2023版高考物理二轮复习重点讲练专题八力学实验课时作业

PAGEPAGE2专题八力学实验一、实验题(共14个小题，1－10每题6分，共60分，11－14每题10分共40分，总分值100分)1．(2022·济南二模)游标为20分度(测量值可准确到0.05mm)的卡尺示数如下图，两测脚间狭缝的宽度为________mm.答案0.15解析游标卡尺的主尺读数为0mm，游标读数为0.05×3＝0.15mm，所以最终读数为：0mm＋0.15命题立意此题旨在考查游标卡尺的使用2．(2022·天津)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．①实验中必要的措施是________．A．细线必须与长木板平行 B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量 D．平衡小车与长木板间的摩擦力②他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的局部计数点如下图(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm.那么小车的加速度a＝________m/s2(答案①AB②0.800.40解析①实验时，细线必须与长木板平行，以减小实验的误差，选项A正确；实验时要先接通电源再释放小车，选项B正确；此实验中没必要使小车的质量远大于钩码的质量，选项C错误；此实验中不需平衡小车与长木板间的摩擦力，选项D错误．②两相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s；由逐差法可得a＝eq\f(s6＋s5＋s4－s3－s2－s1,9T2)＝0.80m/s2，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s.考点定位研究小车的匀变速直线运动实验名师点睛此题是一道考查研究小车的匀变速直线运动的常规实验题；注意不要把此实验与验证牛顿第二定律的实验相混淆；在验证牛顿第二定律的实验中，要求小车的质量远大于钩码的质量和平衡小车与长木板间的摩擦力，但在此实验中是不必要的；此题考查学生对力学根本实验的掌握情况．3．(2022·盐城1月检测)某实验小组为探究加速度与力之间的关系设计了如图(a)所示的实验装置，用钩码所受重力作为小车所受的拉力，用DIS(数字化信息系统)测小车的加速度．通过改变钩码的数量，屡次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图(b)所示．(1)图线________是在轨道水平的情况下得到的．(选填“①〞或“②〞)(2)小车和位移传感器发射局部的总质量为________kg，小车在水平轨道上运动时受到的摩擦力大小为________N.答案(1)②(2)0.51解析(1)轨道水平时一定受到摩擦力．②为未平衡摩擦力时的图线，所以②为轨道水平时的图线．(2)当木板水平时，由牛顿第二定律，可知a＝eq\f(F,m)－μg，图线②与a轴的交点表示－μg，所以μg＝2；图线与F轴的交点等于μmg，摩擦力大小为1N，小车和位移传感器发射局部的总质量m＝0.5kg.考点定位此题旨在考查探究小车速度随时间变化的规律．4．(2022·福建)(1)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞的实验．①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm，图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，以下选项中标准的做法是________；(填选项前的字母)A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________．答案6.93cmA解析由乙图知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长14.66－7.73＝6.93cm；假设随意增减砝码，会作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码；由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系5．(2022·济南市5月模拟)为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用DIS设计了一个实验，装置如图甲所示，图中A为电磁铁，B为光电门．有一直径为d、质量为m的金属小球通过电磁铁从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t单位是毫秒．当地的重力加速度为g取9.8m/s2，(1)用螺旋测微器测得小球的直径如图乙所示，那么d＝________m.(2)屡次改变高度H，重复上述实验，作出eq\f(1,t2)－H的变化图像如图丙所示，该图线斜率的理论值k＝________(ms)－2·m－1.(保存2位有效数字)(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，可能的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________(任意答出一条原因即可)．答案(1)4.700×10－3(2)0.89(3)由于该过程中有阻力做功或者测量H时测量值偏大解析(1)游标卡尺的读数为d＝4.5mm＋20.0×0.01mm＝4.700mm；(2)假设减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒；那么有：mgH＝eq\f(1,2)mv2；即：2gH＝(eq\f(d,t))2，解得：eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)H，结合图像，那么有：k＝eq\f(2g,d2)＝0.89(ms)－2·m－1；(3)由于该过程中有阻力做功或者测量H时测量值偏大．考点定位验证机械能守恒定律实验名师点睛此题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的根本原理才能正确求解．6．(2022·揭阳市5月二模)某实验小组利用如图甲所示的实验装置测量小物块与水平面之间的动摩擦因数μ.粗糙曲面AB固定在水平面上，其与水平面相切于B点，P为光电计时器的光电门，实验时将带有遮光条的小物块m从曲面AB上的某点自由释放，小物块通过光电门P后停在水平面上某点C.当地重力加速度为g.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数d＝________cm；(2)为了测量动摩擦因数，除遮光条宽度d及数字计时器显示的时间t，还需要测量的物理量是________(要写出该物理量的名称和符号)，动摩擦因数μ＝________(用上面的量表示)．答案(1)0.375(2)光电门与C点之间的距离seq\f(d2,2gst2)解析(1)由图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为0.3cm，游标尺示数为15×0.05mm＝0.075cm，游标卡尺读数d＝0.3cm＋0.075cm＝0.375cm；(2)物块通过光电门时的速度v＝eq\f(d,t)，然后物块在水平面上做匀减速直线运动，由动能定理得：－μmgs＝0－eq\f(1,2)mv2，解得：μ＝eq\f(d2,2gst2)，由此可知，要测动摩擦因数，除d与t外，还需要测量光电门与C点间的距离s.考点定位测量小物块与水平面之间的动摩擦因数名师点睛此题考查了测量小物块与水平面之间的动摩擦因数，关键是搞清实验的原理，知道数据处理的方法；游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺的示数，游标卡尺不需要估读，对游标卡尺读数时，要注意游标尺的精度．7．(2022·开封市5月质检)传感器是一种将非电学量转换成电信号的检测装置．它是实现自动检测和自动控制的首要环节．某物理课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的动能定理．如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力F；用位移传感器测出小车的位移s和瞬时速度v.小车质量为200g(1)某次实验得出拉力F随位移s变化规律如图乙所示，速度v随位移s变化规律如图丙所示．利用所得的F－s图像，求出s＝0.30m到0.52m过程中力F做功W＝________J，此过程动能的变化ΔEk＝________(2)以下情况中可减小实验误差的操作是________．(填选项前的字母，可能不止一个选项)A．使拉力F要远小于小车的重力 B．实验时要先平衡摩擦力C．要使细绳与滑板外表平行答案(1)0.180.17(2)BC解析(1)根据F－s图像可知，当s1＝0.30m时，F1＝100N，当s2＝0.52m时，F2＝0.57因此，W＝eq\f(F1＋F2,2)(s2－s1)＝0.18J，速度v随位移s变化图像可知：s1＝0.30m，v1＝0，s2＝0.52m时，v2＝1.25m/s，ΔEk＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12＝0.17J.(2)该实验中不是利用悬挂的重物的重力表示绳子的拉力，而是直接测量出绳子的拉力，因此不需要使拉力F远小于小车的重力，故A项错误；当平衡了摩擦力和细绳与滑板外表平行时，绳子上的拉力才等于小车所受合外力，故B、C项正确．考点定位探究影响摩擦力的大小的因素．名师点睛该实验在原来的根底上有所改良和创新，只要明确了其实验原理，正确应用根本物理知识即可正确解答．8．(2022·北京西城区二模)图甲所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系〞的实验装置示意图．(1)下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺．除以上器材外，还需要的实验器材有：__________．A．秒表 B．天平(附砝码)C．低压交流电源 D．低压直流电源(2)实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器．把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________运动．(3)实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是__________．这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变．(4)如图乙所示，A、B、C为三个相邻的计数点，假设相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，B、C间的距离为x2，那么小车的加速度a＝________．T＝0.10s，x1＝5.90cm，x2＝6.46cm，那么a＝________(5)在做实验时，该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其他阻力．在处理数据时，他以小车的加速度的倒数eq\f(1,a)为纵轴，以小车和车上砝码的总质量M为横轴，描绘出eq\f(1,a)－M图像，图丙中能够正确反映eq\f(1,a)－M关系的示意图是__________．答案(1)BC(2)匀速直线(3)M≫m(4)eq\f(x2－x1,T2)、0.56(5)C解析(1)本实验还需要天平来测量小车和砝码、砂和砂桶的质量；由于选用的是电磁打点计时器，所以还需要低压交流电源，应选BC项；(2)实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，所以需把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动；(3)设绳子上拉力为F，以整体为研究对象有mg＝(m＋M)a，解得a＝eq\f(mg,m＋M)，以M为研究对象有绳子的拉力F＝Ma＝eq\f(Mmg,m＋M)，显然要有F＝mg必有m＋M＝M，故有M≫m，即只有M≫m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力．所以为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量；(4)由Δx＝aT2，得a＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(x2－x1,T2)，代入数据，解得a＝eq\f(x2－x1,T2)＝eq\f(0.0646－0.0590,0.102)m/s2＝0.56m/s2(5)该同学已补偿了打点计时器对小车的阻力及其他阻力，在处理数据时，他以小车的加速度的倒数eq\f(1,a)为纵轴，以M为横轴，随质量增大，eq\f(1,a)减小，应选C项．考点定位此题旨在考查验证牛顿第二定律9．(2022·吉林三模)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b＝________mm.(2)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________．(3)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，假