（新課標）2020高考物理二輪復習 專題強化訓練12 力學實驗（含解析）

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1、專題強化訓練(十二) 一、實驗題(共14個小題，1～10每題6分，共60分，11～14每題10分．共40分，滿分100分) 1．某同學用游標卡尺分別測量金屬圓管的內(nèi)、外直徑，游標卡尺的示數(shù)分別如圖a和圖b所示． 由圖可讀出，圓管內(nèi)壁的直徑為________ cm，圓管外壁的直徑為________ cm；由此可計算出金屬圓管橫截面的面積． 答案　2.23　2.98 解析　圖a中游標卡尺的主尺讀數(shù)為22 mm，游標尺上第3個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為3×0.1 mm＝0.3 mm，所以最終讀數(shù)為：22 mm＋0.3 mm＝22.3 mm＝2.23 cm. 圖b中游標卡

2、尺的主尺讀數(shù)為29 mm，游標尺上第8個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為8×0.1 mm＝0.8 mm，所以最終讀數(shù)為：29 mm＋0.8 mm＝29.8 mm＝2.98 cm. 2．“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結點，OB和OC為細繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖． (1)圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________． (2)本實驗采用的科學方法是________． A．理想實驗法　　　　　　　B．等效替代法 C．控制變量法 (3)本實驗中以下說法正確的是________． A．兩根細

3、繩必須等長 B．橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上 C．在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行 D．把橡皮筋的另一端拉到O點時，兩個彈簧測力計之間夾角必須取90° 答案　(1)F′　(2)B　(3)C 解析　(1)由圖可以看出，F(xiàn)是平行四邊形的對角線，所以F是根據(jù)平行四邊形作出的理論值，那么F′就是用一彈簧測力計拉出實際值，彈簧測力計的拉力與AO的方向在同一條直線上，所以方向一定沿AO方向的是F′. (2)本實驗中兩個拉力的作用效果和一個拉力的作用效果相同，采用的科學方法是等效替代法，故選B項． (3)通過兩細繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條時，并非要求兩

4、細繩等長，故A項錯誤；兩細線拉橡皮條時，只要確保拉到同一點即可，不一定橡皮條要在兩細線的夾角平分線上，故B項錯誤；實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，同時讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度，故C項正確；本實驗只要使兩次效果相同就行，兩個彈簧測力計拉力的方向沒有限制，故D項錯誤． 3．在實驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采用如圖甲、乙兩種裝置： (1)若采用乙裝置進行實驗，以下所提供的測量工具中必需的是________． A．直尺 B．天平 C．彈簧測力計 D．秒表 (2)設入射小球的質量為m1，被碰小球的質量為m2，則在用甲裝置實驗時(P為碰前入射小球落點的平均位置)，所得

5、的結論為(用裝置中的字母表示)____________． 答案　(1)AB　(2)m1OP＝m1OM＋m2O′N 解析　(1)小球離開軌道后做平拋運動，由h＝gt2得小球做平拋運動的時間t＝，由于小球做平拋運動時拋出點的高度h相同，則它們在空中的運動時間t相等，驗證碰撞中的動量守恒，需要驗證：m1v1＝m1v1′＋m2v′2，則：m1v1t＝m1v1′t＋m2v′2t，得m1x1＝m1x1′＋m2x′2，由圖所示可知，需要驗證：m1OP＝m1OM＋m2O′N， 因此實驗需要測量的量有：①入射小球的質量，②被碰小球的質量，③入射小球碰前平拋的水平位移，④入射小球碰后平拋的水平位移，⑤被碰小

6、球碰后平拋的水平位移，測量水平位移需要用直尺，測質量需要天平，因此需要的實驗器材是A、B. (2)由(1)可知，實驗需要驗證：m1OP＝m1OM＋m2O′N. 4．利用氣墊導軌研究物體運動規(guī)律，求物體運動加速度，實驗裝置如圖a所示，主要的實驗步驟： (1)滑塊放置在氣墊導軌0刻度可讀出，在拉力作用下由靜止開始加速運動，測量滑塊經(jīng)過兩光電門的時間t，測量光電門之間的距離s； (2)只移動光電門1，改變s，多次實驗，數(shù)據(jù)記錄如下； 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 s/m 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 t/s 1.03

7、0.72 0.54 0.41 0.29 0.18 /(m·s－1) 1.67 1.85 1.95 2.07 2.2 (3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算、描點，在圖b中作出－t圖． 根據(jù)數(shù)據(jù)分析，回答下列問題： 導軌標尺的最小分度為________ cm，讀出如圖所示兩光電門之間的距離s1，并計算＝________ m/s，假設圖線的斜率為k，縱坐標截距為b，則滑塊運動的加速度為________ m/s2，作出圖象，求出本次測量的加速度大小為________ m/s2. 答案　1　1.36?。?k　2.29 解析　由圖可知，標尺的最小分度為1 cm，如圖所示兩光電門之間

8、的距離s1＝140 cm＝1.40 m； 因為t1＝1.03 s，那么＝ m/s≈1.36 m/s， 依據(jù)運動學公式s＝at2，則有＝at， 因假設圖線的斜率為k，縱坐標截距為b，則滑塊運動的加速度為a＝－2k， 根據(jù)點然后平滑連線，如圖所示： 由圖可知，a＝－2× m/s2≈－2.29 m/s2； 因此測量的加速度大小為2.29 m/s2. 5．如圖甲所示是某同學驗證動能定理的實驗裝置．其步驟如下： a．易拉罐內(nèi)盛上適量細沙，用輕繩通過滑輪連接在小車上，接紙帶，合理調整木板傾角，使小車沿木板勻速下滑． b．取下輕繩和易拉罐，測出易拉罐和細沙的質量m及小車質量M.

9、c．取下細繩和易拉罐后，換一條紙帶，讓小車由靜止釋放，打出的紙帶如圖乙(中間部分未畫出)．O為打下的第一點．已知打點計時器的打點頻率為f，重力加速度為g. ①步驟c中小車受到的合力為________． ②為驗證從O→C過程中小車受到的合力做功與小車動能變化的關系，測出BD間的距離為x0，OC間距離為x1，則C點的速度為________．需要驗證的關系式為__________．(用所測物理最的符號表示) 答案　(1)mg　(2)　mgx1＝ 解析　①小車勻速下滑時受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力為零；撤去拉力后，其余力不變，故合力等于撤去的拉力； ②勻變速直線運動的平均速度等于中間

10、時刻瞬時速度，故vC＝＝， 動能增量為：MvC2＝， 合力做的功為：mgx1. 6．圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖．圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源，打點的時間間隔用Δt表示．在小車質量未知的情況下，某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質量間的關系”． (1)完成下列實驗步驟中的填空： ①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列________的點． ②按住小車，在小吊盤中放入適當質量的物塊，在小車中放入砝碼． ③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標

11、出小車中砝碼的質量m. ④按住小車，改變小車中砝碼的質量，重復步驟③. ⑤在每條紙帶上清晰的部分，設5個間隔標注一個計數(shù)點．測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，….求出與不同m相對應的加速度a. ⑥以砝碼的質量m為橫坐標為縱坐標，在坐標紙上做出－m關系圖線．若加速度與小車和砝碼的總質量成反比，則與m處應成________關系(填“線性”或“非線性”)． (2)完成下列填空： ①本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是__________________________________． ②設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為

12、s1、s2、s3.a可用s1、s3和Δt表示為a＝________．圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1＝________ mm，s3＝________ mm.由此求得加速度的大小a＝________ m/s2. ③圖3為所得實驗圖線的示意圖．設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質量為__________． 答案　(1)①等間距?、蘧€性 (2)①小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小于小車和砝碼的總質量 ②　24.0　47.0　1.125 ③　 解析　(1)①在平衡摩擦力時，小吊盤中不放物塊，調

13、整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列等間距的點，則此時說明小車做勻速運動； ⑥由牛頓第二定律：F＝ma可知：＝·m，在F一定時，與m成正比，故與m成線性關系． (2)①探究牛頓第二定律實驗時，當小吊盤和盤中物塊的質量之和遠小于小車和車中砝碼的總質量時，可以近似認為小車受到的拉力等于小吊盤和盤中物塊受到的重力，認為小車受到的拉力不變． ②由勻變速直線運動的推論Δx＝at2可知加速度為：a＝； 由圖示刻度尺可知：s1＝(3.65－1.25) cm＝2.40 cm＝24.0 mm，s3＝(12.00－7.30) cm＝4.70 cm＝47.0 mm， 由圖示紙帶可知：Δ

14、t′＝0.02×5 s＝0.1 s， 加速度為：a＝＝ m/s2＝1.125 m/s. ③設小車質量為M，由牛頓第二定律得：F＝(M＋m)a 則＝m＋. 由圖3圖象可知：k＝，則小車受到的拉力F為； b＝，將F＝代入，解得小車的質量M為. 7．用圖甲的裝置測量木塊與水平木板間的動摩擦因數(shù)μ時，所用木塊的質量與重物的質量相等．若測得木塊的加速度為a，g表示重力加速度，則： (1)動摩擦因數(shù)的表達式為μ＝________．(用題中物理量的符號表示) 實驗中得到一條紙帶如圖乙所示A～E為5個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間有4個點未畫出，各計數(shù)點距離如圖．已知打點計時器使用的電源頻率為5

15、0 Hz，可求得：(計算結果保留三位有效數(shù)字) (2)打下D點時木塊的速度為vD＝________ m/s； (3)運動過程中木塊的加速度為a＝________ m/s2. 答案　(1)1－　(2)0.975　(3)3.15 解析　(1)設木塊質量和重物質量均為m，對重物據(jù)牛頓第二定律：mg－T＝ma，對木塊有T－μmg＝ma，聯(lián)立解得：μ＝1－； (2)紙帶上某點的瞬時速度等于該點前后相鄰兩個點間的平均速度，故vD＝CE＝＝ m/s＝0.975 m/s；根據(jù)位移差公式Δx＝aT2得：加速度a＝＝＝ m/s2＝3.15 m/s2. 8．某實驗小組采用了如圖甲所示的實驗裝置通過打點計

16、時器所打出的紙帶和力的傳感器的示數(shù)來研究加速度和力的關系．本實驗已經(jīng)平衡了摩擦力，輕滑輪的摩擦不計，用M表示小車的質量，用m表示砂桶和砂子的總質量． (1)實驗中，一定要進行的操作是________． A．用天平測出m的大小 B．小車靠近打點計時器，先接通電源后釋放小車 C．改變砂桶中砂子的質量，打出幾條紙帶 D．為減小誤差，要保證m遠小于M (2)以力傳感器的示數(shù)F為橫坐標，通過紙帶計算出的加速度為縱坐標，畫出的a－F圖象如圖乙所示，則可求出小車的質量M＝________ kg. 答案　(1)BC　(2)0.25 解析　(1)本題中拉力可以由力傳感器測出，不需要用天平

17、測出砂和砂桶的質量，也就不需要使小桶(包括砂)的質量遠小于車的總質量，故A、D兩項錯誤；打點計時器運用時，都是先接通電源，故B項正確；改變砂和砂桶質量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關系，故C項正確．故選B、C兩項． (2)對a－F圖來說，圖象的斜率表示小車質量的倒數(shù)，此題，力傳感器的示數(shù)為：F＝F合． 故小車質量為：m＝＝ kg＝0.25 kg. 9．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示．水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌，導軌上有一裝有長方形擋光片的滑塊，總質量為M，滑塊左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩和一質量為m的小球相連．導軌上的B點有一光電門，可以測

18、量擋光片經(jīng)過光電門的時間t.實驗時滑塊由A處靜止釋放，用L表示A、B兩點間的距離，d表示擋光片的寬度． (1)某次實驗導軌的傾角為θ，設重力加速度為g，則滑塊從A點到通過B點時m和M組成的系統(tǒng)的動能增加量ΔEk＝________，系統(tǒng)的重力勢能減少量ΔEp＝________，在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEk＝ΔEp，則可認為系統(tǒng)的機械能守恒． (2)設滑塊經(jīng)過B點的速度為v，某同學通過改變A、B間的距離L，測得傾角θ＝37°時滑塊的v2－L的關系如圖乙所示，并測得M＝0.5m，則重力加速度g＝________ m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)　mgL－MgLsinθ　(2

19、)9.6 解析　(1)由題意，滑塊經(jīng)過點B時速度為： vB＝， 故系統(tǒng)的動能增加量為：ΔEk＝(m＋M)＝； 系統(tǒng)的重力勢能減少量為：ΔEp＝mgL－MgLsinθ. (2)m和M組成的系統(tǒng)機械能守恒，有： mgL－MgLsinθ＝(m＋M)v2， 整理得：v2＝L， 結合圖象可得：＝， 得：g≈9.6 m/s2. 10．橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)，彈力F與伸長量x成正比，即F＝kx，k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關，理論與實踐都表明k＝，其中Y是一個由材料決定的常數(shù)，材料力學上稱之為楊氏模量． (1)在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應該是____

20、____． A．N B．m C．N/m D．N/m2 (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應用如圖甲所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y.首先利用刻度尺測出橡皮筋未受拉力時的長度L，然后用螺旋測微器測出橡皮筋的直徑d，如圖乙所示，則d＝________ mm. (3)作出橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的關系圖象，該圖象為一條傾斜的直線，其斜率為k0，則該橡皮筋的楊氏模量Y＝________(用k0、d、L表示)． 答案　(1)D　(2)5.695　(3) 解析　(1)根據(jù)表達式k＝Y得：Y＝，已知k的單位是N/m，L的單位m，S的單位是m2，所以Y的單位是N/m2，故D項

21、正確，A、B、C三項錯誤．故選D項． (2)螺旋測微器固定部分讀數(shù)為5.5 mm，轉動部分讀數(shù)為19.5，故讀數(shù)為：5.5 mm＋19.5×0.01 mm＝5.695 mm. (3)根據(jù)F＝k(l－l0)可知，圖象的斜率大小等于勁度系數(shù)大小，根據(jù)k＝Y可知Y＝； 其中橫截面積：S＝ 解得：Y＝. 11．如下圖，把兩個大小相同、質量不等的金屬球a、b用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，置于水平桌面上，兩球到桌邊距離相等．燒斷細線，觀察兩球的運動情況，進行必要的測量，可以驗證兩球相互作用過程中動量是否守恒． (1)本實驗必須測量的物理量是________． A．桌面到水平地面的

22、高度H B．小球a、b的質量ma、mb C．小球a、b的半徑r D．小球a、b離開桌面后空中飛行的時間t E．記錄紙上O1點到a球落地點A的距離O1A，O2點到b球落地點B的距離O2B (2)用測得的物理量驗證動量守恒的關系式是________． (3)事實證明，空氣阻力對球的運動影響可以忽略，但本實驗中多次測量發(fā)現(xiàn)質量大的球的動量略小于質量小的球的動量，造成這一結果的原因是______________________． 答案　(1)BE　(2)maO1A＝mbO2B (3)摩擦力對質量大的球的沖量大 解析　(1)以向右為正方向，由動量守恒定律得：mbvb－mava＝0，小球

23、離開桌面后做平拋運動，由于球的半徑相等、拋出點高度相同，球在空中做平拋運動的時間t相等，則：mbvbt－mavat＝0，即：mbO2B－maO1A＝0，實驗需要驗證的表達式為：maO1A＝mbO2B，實驗需要測量兩小球的質量與小球做平拋運動的水平位移．故選B、E兩項； (2)由(1)可知，實驗需要驗證的表達式為：maO1A＝mbO2B； (3)小球與彈簧脫離后在桌面上運動過程受到摩擦力f＝μmg的作用，小球質量m越大，小球受到的阻力越大，桌面對質量大的球的沖量大，小球離開桌面時，質量大的球的動量小于質量小的球的動量． 12．利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，水平桌面上固

24、定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質量為M，左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的小球相連；遮光片兩條邊與導軌垂直；導軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到光電門B處的距離，b表示遮光片的寬度，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度，實驗時滑塊在A處由靜止開始運動． (1)用游標卡尺測量遮光條的寬度b，結果如圖乙所示，由此讀出b＝________mm. (2)滑塊通過B點的瞬時速度可表示為________． (3)某次實驗測得傾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統(tǒng)

25、動能增加量可表示為ΔEk＝________，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為ΔEp＝________，在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEk＝ΔEp，則可認為系統(tǒng)的機械能守恒． (4)在上次實驗中，某同學改變A、B間的距離，作出的v2－d圖象如圖丙所示，并測得M＝m，則重力加速度g＝________ m/s2. 答案　(1)3.85　(2) (3)　gd　(4)9.6 解析　(1)寬度b的讀數(shù)為：3 mm＋17×0.05 mm＝3.85 mm； (2)由于光電門的寬度b很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度．滑塊通過光電門B速度為：vB＝； (3)滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統(tǒng)動

26、能增加量為ΔEk＝(M＋m)＝， 系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為：ΔEp＝mgd－Mgdsin30°＝(m－)gd， 比較ΔEp和ΔEk，若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可認為機械能是守恒的． (4)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒有： (M＋m)v2＝gd， 則v2＝2×gd. 若v2－d圖象，則圖線的斜率：k＝2×g， 由圖象可知：k＝，則有g＝×， 代入數(shù)據(jù)解得g＝9.6 m/s2. 13．利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關系．小車的質量為M＝200.0 g，鉤碼的質量為m＝10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電． (1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的

27、影響，應調節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到______________． (2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示．選擇某一點為O，一次每隔4個計時點取一個計數(shù)點．用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，記錄在紙帶上．計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1＝________ m/s. (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9.80 m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W.利用Ek＝Mv2算出小車動能，并求出動能的變化量ΔEk.計算結果見下表． W/(×10－3 J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26

28、 ΔEk/(×10－3 J) 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖3的方格紙上作出ΔEk－W圖象． (4)實驗結果表明，ΔEk總是略小于W.某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的．用題中小車和鉤碼質量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F＝________． 答案　(1)小車做勻速運動　(2)0.228 (3)如下圖所示　(4)0.093 N 解析　(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速運動，摩擦力達到平衡． (2)計數(shù)點1的瞬時速度v1＝＝0.228 m/s. (3)根據(jù)

29、表格中的數(shù)據(jù)作出ΔEk－W圖象如答案圖所示． (4)對整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得，a＝，則小車受到的實際拉力F＝＝ N≈0.093 N. 14．(2018·課標全國Ⅱ)某同學用圖a所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)．跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧測力計相連，滑輪和木塊之間的細線保持水平，在木塊上放置砝碼．緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧測力計的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大?。炒螌嶒炈脭?shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值從圖b中彈簧測力計的示數(shù)讀出． 砝碼的質量 m/kg 0.05 0.10 0.15 0.

30、20 0.25 滑動摩擦力F/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 回答下列問題： (1)f4＝________ N； (2)在圖c的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f－m圖線求得μ＝________．(保留2位有效數(shù)字) 答案　(1)2.75　(2)如解析圖所示 (3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 解析　(1)指針在2.7與2.8之間，估讀為2.75 N； (2)描點畫線注意讓所有點均勻分布在線上或線的兩邊，作圖如下： (3)木塊受到的是滑動摩擦力，根據(jù)滑動摩擦力的定義知f＝μ(M＋m)g. 把公式化簡可得：f＝μ(M＋m)g＝m＋μMg 所以圖象的斜率k＝μg. (4)取g＝9.80 m/s2，取圖象上相距較遠的兩點求斜率k＝＝3.9， 則μ＝＝≈0.40. 17