2022届高考物理二轮专题复习10力学实验

力学实验1．物理老师带领同学们准备复习整理力学实验，(1)有图甲实验器材，他还另准备了一些实验仪器：带滑轮的轨道，小桶，细线若干。则根据这些器材可以进行哪些实验__________。(2)甲同学利用上述器材做了实验，图乙是其中的一组数据，图中的数据记录的是从起始点到该计数点的位移（单位cm），每个计数点间还有四个点，求出纸带加速度为__________m/s2（保留两位有效数字），则根据自己所学知识，判断此纸带可能属于下述四个选项中的哪个实验__________。A．探究加速度与力、质量的关系B．探究小车速度随时间变化的规律C．探究求合力的方法D．探究做功与物体速度变化的关系【答案】(1)研究小车的匀变速直线运动，探究加速度与力、质量的关系，探究做功和速度变化的关系，验证机械能守恒定律(2)0.50ABD【解析】(1)根据图甲实验器材以及带滑轮的轨道，小桶，细线等器材，我们可以进行“研究小车的匀变速直线运动”“探究加速度与力、质量的关系”“探究做功和速度变化的关系”“验证机械能守恒定律”等试验。(2)由匀变速直线运动推论和逐差法，其中x1＝18.82－17.42cm＝1.40cm，x2＝20.71－18.82cm＝1.89cm，x3＝23.11－20.71cm＝2.40cm，x4＝25.99－23.11cm＝2.88cm，x5＝29.38－25.99cm＝3.39cm，x6＝33.26－29.38cm＝3.88cm，带入可得，C中试验不需要用纸带测速度的，ABD三个试验中都要用打点计时器和纸带测速度，故C错误，ABD正确。2．某同学用如图甲所示的装置研究匀变速直线运动，细线平行于水平桌面，遮光片的宽度为d，用手（图中未画出）托住托盘，滑块静止，光电门竖直中线到遮光片竖直中线的距离为L。现将手拿开，9 测得遮光片通过光电门的时间为t。(1)若用游标卡尺测量遮光片的宽度时，示数如图乙所示，则遮光片的宽度为______。(2)遮光片的竖直中线通过光电门时的速度大小为_______。（用题中涉及的物理量表示）(3)滑块运动的加速度大小为_______。（用题中涉及的物理量表示）【答案】(1)6.4(2)(3)【解析】(1)根据游标卡尺的读数规则可得，图乙所示的遮光片的宽度为。(2)经过光电门时，位移为遮光片宽度d，时间为t，平均速度为，由于t很小，平均速度近似等于过光电门时的瞬时速度，即有。(3)根据匀变速直线运动的速度位移公式可得，解得。3．(1)如图甲为某同学利用气垫导轨“测当地重力加速度g”的实验装置。①主要实验步骤如下：A．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平B．利用螺旋测微器测出遮光条的宽度，如图乙所示，该遮光条宽度d＝________mmC．用天平称出钩码的质量m、滑块（含传感器和遮光条）的总质量MD．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离sE．打开气源，释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间t②在滑块从静止释放到遮光条运动到光电门的过程中，系统动能增加量的测量值为ΔEk＝_________；③通过改变s重复实验得到多组数据，作出了图像，测得图像斜率为k，则当地重力加速度g＝________；9 (2)另一同学仍用该装置，探究加速度与力和质量的关系。该同学根据第(1)问的数据可得物体运动加速度a＝_______（用d、t、s表示），该同学根据传感器的读数直接得出了拉力F，则a与F的关系图象最符合本实验实际情况的是_______。【答案】(1)1.200(2)A【解析】(1)螺旋测微器固定刻度读数是1mm，可动刻度读数是20.0×0.01mm＝0.200mm，故结果为1.200mm；系统动能增加量，，带入可得，由机械能守恒可得，得出，则，得。(2)根据，将，v0＝0带入可得，传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受摩擦力作用，F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应该是一条通过原点的倾斜的直线，选A。4．某同学用如图所示的装置测量滑块与长木板之间的动摩擦数。将木板固定在水平桌面上，木板左端固定一个挡板，挡板与滑块之间有一个轻质弹簧，轻质弹簧与挡板固定连接，滑块靠近弹簧。长木板上安装有两个光电门。(1)用螺旋测微器测量素光片的宽度，如图所示，其读数为d＝________mm；(2)给滑块装上遮光片，向左推动滑块，压缩弹簧到适当位置，由静止松手，滑块离开弹赞后分别通过P、Q两位置的光电门，与光电门相连的计时器分别记录下滑块上遮光片通过光电门的时间Δt1和Δt2，改变弹簧的压缩程度进行多次实验，并计算得出多组滑块通过P点和Q点的速度v1和v2，根据下表中的数据在坐标纸上描绘描点连线，作出v12－v22图象。v2（m2·s－1）123456v122.803.614.414.806.457.589 v220.601.412.253.654.235.40(2)若重力加速度为g＝9.8m/s2，用刻度尺测出PQ间的距离l＝45.0cm，由v12－v22图象可得，滑块与长木板间的动摩擦因数为___________（结果保留两位小数）。【答案】(1)4.704(2)见解析图(3)0.25【解析】(1)螺旋测微器读数为。(2)根据描点法可得v12－v22图象，如图所示。(3)根据速度位移公式得，根据牛顿第二定律得，联立得，可得图象的纵轴截距，得，结合图像解得。5．三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验：(1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地。改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明______。(2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看做与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道末端的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是______。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明______。(3)丙同学采用频闪照相法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中每个小方格的边长为L＝1.25cm，则由图可求得拍摄时每______s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为____m/s。（g取9.8m/s2）(4)下列哪个因素不会使“研究平抛物体的运动”实验误差增大______。A．小球与斜槽之间有摩擦B．安装斜槽时其末端切线不水平9 C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较近【答案】(1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动0.7(3)A【解析】(1)B球做自由落体运动，改变平抛运动的初速度，发现两球仍同时落地，说明竖直方向两球运动情况相同，即平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。(2)改变两球高度差P球总能击中Q球，说明两球水平方向运动情况相同，因Q球做匀速直线运动，说明平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。根据平抛运动规律，则有，，代入数值可解得，。(3)小球与斜槽之间有摩擦力不影响实验的误差，只要保证小球从同一位置由静止释放，使得平抛运动的初速度相同，故A正确；安装斜槽时末端不水平，会导致初速度不水平，使得误差增大，故B错误；建立坐标系时，应该以小球在斜槽末端在竖直板上球心的投影为坐标原点，以末端端口位置为坐标原点使得误差增大，故C错误；为了减小测量的误差，在曲线上所取的计算点离原点远一些，故D错误。6．某实验小组利用如图（a）所示实验装置及数字化信息系统探究动能定理，轨道两端固定有位移传感器和力传感器，光电门固定在A点。已知重力加速度为g。实验过程如下：(1)用天平测得滑块（包括遮光条）的质量为m，用游标卡尺测得遮光条的宽度为d。(2)先测动摩擦因数。不安装弹簧，给滑块一初速度，让滑块沿轨道从A的左端向右运动，遮光条通过光电门时计时器记录的时间为Δt1，测出滑块停止的位置与A点的距离为x0，则滑块与轨道间动摩擦因数μ＝___。（用题中所给已知或已测的物理量表示）。(3)将弹簧一端连接力传感器，另一端连接滑块，将滑块拉到O点由静止释放，从释放滑块到遮光条通过光电门的过程中，传感器显示出弹簧弹力F随滑块位移x的变化情况如图（b）所示，FO、FA分别表示滑块在O点、A点时弹簧弹力的大小，xA表示O到A的位移大小，遮光条通过光电门时记录的时间为Δt2，则此过程中合外力做的功W合＝_________，动能改变量ΔEk＝_________（用题中所给已知或已测的物理量表示）。9 (4)改变滑块释放点O的位置，重复步骤(3)，多次测量研究合外力做的功W合与动能改变量ΔEk的关系，即探究动能定理。【答案】(2)(3)【解析】(2)滑块通过光电门时的速度，据运动学公式，解得。(3)弹簧弹力做的功，摩擦力做的功，则，遮光条通过光电门计时器的速度，动能改变量。7．为测冰鞋滑冰板与冰面间的动摩擦因数，几位同学在一粗糙程度相同的水平滑冰场上配合着进行了如下操作和测量：如图所示，甲乙同学穿冰鞋对面站立静止，迅速相互推一下对方，保持不变姿势沿同一直线向相反方向运动到静止；另外两位同学用手机秒表计时软件分别测出甲乙运动时间t甲、t乙，用卷尺测出甲乙通过的距离d甲、d乙。已知甲乙同学质量（含冰鞋）分别为m甲、m乙重力加速度g。(1)甲同学冰鞋滑冰板与冰面间的动摩擦因数μ甲＝________。(2)由于有空气阻力，甲同学冰鞋滑冰板与冰面间动摩擦因数真实值μ甲真_______μ甲。（选填“>”或“<”或“＝”）(3)这几位同学想用测得和已知的物理量验证甲乙同学迅速相互推的过程中动量守恒。请回答：能不能验证？________（选填“能”或“不能”）。若能，写出验证的表达式；若不能，补充还需要测量的物理量。________。【答案】(1)或(2)＜(3)能【解析】(1)对甲同学，解得，由牛顿第二定律，解得。(或甲乙同学互推前后，由动量守恒可得，可得，由可得9 )。(2)由于有空气阻力，甲同学冰鞋滑冰板与冰面间的真实的摩擦力要比测量时小，因此动摩擦因素也小，所以。(3)能。甲乙同学互推前后，由动量守恒可得，可得，所以。8．某实验小组的同学利用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，调节气垫导轨的充气源，轻推滑块使其在气垫导轨上做匀速直线运动；然后将安装有遮光条的滑块P由倾斜轨道上某位置静止释放，经过气垫导轨左侧的光电门1后与滑块Q发生碰撞，并粘合在一起，最终通过光电门2。已知滑块P、Q的质量分别为m、M，回答下列问题：(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度如图乙所示，则宽度d＝___________mm。(2)若滑块P经过光电门1、光电门2时，遮光条的挡光时间分别为△t1、Δt2，则两滑块碰后的总动量为___________，若碰撞过程系统的动量守恒，则关系式___________成立；该碰撞过程损失的机械能为___________（用测量的物理量符号表示）【答案】(1)1.881(2)【解析】(1)由题图乙可知螺旋测微器的读数为。(2)由题意可知，碰前滑块P的速度为，碰后两滑块整体的速度为，则碰前系统的总动量为，碰后系统的总动量为，若碰撞过程系统的动量守恒，则有，即，该碰撞过程损失的机械能为。9．某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，其右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面。当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：9 A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；B．用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量ma、mb；C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧（与a、b不连接），静止放置在平台上；D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s；G．改变弹簧压缩量，进行多次测量。(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为______mm。(2)针对该实验装置和实验结果，同学们做了充分的讨论。讨论结果如下：①该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证a、b两物体弹开后的动量大小相等，即______＝______（用上述实验所涉及物理量的字母表示）；②若该实验的目的是求弹簧的最大弹性势能，则弹簧的的弹性势能为______（用上述实验所涉及物理量的字母表示）；③改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到xa与的关系图象如图丙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为______（用上述实验数据字母表示）。【答案】(1)3.80(2)mambsμ＝【解析】(1)挡光片的宽度。(2)应该验证，而a球通过光电门可求，而b球离开平台后做平抛运动，根据，，整理可得，因此动量守恒定律的表达式为，弹性势能大小为，代入数据整理得，根据动能定理可得，而，联立整理得，由题可得，可得动摩擦因数9 。9