【优化探究】2022高考物理二轮专题复习 素能提升 1-5-12 力学实验（含解析）新人教版

【优化探究】2022高考物理二轮专题复习素能提升1-5-12力学实验（含解析）新人教版1．(2022年高考福建卷)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.解析：刻度尺的最小分度为1mm，要估读到0.1mm，其读数为601.0mm＝60.10cm.游标卡尺读数＝4mm＋10×0.02mm＝4.20mm.答案：60.10　4.202．(2022年高考天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些___________________________________.(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：________________________________________________________________________.(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉-10-\nD．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析：(1)计算小车的动能变化需用天平测质量；在计算小车的瞬时速度时需用刻度尺测距离．(2)只有绳与板面平行时，才能保证小车运动中与板面间的压力不变，才能保证小车所受摩擦力不变，才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力，故D正确．(3)要增加纸带上所打下点的数目，只有减小小车运动的加速度．在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量，即在车上增加砝码或钩码．(4)当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码)　(2)D　(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)　(4)CD3．(2022年高考新课标Ⅰ全国卷)某同学利用图a所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图b所示．实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图b可知，am图线不经过原点，可能的原因是________________________________________________________________________.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合力，则实验中应采取的改进措施是________________________________________________________________________．钩码的质量应满足的条件是______________________________．解析：(1)将图b中各点连线，得到的是一条曲线，故a与m的关系是非线性关系．(2)由图b可知，当钩码质量不为零时，在一定范围内小车加速度仍为零，即钩码对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度，故可能的原因是存在摩擦力．(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力，则应满足三个条件，一是摩擦力被平衡，二是绳平行于轨道平面，此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力，设绳的拉力为FT，由mg－FT＝ma、FT＝Ma有FT＝g＝，可见当m≪M时才有FT≈mg，故第三个条件为m≪M.答案：(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量4．(1)一同学在某次实验中测量一物体长度，记录结果为11.75mm，则该同学所使用的测量工具可能为________；A．10分度的游标卡尺　　B．20分度的游标卡尺C．50分度的游标卡尺D．螺旋测微器-10-\n(2)一个同学在研究小球自由落体运动时，用频闪照相机连续记录下小球的位置如图所示．已知闪光周期为s，测得x1＝7.68cm，x3＝12.00cm，用上述数据通过计算可得小球运动的加速度为________m/s2，图中x2为________cm.(结果保留三位有效数字)解析：(1)10分度游标卡尺的精确度为0.1mm,20分度游标卡尺的精确度为0.05mm,50分度游标卡尺的精确度为0.02mm，螺旋测微器的精确度为0.01mm，但要估读，读数的小数点后应为3位，所以该同学使用的测量工具可能是20分度游标卡尺，B正确．(2)由匀变速直线运动推论Δx＝aT2可知，x3－x1＝4aT2，解得a＝9.72m/s2，由x2－x1＝2aT2可解得x2＝9.84cm.答案：(1)B　(2)9.72　9.845.某同学现用图甲所示的实验装置来“探究动能定理”，打点计时器的打点频率为50Hz，重力加速度g取10m/s2.分析下列问题：(1)图乙是从实验中选出的一条纸带并将纸带置于一透明刻度尺上．在纸带上已标有O、A、…、F七个计数点(每两个打点间隔取一个计数点)，由图乙读得O到C点的位移为s3＝________cm.(2)分别计算出打点计时器打下计数点A、B、…、E时小车速度的二次方v、…、v，分别求出v、…、v与v的差值Δv、Δv、Δv、Δv.再计算出小车通过sAB、sAC、sAD、sAE时钩码重力对小车做的功W1、W2、W3、W4；最后作出了如图丙所示的Δv2W图象．根据该图象你得到的结论是_______________________________________．(3)根据图丙所得图象求得斜率k＝________，则小车的质量M＝________kg，实验中小车受到的合力F＝________N.解析：(1)O到C点的位移为s3＝5.03cm.(2)由题图丙可得到“小车动能的变化量与合力做的功成正比”这一结论，从而验证了动能定理．-10-\n(3)由动能定理W＝M·Δv2，可知图象的斜率为k＝，若知道图象的斜率便可求出小车的质量．由图象可得该直线的斜率为k＝＝15.8.故小车的质量为M＝kg＝0.127kg.小车的加速度大小为a＝＝＝m/s2＝1.24m/s2，由牛顿第二定律可知小车所受的合力F＝Ma＝0.127×1.24N＝0.157N.答案：(1)5.03　(2)小车动能的变化量与合力做的功成正比　(3)15.8　0.127　0.1576.现在需要测量物块与长木板之间的动摩擦因数，备有如下器材：两个相同的物块A、B，一个带有固定装置的光滑小滑轮，砝码若干，一把镊子，一个黑板擦，几条长轻质细线，两个小盘．小丁和晓平两个同学配合进行如下实验：首先把木板固定在水平桌面上，把小滑轮固定在木板的左端，把两个物块A和B(A、B距离较近)放到木板的右端，用细线把物块和小盘通过小滑轮连接，通过调整小滑轮的高度使木板上方的细线水平；晓平同学用黑板擦按住两个物块A和B，小丁同学在两个小盘里放上不同个数的砝码，然后晓平同学抬起黑板擦，两个物块同时运动起来，当较快的物块接近木板左端时按下黑板擦，两个物块同时停下来．(1)为完成此实验，还需要如下哪些器材：________.A．秒表B．刻度尺C．弹簧测力计D．天平(2)晓平和小丁同学测量出A和B在木板上的位移，分别记作xA和xB，还测得小盘的质量为m、物块A(B)的质量为9m、A和B对应小盘里砝码的质量分别为5m和10m.根据这些量能否求出物块和木板之间的动摩擦因数________(填“能”或“否”)；若不能，写出还应测量哪些物理量；若能，请你计算出μ.________________________________________________________________________(3)若细线与木板上表面平行，而木板左端比右端略低，则测量的动摩擦因数与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．解析：(1)根据实验步骤和原理可知，根据x＝at2可得出A、B的加速度之比，不需要测量时间，需测运动位移；根据牛顿第二定律F＝ma可知只需测量质量便能结合加速度之比而得出μ.(2)设A和B运动的加速度大小分别为aA和aB，应用牛顿第二定律分别有(m＋5m)g－μ(9m)g＝(m＋5m＋9m)aA、(m＋10m)g－μ(9m)g＝(m＋10m＋9m)aB，又xA＝aAt2、xB＝aBt2，联立解得μ＝.(3)砝码、小盘和物块的总质量为M，物块的质量为m0，(M－m0)g－μ测m0g＝Ma；由于木板左端比右端略低，使木板成为斜面(倾角设为θ)，应用牛顿第二定律有(M－m0)g＋m0gsin-10-\nθ－μ真m0gcosθ＝Ma，两式比较可知测量值比真实值小．答案：(1)BD　(2)能　　(3)偏小课时跟踪训练1．甲、乙两同学分别用游标卡尺和螺旋测微器测身边的物体，如下所示．(1)图甲为一游标卡尺的结构示意图，甲同学测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________(填“A”“B”或“C”)进行测量，示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________mm.(2)乙同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度．该螺旋测微器校零时的示数如图丙所示，测量金属板厚度时的示数如图丁所示，图丙所示读数为________mm，图丁所示读数为________mm，所测金属板的厚度为________mm.解析：(1)只有用“A”的两边缘才能测出钢笔帽的内径，由题图乙可知，游标尺上第6条刻度线与主尺上某一条刻度线对齐，则钢笔帽的内径d＝11mm＋0.05×6mm＝11.30mm.(2)题图丙的读数为1.0×0.01mm＝0.010mm.题图丁的读数为6.5mm＋37.0×0.01mm＝6.870mm，故金属板的厚度d＝6.870mm－0.010mm＝6.860mm.答案：(1)A　11.30　(2)0.010　6.870　6.8602．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．(1)图乙中的________是力F1和F2的合力的理论值；________是力F1和F2的合力的实际测量值．(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答：________(选填“会”或“不会”)．为什么？答：____________________________________________________________________.(3)本实验采用的科学方法是(　　)A．理想实验法B．控制变量法-10-\nC．等效替代法D．建立物理模型法解析：(1)力F1和F2的合力的理论值应为以F1、F2为邻边的平行四边形的对角线，即为F；则F′为合力的实际测量值．(2)由于实验中细绳的作用仅是描述力的方向，且橡皮筋受力情况与细绳完全相同，因此把细绳换成橡皮筋，不会影响实验结果．(3)本实验的实验原理是两分力共同的作用效果与合力的作用效果相同，即等效替代法，故C正确．答案：(1)F　F′　(2)不会　因为橡皮筋受力情况与原细绳相同　(3)C3．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(计算结果保留三位有效数字)：(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＝＝m/s＝3.90m/s.(2)v＝7.61(m/s)2，ghB＝7.70(m/s)2，因为mv≈mghB，近似验证了机械能守恒定律，或由mv<mghB得出其他合理的结论也可以．答案：(1)3.90　(2)见解析4．(2022年高考浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．　-10-\n(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm.(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如下表．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m(重力加速度g取10m/s2)．由表数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36解析：(1)刻度尺的最小分度值为0.1cm，读数时需估读到0.01cm，故指针的示数为16.00cm.(2)表中对LA的测量有四组数据，应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧Ⅰ增加的长度L0＝＝0.04m，故k＝＝12.50N/m.通过计算LB－LA可得出A、B两指针间的长度，进而计算出增加一个钩码时弹簧Ⅱ增加的长度，从而计算出其劲度系数．答案：(1)16.00(有效数字位数正确，15.95～16.05均可)　(2)12.5(12.20～12.80均可)　能5.(2022年潍坊联考)某同学为探究“加速度与物体受力关系”，设计了如图所示的实验装置：把一端带滑轮的木板平放在水平桌面上，将力传感器固定在小车上，用来测量绳对小车的拉力；小车的加速度由打点计时器打出的纸带测出．已知打点计时器使用的低压交流电源的频率为50Hz.(1)对于实验的操作要求，下列说法正确的是________．A．本实验中应保持小车和传感器总质量不变B．为消除小车与木板之间摩擦力的影响，应将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂砂桶的情况下使小车能够静止在木板上C．本实验必须满足细砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量(2)下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出计数点之间的距离分别为sAB＝4.12cm、sAC＝8.67cm、sAD＝13.65cm、sAE＝19.04cm、sAF＝24.85cm、sAG＝31.09cm，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)．-10-\n解析：本题考查探究“加速度与物体受力关系”的实验，意在考查考生对实验原理的理解能力和数据处理能力．(1)探究加速度与物体受力的关系时，应保持小车和传感器的总质量不变，A正确；实验中拉力为小车和传感器所受合力，故需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，在不挂砂桶的情况下使小车能沿木板匀速下滑，B错误；因为传感器直接测量绳的拉力，故无需使细砂和桶的总质量远小于小车和传感器的质量，C错误．(2)根据匀变速直线运动规律的推论Δx＝aT2可知，a＝，代入相关数据解得a＝0.42m/s2.答案：(1)A　(2)0.426．(2022年高考山东卷)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度．实验步骤：①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离s.完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出FG图线．-10-\n(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留两位有效数字)．(3)滑块最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)．解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．(2)因弹簧秤示数稳定后滑块静止，由题意知此时滑动摩擦力Ff＝F，又因滑块与板间压力为N＝G，故由Ff＝μN得F＝μG，即FG图线的斜率即为μ，由图线可得μ＝k＝0.40.(3)根据牛顿第二定律，P落地后，滑块运动的加速度的大小为a＝＝μg，且P落地后滑块的位移x＝s－h，根据速度和位移的关系得0－v2＝－2ax，所以滑块的最大速度v＝＝.答案：(1)图见解析　(2)0.40(0.38～0.42均正确)(3)7.一同学设计了如图甲所示的实验装置探究机械能守恒定律．图中斜面固定，底端B处切线水平且与桌的右边缘相齐．他的部分实验步骤如下：a．在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处，使小球从曲面上某点A由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O.b．将木板向右平移适当的距离L0后固定，再使小球从A点由静止释放，撞到木板上得到痕迹P，测出OP的距离y1.c．然后将挡板依次放在2L0、3L0、4L-10-\n0处固定，再依次使小球从A点由静止释放，并依次记录下小球撞到木板上留下的痕迹C、D、E，依次测出OC、OD、OE的距离y2、y3、y4.根据实验中所得到的数据作出了如图乙所示的L2y图象．试分析下列问题：(1)要验证小球由A到B的过程中机械能守恒，还需测量的物理量及符号是________．(2)若轨道完全光滑，L2与y的理论关系应满足L2＝________，说明关系式中每个物理量所表达的物理意义_____________________________________．(3)根据图乙求得斜面的高度h＝________m.解析：(1)要验证小球由A到B的过程中机械能守恒，则要验证小球在由A运动到B的过程中满足mgh＝mv，即gh＝v，vB可结合平抛运动求解，则还需要测量A、B两点间的高度h.(2)由(1)可得要验证gh＝v，由平抛运动规律可得y＝gt2，L＝vBt，由以上三式可得L2＝4yh.其中L是木板到桌子右边缘处的距离，y是O点到每次实验中小球在白纸上留下的轨迹点的距离．(3)由表达式L2＝4yh可知，L2y图象的斜率的物理意义为斜面高度的四倍，即k＝4h，由题图乙可知图象的斜率为k＝40，由此可得斜面的高度为h＝0.10m.答案：(1)斜面的高度h　(2)见解析　(3)0.10-10-