【全程复习方略】2022年高考物理二轮复习 课时冲关练 6.11力学实验（A卷）

力学实验(A卷)(45分钟，100分)1.(6分)(2022·常州一模)如图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断　　　　(选填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的。【解析】由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边形定则所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力，显然F′的方向应在细绳的方向上，因甲同学F′的方向与细绳在同一直线上，故甲同学的实验结果是符合事实的。本题解答的焦点在F′的方向的确定上。两位同学的实验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的。答案：甲2.(12分)(2022·嘉兴二模)(1)为了完成“探究加速度与力、质量关系”的实验，实验室已经为小涛准备了一端带有滑轮的长直轨道(远离滑轮端高度可调)，小车，电火花计时器，纸带，钩码，请问小涛还需要哪些器材，请从下列器材中选取　　　　(填序号，多选、错选、漏选均不得分)。A.刻度尺　　　　　　　　B.带细绳的小桶C.秒表D.天平E.低压交流电源F.砝码(2)该同学在处理纸带时有如下A、B两条纸带，哪一条有可能是该实验得到的纸带　　　　(选填“A”或“B”)。-8-\n(3)在某一次测量中得到如图甲所示纸带，A、B、C、D、E、F、G为6个计数点，各点到O点的距离已标在对应点下方(相邻计数点间有4个点未画出)，请利用图示数据尽量精确地计算出加速度a=　　　　m/s2(保留3位有效数字)。若保持小车质量不变，根据实验数据该同学作出了加速度a随合力F的变化曲线，如图乙所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。【解析】(1)需刻度尺测量长度，带细绳的小桶提供动力，天平测量质量，砝码用来改变小车质量，有打点计时器，故不需要秒表，电火花打点计时器用220V交流电，故不需要低压交流电，所以应选取A、B、D、F；(2)打点间隔为0.02s，B图相邻两点间间隔约为3cm，平均速度约为1.5m/s，速度太大，不可能，同理可得A图平均速度约为0.5m/s，故A图可能是该实验打出的纸带；(3)根据逐差法xDG-xAD=9aT2，其中T=0.1s，代入解得：a=0.986m/s2；由图乙知，当拉力小于某一数值时，小车加速度等于零，即小车静止不动，是因为没有平衡摩擦力或平衡得不够。答案：(1)A、B、D、F　(2)A　(3)0.986　没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够-8-\n3.(10分)(2022·海南高考)某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度大小为g=9.80m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列问题(计算结果保留3位有效数字)：(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB=　　　　m/s。(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据。【解析】(1)打点计时器打B点时重物速度的大小vB=(hC-hA)f2=(86.59-70.99)×10-2×502m/s=3.90m/s(2)12vB2=7.61(m/s)2，ghB=7.70(m/s)2，因为12mvB2≈mghB，近似验证了机械能守恒定律，或由12mvB2<mghB得出其他合理的结论也可以。答案：(1)3.90　(2)见解析4.(12分)为了测定滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ，某同学设计了如图的实验装置，其中圆弧形滑槽末端与桌面相切。第一次实验时，滑槽固定于桌面右端，末端与桌子右端M对齐，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的P点；第二次实验时，滑槽固定于桌面左侧，测出末端N与桌子右端M的距离为L，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的Q点，已知重力加速度为g，不计空气阻力。(1)实验还需要测出的物理量是(用代号表示)：　　　　　　　。A.滑槽的高度hB.桌子的高度H-8-\nC.O点到P点的距离d1D.O点到Q点的距离d2E.滑块的质量m(2)写出动摩擦因数μ的表示式是μ=　　　　　。(3)如果第二次实验时，滑块没有滑出桌面，测得滑行距离为x，则动摩擦因数可表示为μ=　　　　。【解析】设滑块由桌面落到地面的时间为t，第一次实验时d1=v1t　H=12gt2第二次实验时d2=v2t且由N到M，由动能定理-μmgL=12mv22-12mv12解得μ=d12-d224HL，因此还需要测量d1、d2、H。如第二次实验时，滑块没有滑出桌面，则-μmgx=0-12mv12，解得μ=d124Hx答案：(1)B、C、D　(2)d12-d224HL　(3)d124Hx5.(12分)(2022·湖州二模)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：A.按如图摆好实验装置，B.将质量M=0.20kg的小车拉到打点计时器附近，并按住小车，C.在总质量m分别为10g、30g、50g的三种钩码中挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩上，D.接通打点计时器的电源(电源频率为f=50Hz)，然后释放小车，打出一条纸带。(1)多次重复实验，从中挑选一条点迹清晰的纸带如图所示。把打下的第一点记作“0”，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用毫米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1=0.0075m，d2=0.03001m，d3=0.0675m，d4=0.1200m，d5=0.1875m，d6=0.2700m，他把钩码重力(当地重力加速度g=9.8m/s2)作为小车所受合力算出打下“0”点到打下“5”点合力做功。则合力做功W=-8-\n　　　　J，小车动能的改变量Ek=　　　　J(结果保留三位有效数字)。(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大，显然在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素。请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(写出两条即可)【解析】(1)根据功的公式W=mgd5，代入数据解得：W=0.0919J；打点5时的速度v=d6-d42T，T=0.1s，小车动能的变化量Ek=12Mv2=0.0563J；(2)产生误差的原因是小车与桌面间有摩擦，使得一部分重力势能转化为内能，动能的增加，漏掉钩码的动能，即钩码质量没有远小于小车质量。答案：(1)0.0919　0.0563　(2)小车与桌面之间存在摩擦力　钩码质量没有远小于小车质量6.(16分)某同学在研究“对不同物体做相同功情况下，物体质量与速度的关系”时，提出了以下四种猜想：A.m∝v　　　　　　　　　　　　B.m∝1vC.m∝v2D.m∝1v2为验证猜想的正确性，该同学用如图所示的装置进行实验：将长木板平放在水平桌面上，木块固定在长木板一端，打点计时器固定在木块上，木块右侧固定一轻弹簧，用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，打点计时器在纸带上打下一系列点，选取点迹均匀的一部分纸带，计算出小车匀速运动的速度v1，测出小车的质量m1；然后在小车上加砝码，再次压缩弹簧至长木板虚线处由静止释放小车，计算出小车和砝码匀速运动的速度v2，测出小车和砝码的总质量m2；再在小车上加砝码，重复以上操作，分别测出v3、m3…(1)每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是　　　　　　　　　　；若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响，应进行的实验操作是　　　　　　　　　　　　。(2)某次实验采集的五组数据如表：m/kg0.100.200.300.400.50-8-\nv/m·s-11.0000.7070.5770.5000.447由表格数据直观判断，明显不正确的两个猜想是A、B、C、D中的　　　；若对某个猜想进行数据处理并作图，画出了如图所示的图像，则图中的横坐标应是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。【解析】(1)每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是使小车获得相同的动能或弹簧对小车做功相同；如果要消除阻力对小车运动的影响，应首先平衡摩擦力，即适当垫高长木板固定打点计时器的一端，接通电源，轻推小车，使小车连同纸带一起在长木板上匀速运动。(2)由表格中数据可知，质量m越大，相对应的速度越小，所以明显不正确的是A、C；图像是正比例函数关系，然后据表格中数据估算mv2的结果是定值，所以得出图中的横坐标应该是1v2。答案：(1)使小车获得相同的动能(使弹簧对小车做功相同)　垫高长木板固定打点计时器的一端，使小车连同纸带一起在长木板上匀速运动(平衡摩擦力)(2)A、C　1v27.(16分)某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则(1)你认为还需要的实验器材有　　　　　　　。-8-\n(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，实验时首先要做的步骤是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M。往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m。让沙桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为　　　　　　　　　　　　。(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)【解析】该实验中的研究对象是滑块，目的是比较合外力对滑块所做的功与滑块动能的增量的关系。因为合外力不等于滑块的重力，两端质量不可能“抵消”，所以要分别测出沙和沙桶、滑块的质量，还要测出滑块移动的距离，便于计算做的功和速度。实验时应注意平衡摩擦力，以减小误差。从实验方便性上考虑要把沙和沙桶的重力看作滑块的合外力，故m远远小于M，故实验表达式为mgL=12Mv22-12Mv12。答案：(1)天平、刻度尺(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力　(3)mgL=12Mv22-12Mv128.(16分)(2022·温州二模)某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h及沿斜面运动的位移x。(空气阻力对本实验的影响可以忽略)(1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为　　　。(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为　　　　　　　　。(3)以下能引起实验误差的是　　　。a.滑块的质量b.当地重力加速度的大小c.长度测量时的读数误差d.小球落地和滑块撞击挡板不同时【解析】(1)由于小球落地和滑块撞击挡板是同时的，可以得出两个物体运动的时间相同，即-8-\n滑块：x=12at2，小球：H=12gt2，可得出ag=xH(2)对滑块受力分析可知mgsinθ-μmgcosθ=ma，sinθ=hx，cosθ=x2-h2x解得μ=Hh-x2Hx2-h2=(h-x2H)1x2-h2(3)由上面的表达式可知动摩擦因数与H、h、x有关，故正确选项为c、d。答案：(1)xH　(2)(h-x2H)1x2-h2　(3)c、d-8-