统考版2024届高考物理二轮专项分层特训卷第二部分核心热点专项练专项12力学实验（附解析）

专项12　力学实验1．[2023·全国甲卷]某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系．让小车左端和纸带相连．右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连．钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带．某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示．(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s．以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为Δt和0，表中ΔxAD＝________cm，AD＝________cm/s.　　位移区间ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30(cm/s)66.073.0AD87.394.6(2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示．在图中补全实验点．(3)从实验结果可知，小车运动的Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(结果均保留3位有效数字)(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________．(结果用字母k、b表示)2．[2023·新课标卷]一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验． (1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径．首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为________mm，则摆球的直径为________mm.(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小．若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角________5°(填“大于”或“小于”).(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为________cm.实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为________s，该小组测得的重力加速度大小为________m/s2.(结果均保留3位有效数字，π2取9.870)3．[2022·湖南卷]小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量．主要实验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g；(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：序号12345硬币数量n/枚510152025长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线； (4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm；(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留3位有效数字).4．[2022·广东卷]某实验小组为测量小球从某一高度释放，与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失，设计了如图(a)所示的装置，实验过程如下：(1)让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹．调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落和反弹过程中均可通过光电门．(2)用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图(b)所示，小球直径d＝________mm.(3)测量时，应________(选填“A”或“B”，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”).记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2.(4)计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m，可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝________(用字母m、d、t1和t2表示).(5)若适当调高光电门的高度，将会________(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差．5．[2023·八省市八校3月第二次联考]某实验小组用如图(a)所示装置测量重力加速度．将小球A和手机B分别系在一条跨过定滑轮的不可伸长的细绳两端．打开手机B的phyphox软件，令小球A和手机B静止，细绳拉紧，然后同时释放小球A和手机B，通过phyphox软件测得手机的加速度随时间变化的图线如图(b)所示，实验室提供的物理量有：小球A的质量mA＝50.0g，手机B的质量mB＝150.0g，当地实际重力加速度g＝9.8m/s2.(1)实验测得的重力加速度大小为________m/s2.(2)实验测得的重力加速度与实际重力加速度有明显差异，除实验中的偶然误差外，请 写出一条可能产生这一结果的原因：________________________________________________________________________.(3)有同学提出本实验还可以研究机械能是否守恒，在小球A上方h高处安装光电门和配套的数学计时器．令小球A和手机B静止，细绳拉紧，然后同时释放小球A和手机B，数字计时器记录小球A通过光电门的挡光时间t，除实验室提供的物理量外，还需要测量的物理量有______________(写出物理量的名称和符号)，需要验证的表达式为____________(用实验室提供的物理量符号和测量的物理量符号表示).6．[2022·全国甲卷]利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究．让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞．完成下列填空：(1)调节导轨水平；(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg.要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________kg的滑块作为A；(3)调节B的位置．使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等；(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2；(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4).多次测量的结果如下表所示．12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k＝0.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝____________(保留2位有效数字)；(7)的平均值为__________(保留2位有效数字)；(8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断．若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为________(用m1和m2表示)，本实验中其值为________(保留2位有效数字)，若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞．7．[2022·山东卷]在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验．受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示．主要步骤如下：①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块．弹簧处于原长时滑块左端位于O点．A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t 变化的图像，部分图像如图乙所示．回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为________N/m.(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出aF图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg.(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的aF图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg.8．[2023·全国乙卷]在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干．完成下列实验步骤：①用图钉将白纸固定在水平木板上．②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________．(多选，填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向．④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示．⑤比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则．专项12　力学实验1．解析：（1）根据纸带的数据可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm平均速度为AD＝＝80.0cm/s（2）根据第（1）小题结果补充表格和补全实验点图像得 （3）从实验结果可知，小车运动的Δt图线可视为一条直线，图像为此直线用方程＝kΔt＋b表示，由图像可知其中k＝cm/s2＝70.0cm/s2，b＝59.0cm/s（4）小车做匀变速直线运动，由位移公式x＝v0t＋at2，整理得＝v0＋at即＝vA＋at故根据图像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k答案：（1）24.00　80.0（2）（3）70.0　59.0　（4）b　2k2．解析：（1）测量前测微螺杆和测砧相触时，图（a）的示数为d0＝0mm＋0.7×0.01mm＝0.007mm 螺旋测微器读数是固定刻度读数（0.5mm的整数倍）加可动刻度（0.5mm以下的小数）读数，图中读数为d1＝20mm＋3.4×0.01mm＝20.034mm则摆球的直径为d＝d1－d0＝20.027mm（2）角度盘的大小一定，即在规定的位置安装角度盘，测量的摆角准确，但将角度盘固定在规定位置上方，即角度盘到悬挂点的距离变短，同样的角度，摆线在角度盘上扫过的弧长变短，故摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角大于5°；（3）单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为l＝l0＋＝81.50cm＋cm＝82.5cm；一次全振动单摆经过最低点两次，故此单摆的周期为T＝＝s＝1.82s由单摆的周期表达式T＝2π得，重力加速度g＝＝9.83m/s2答案：（1）0.007（0.007～0.009均可）　20.034（20.034～20.036均可）　20.027（20.025～20.029均可）　（2）大于　（3）82.5　1.82　9.833．解析：（3）利用描点法得出图像如图．（4）根据刻度尺读数规则知，橡皮筋的长度l＝15.35cm.（5）由胡克定律可得nmg＝k（l－l0），变化为l＝n＋l0.ln图象的斜率＝×10－2，解得k＝20.0N/m.代入数据解得橡皮筋原长l0＝9.00cm.挂上冰墩墩玩具，有Mg＝k（l－l0），解得M＝127g.答案：（3）如图所示　（4）15.35　（5）1274．解析：（2）根据螺旋测微器读数规则可知，小球直径d＝7.5mm＋0.385mm＝7.885mm.（3）由于小球自由落体运动时间很短，所以测量时，应该先接通数字计时器，后释放小球．（4）小球第1次通过光电门时的速度v1＝，第2次通过光电门时的速度v2＝，小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE＝mv－mv＝（－）.（5）若适当调高光电门高度，将会增大因空气阻力引起的测量误差．答案：（2）7.885　（3）B　（4）（－）　（5）增大5．解析：（1）由图（b）读出手机的加速度大小为a＝4.7m/s2 ，根据牛顿第二定律有（mB－mA）g1＝（mA＋mB）a，代入数据解得g1＝9.4m/s2.（2）测量的重力加速度小于实际值，除偶然误差外，也可能是系统误差导致的，例如滑轮的轴不光滑，滑轮有质量，细绳有质量，手机和小球运动过程中受空气阻力，手机在下落过程中发生摆动等．（3）由于还需要算出小球运动到光电门时的速度，则还需要测量小球A的直径d，根据机械能守恒定律可知，需要验证的表达式为（mB－mA）gh＝（mA＋mB）.答案：（1）9.4　（2）见解析　（3）小球A的直径d　（mB－mA）gh＝（mA＋mB）6．解析：（2）在一动一静的弹性碰撞中，质量小的滑块碰撞质量大的滑块才能反弹，故应选质量为0.304kg的滑块作为A.（6）滑块A、B碰后的速度v1＝、v2＝，因s1＝s2，故有＝，则k2＝≈0.31.（7）的平均值＝≈0.32.（8）设滑块A碰前的速度为v0，若为弹性碰撞，则有：联立①②得：v1＝v0，v2＝则＝＝≈0.34.答案：（2）0.304　（6）0.31　（7）0.32　（8）　0.347．解析：（1）初始时弹簧的伸长量为5.00cm，结合图乙可读出弹簧弹力为0.610N，由F＝kx可得弹簧的劲度系数k＝12N/m.（2）根据牛顿第二定律F＝ma，结合图丙可得aF图线斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的质量，代入数据得m＝0.20kg.（3）同理图像斜率的倒数＝m＋m测，得m测＝0.13kg.答案：（1）12　（2）0.20　（3）0.138．解析：②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向．故选CD.③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向；⑤比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则．答案：②CD　③相同位置　⑤大小和方向