2023届高考物理二轮总复习试题（老高考旧教材）专题分层突破练13　力学实验（Word版附解析）

专题分层突破练13　力学实验A组1.(2022山东省实验中学模拟预测)(1)某同学买了一辆电动自行车,骑了一段时间后发现电动车减震弹簧的减震效果不好。该同学将减震弹簧卸下,然后把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0,他将刻度尺零刻度对准弹簧一端,另一端位置如图甲所示,读数为　　　　cm。 甲(2)该同学想测量减震弹簧的劲度系数。他先把弹簧竖直放在水平桌面上,在上端压上一只10kg的哑铃,每增加一只哑铃均记下此时哑铃的个数和对应的弹簧的长度L,如下表所示。请你在图乙坐标图中描点,作出F-L图线,并通过图线确定该弹簧劲度系数为k=　　　　N/m(g取10m/s2)。 F/N100200300400L/cm5.004.504.003.80乙2.(2022河南商丘三模)某同学做研究匀变速直线运动规律的实验装置如图甲所示,得到一条清晰的纸带如图乙所示,并在纸带上选取A、B、C、D、E共5个计数点(每相邻两个计数点间还有4个点未画出),已知打点计时器的频率为50Hz。甲 乙(1)关于本实验,下列说法正确的是　　　　。(填选项前字母) A.释放纸带的同时,接通电源B.先接通电源打点,后释放纸带运动C.先释放纸带运动,后接通电源打点D.纸带上的点迹越密集,说明纸带运动的速度越大(2)小车经过B点时的速度大小为vB=　　　　m/s。(结果保留两位有效数字) (3)小车的加速度大小为a=　　　　m/s2。(结果保留两位有效数字) 3.(2022湖北黄冈中学二模)某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水总质量m=0.55kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材,设计如下实验验证力的平行四边形定则,同时测出弹簧的劲度系数k。重力加速度g取10m/s2,其操作如下:a.将弹簧P上端固定,让其自然下垂,用刻度尺测出此时弹簧P的长度l0=12.50cm;b.将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端,待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度l1,如图甲所示;c.在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油,将细绳搭在挂钩上,缓慢地拉起弹簧Q,使弹簧P偏离竖直方向夹角为74°,测出弹簧Q的长度l2及其轴线与竖直方向夹角为θ,如图乙所示。已知sin74°=0.96。(1)由图可得l1=　　　　cm;则弹簧P的劲度系数k=　　　　N/m。 (2)当l2=　　　　cm,θ=　　　　时,就验证了力的平行四边形定则。 4.(2022黑龙江哈尔滨一模)某研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系,该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为力传感器(测绳子的拉力),P为小桶(内有砂子),M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板。不计绳子、滑轮的质量及绳子与滑轮间的摩擦。 (1)本实验是否需要平衡摩擦力后再做实验?　　　　(选填“是”或“否”)。是否要求小桶和砂子的总质量远小于小车的质量?　　　　(选填“是”或“否”)。 (2)已知交流电源的频率为50Hz,某次实验得到的纸带如图乙所示,图中相邻两计数点之间还有4个点未画出,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　　m/s2。(结果保留两位有效数字) B组5.(2022辽宁沈阳模拟)某实验小组做探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验,实验装置如图所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤,并且设橡皮筋对小车做的功以整数倍增大,即分别为W0、2W0、3W0、4W0…(1)除了图中已有的实验器材外,还需要交流电源、导线、开关、　　　　(填测量工具)。(2)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是　　　　(填写字母代号)。 A.释放小车后小车能做匀加速运动B.增大橡皮筋对小车的弹力C.使橡皮筋对小车做的功在数值上等于合力对小车做的功D.使小车获得较大的动能(3)在正确操作情况下打出了一条纸带,从中截取了测量物体最大速度所用的一部分,如图所示。已知相邻两点打点时间间隔为0.02s,则小车获得的最大速度vm=　　　　m/s(保留三位有效数字)。 (4)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得的最大速度vm的数据,并利用数据绘出了下列给出的四个图像,你认为其中正确的是　　　　。 6.某同学查到弹簧的弹性势能Ep与弹簧的形变量x之间的关系为Ep=12kx2,为了验证此表达式是否正确,他进行了如下实验。 (1)如图甲所示,将一弹簧竖直悬挂在铁架台的水平横杆上,一指针固定在弹簧下端,刻度尺竖直固定在弹簧一侧,刻度尺零刻线与弹簧上端点对齐。测量弹簧原长时,指针指示刻度如图乙所示,则弹簧原长L0=　　　　cm。 (2)他依次在弹簧下端挂上钩码,同时测得弹簧静止时相应的形变量,记录钩码质量m和对应的弹簧形变量x的数据,得到的x-m图像如图丙所示。(3)重力加速度g取9.8m/s2,由图像可得弹簧的劲度系数为k=　　　　N/m。(计算结果保留两位有效数字) (4)测得一带指针的小滑块质量为m0=150.0g。(5)他将气垫导轨调成水平,弹簧一端固定在气垫导轨左侧,刻度尺固定在气垫导轨上方,如图丁所示。丁(6)启动充气泵,用小滑块将弹簧压缩x0=4.00cm后由静止释放,弹簧将小滑块弹出,对小滑块在气垫导轨上滑行的过程进行频闪照相,频闪频率为20Hz,读出小滑块与弹簧分离后连续的四张照片指针指示位置的刻度值,记录在下表中。x1x2x3x432.80cm37.83cm42.75cm47.80cm 则小滑块离开弹簧后获得的动能Ek=　　　　J;根据表达式Ep=12kx2,结合前面所得k值可得弹簧的弹性势能Ep=　　　　J。(计算结果保留两位有效数字) (7)改变弹簧的初始压缩量,多次重复以上步骤进行验证。7.(2022云南师大附中模拟)某同学用如图甲所示实验装置验证动量守恒定律,选用半径均为r,质量不同的小球A、B进行实验,用两根轻质细线将小球悬挂起来,天花板悬点到球的悬点的线长均为L,将A球拉起一个合适的角度,测出细线偏离竖直方向的夹角θ,静止释放A球去撞击B球,测出A球被反弹后速度为零时细线偏离竖直方向的夹角θ1和B球弹起后速度为零时细线偏离竖直方向的夹角θ2。(1)在A、B球的选择中,mA　　　　(选填“<”“>”或“=”)mB。 (2)用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示,则天花板上两悬点间的距离应为　　　cm。(3)验证动量守恒定律的表达式是　　　　　　　　　　　　(用题中所给字母r、L、mA、mB、θ、θ1、θ2表示)。 答案：1.答案(1)5.50　(2)作图见解析　20000解析(1)厘米刻度尺要估读到0.01cm,刻度尺读数为5.50cm。(2)描点作图如图所示,图像的斜率绝对值表示劲度系数,即k=100-300(5-4)×10-2N/m=20000N/m。2.答案(1)B　(2)0.26　(3)0.40解析(1)由于小车速度较快,且运动距离有限,打出的纸带长度也有限,为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点,实验时应先接通电源,后释放纸带,A、C错 误,B正确;纸带上的点迹越密集,说明相同时间内的位移越小,故纸带运动的速度越小,D错误。(2)小车经过B点时的速度大小为vB=xAC2T=52.0×10-32×0.1m/s=0.26m/s。(3)利用逐差法,可得小车的加速度大小为a=(s3+s4)-(s1+s2)(2T)2=0.40m/s2。3.答案(1)17.50　110　(2)18.50　53°解析(1)由题图甲知,刻度尺上1cm之间有10个小格,所以一个小格代表1mm,即刻度尺的分度值为1mm,则题图甲所示的长度为l1=17.50cm;根据平衡条件可知,弹簧弹力F=mg=5.5N,则弹簧劲度系数k=FΔx=5.50.1750-0.1250N/m=110N/m。(2)由力的平行四边形定则作图如图所示,弹簧P的大小与矿泉水瓶重力相等,则α=θ=53°,由几何知识知mgsin53°=k(l2-l0)sin74°,解得l2=18.50cm。4.答案(1)是　否　(2)0.90解析(1)为使绳子的拉力等于小车受到的合力,应平衡摩擦力;由于绳子一端连接能够测绳子拉力的力传感器,绳子的拉力可以直接读出,所以不需要小桶和砂子的总质量远小于小车的质量。(2)图乙中相邻两个计数点之间的时间间隔为t=5T=5f=0.10s,根据Δx=at2可求得小车的加速度a=0.90m/s2。5.答案(1)刻度尺　(2)C　(3)1.22　(4)D解析(1)还需要刻度尺,以测量纸带上计数点间的距离。(2)调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是使橡皮筋对小车做的功,在数值上等于合力对小车做的功,故C正确,A、B、D错误。(3)由纸带上数据可知,CG之间小车做匀速直线运动,速度最大,小车获得的最大速度为vm=CG4T=4×0.02444×0.02m/s=1.22m/s。(4)橡皮筋对小车做的功W与小车的动能关系为W=12mvm2,整理得vm2=2mW,可知vm2与W成正比,故A、B、C错误,D正确。 6.答案(1)15.07(15.05~15.09)　(3)98　(6)0.075　0.078解析(1)刻度尺最小分度为1mm,所以读数为15.07cm。(3)由kx=mg得x=gkm,x-m图像的斜率表示gk,gk=ΔxΔm,代入图中数据解得k=98N/m。(6)时间间隔为T=1f=0.05s,由表格中数据可知小滑块离开弹簧后获得的速度为v=Δx1+Δx2+Δx33T=(37.83cm-32.80cm)+(42.75cm-37.83cm)+(47.80cm-42.75cm)3×0.05s=1.0m/s,则小滑块离开弹簧后获得的动能Ek=12m0v2=12×0.150×12J=0.075J;弹簧的弹性势能为Ep=12kx2=12×98×0.042J=0.078J。7.答案(1)<　(2)1.450　(3)mA1-cosθ=-mA1-cosθ1+mB1-cosθ2解析(1)设碰前A的速度为v0,碰后A、B的速度分别为v1、v2,碰撞过程由动量守恒定律及能量守恒定律分别可得mAv0=mAv1+mBv2、12mAv02=12mAv12+12mBv22,联立解得v1=mA-mBmA+mBv0,由于A碰撞后反弹,故v1<0,可知mA<mB。(2)游标卡尺20分度,第10格对齐,读数为d=14mm+10×0.05mm=14.50mm,故天花板上两悬点间的距离应为1.450cm。