,不需要满足沙和沙桶的质量远小于小车的质量,故B错误;实验时应先接通电源,再释放小车,小车应紧靠打点计时器,打出一条纸带,同时记录传感器的示数,故C错误.
(2)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上相邻计数点间的时间间隔为:
T=5×0.02s=0.1s.“3”点对应的速度为:
v3=
=
m/s≈1.13m/s,由逐差法Δx=aT2可得:
a=
,代入数据解得小车的加速度大小为:
a≈2.50m/s2.
5.(2019·广西桂林市、贺州市、崇左市3月联合调研)某同学用如图7甲所示的装置测定当地的重力加速度.步骤如下:
图7
(1)先用校准后的游标卡尺测量金属小球的直径.图乙为游标卡尺测量时示数,则金属球的直径d=________cm;
(2)按图甲安装好器材,测得小球被电磁铁吸住时球心到光电门的距离为h.控制电磁铁释放小球,记下金属小球通过光电门的时间t,则金属小球通过光电门时的速度大小v=________(答案用字母表示).
(3)改变光电门到小球球心距离h测得与之对应的时间t,取得若干组实验数据.以
为纵坐标,以h为横坐标,描绘出
-h图象是一条倾斜直线,若直线斜率为k,则当地重力加速度g=________(答案用字母表示).
答案
(1)0.50
(2)
(3)
解析
(1)小球的直径为:
5mm+0×0.1mm=5.0mm=0.50cm;
(2)小球经过光电门的时间极短,平均速度可视为金属小球经过光电门的瞬时速度,故v=
;
(3)小球由静止到经过光电门这一过程,根据运动学公式有:
(
)2=2gh,则整理有:
=
h,由题意可知:
k=
,g=
.
6.(2019·福建厦门市上学期期末质检)某实验小组同学利用如图8所示的装置做“探究滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功关系”的实验.
图8
实验主要步骤如下:
①在水平桌面上放置气垫导轨,并将滑块调到平衡状态;
②用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
③由导轨刻度尺读出两光电门中心之间的距离L;
④用天平称出滑块和遮光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m,且m远小于M.
⑤将滑块移至光电门1右侧某处,释放滑块,托盘落地前遮光条已通过光电门2.从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,通过光电门2的时间Δt2;
回答下列问题:
(1)为了调节滑块处于平衡状态,不挂细线和托盘,接通气源,轻推滑块,如果遮光条通过光电门1的时间为t1,通过光电门2的时间为t2.当满足t1________t2(填“>”“=”或“<”)时,则表示滑块已调至平衡状态.
(2)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图9所示,则d=________mm.
图9
(3)已知重力加速度为g,以滑块(包含遮光条)为研究对象,在实验误差允许的范围内,若满足关系式________(用测量的物理量的字母表示),则可认为滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功相等.
答案
(1)=
(2)5.2 (3)mgL=
M[(
)2-(
)2]
解析
(1)滑块从轨道右端向左运动的过程中,当滑块通过光电门1的时间t1等于通过光电门2的时间t2,说明滑块做匀速运动,滑块处于平衡状态;
(2)由图示游标卡尺可知,其示数为:
5mm+2×0.1mm=5.2mm;
(3)由于m远小于M,故滑块所受拉力大小近似等于mg,
遮光条通过光电门1时的瞬时速度的表达式:
v1=
,遮光条通过光电门2时的瞬时速度的表达式:
v2=
,根据动能定理可得合外力做功和滑块动能变化的关系式:
mgL=
M[(
)2-(
)2].
7.(2019·江苏南通市通州区、海门市、启东市联考)在“探究小车所受合外力做功与动能变化关系”的实验中,现有如图10甲、乙所示两种方案:
图10
(1)实验操作过程中可能用到如下步骤,两套装置必须同时用到的实验步骤是________.
A.平衡摩擦力
B.测量小车质量
C.通过纸带计算速度时,选用等间距部分
D.重复实验时,小车从靠近打点计时器的同一位置释放
(2)某同学利用图乙所示的装置,按正确步骤进行实验,绘制W∝ΔEk的图象时,________(选填“需要”或“不需要”)测量W的具体数值.
(3)某同学利用图甲所示的装置平衡摩擦力后进行实验,小车质量为M、钩码的总质量为m(m≪M),打出的纸带如图11所示,计算出B、E点时小车的速度分别vB、vE,重力加速度为g,探究B到E过程小车所受合外力做功与动能变化关系,若合外力做功与小车动能变化相等,则数学表达式为________(用M、m、g、x、vB、vE表示).
图11
(4)利用图甲所示的装置,某小组实验结果显示,合外力做功总是略小于小车动能的变化,请分析出现这种情况的可能原因是________.
答案
(1)AB
(2)不需要 (3)mgx=
Mv
-
Mv
(4)平衡摩擦力过度或倾角过大
解析
(1)两套装置中都应保持细线的拉力即为小车所受的合外力,所以都应平衡摩擦力,故A正确;由于要探究小车的合外力做功与小车动能变化的关系,所以应测量小车的质量,故B正确;题图甲小车做匀加速直线运动,题图乙中小车先加速后匀速,所以不能同时用到,故C错误;重复实验时,小车从靠近打点计时器,并不一定要从同一位置释放,故D错误.
(2)题图乙所示的装置中小车受到的合外力即为橡皮筋的弹力,只需要探究橡皮筋条数加倍时,小车的动能是否加倍,并不需要测量W的数值;
(3)由于钩码的总质量远远小于小车的质量,所以小车受到的合外力近似等于钩码的总重力,所以小车从B到E外力做的功为mgx
小车从B到E动能的变化为:
ΔEk=
Mv
-
Mv
若合外力做功与小车动能变化相等,则数学表达式为mgx=
Mv
-
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