2023新教材高考物理二轮专题复习专题强化训练16力学实验

专题强化训练16力学实验1．[2022·山东押题卷]在“研究小球做平抛运动”的实验中：(1)如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明________________________________；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明________________________________．(2)该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，小方格的边长L＝125cm，看到小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则照相机每隔________s曝光一次，小球平抛初速度为v0＝________m/s，到达b点时的瞬时速度大小为vb＝________m/s(g＝10m/s，最后一空的计算结果保留两位有效数字).2．[2022·河北押题卷]小王利用如图甲所示的装置探究弹簧的弹性势能．在粗糙水平桌面上固定好轻质弹簧和光电门，将光电门与数字计时器(图甲中未画出)连接．实验开始时，弹簧在光电门的左侧，且处于原长状态．小滑块与弹簧不拴接，不计空气阻力．(1)用外力将滑块向左缓慢推至滑块上的遮光条(宽度为d)距离光电门为x处，撤去外力，数字计时器记录的遮光条通过光电门的时间为t.滑块通过光电门的速度大小为________．(2)多次改变滑块的质量m，重复(1)中操作，得出多组m与t的值，以eq\f(1,m)为横坐标、eq\f(1,t2)为纵坐标作出的eq\f(1,t2)­eq\f(1,m)图像如图乙所示(图中的a、b均为已知量)，则撤去外力瞬间弹簧的弹性势能Ep＝________；已知当地的重力加速度大小为g，则滑块与桌面间的动摩擦因数μ＝________．3．[2022·北京押题卷]实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与物体受力的关系，保持小车的质量M不变，通过改变槽码的个数来改变小车所受的拉力F，通过处理纸带上打出的点来测量小车的加速度a.(1)如图是某次实验时得到的一条纸带，纸带上相邻两计数点之间的时间间隔为T＝0.10s，由图中数据可计算出小车的加速度大小为________m/s2.(2)小明同学根据实验数据作出了a­F图像，如图所示，该图线斜率的物理意义是____________________________；该图线不通过原点的原因可能是________________________________．(3)小芳同学实验操作规范．作出了a­F图像，随槽码个数的增加，图线上都发生了弯曲，该同学作出的图像最接近如图中的________．(选填“甲”或“乙”)4．某学校新进了一批传感器，小明在老师指导下，在实验室利用传感器探究物体做圆周运动的向心力与物体质量、轨道半径及转速的关系．实验装置如图甲所示．带孔的小滑块套在光滑的水平细杆上．通过细杆与固定在转轴上的拉力传感器相连．小滑块上固定有转速传感器．细杆可绕转轴做匀速圆周运动．小明先保持滑块质量和轨道半径不变来探究向心力与转速的关系．(1)小明采用的实验方法主要是________．(填正确答案标号)A．理想模型法B．控制变量法C．等效替代法(2)若拉力传感器的示数为F，转速传感器的示数为n，小明通过改变转速测量出多组数据，作出了如图乙所示的图像，则小明选取的横坐标可能是________．A．n B．eq\f(1,n)C．eq\r(n) D．n2(3)小明测得滑块做圆周运动的半径为r，若F、r、n均取国际单位，图乙中图线的斜率为k，则滑块的质量可表示为m＝________．5．如图为一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直刻度尺．静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00N；竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示．传感器示数FN(N)6.004.003.001.000指针示数x(cm)14.6015.8118.1919.40(1)补充完整表格中直尺的读数________；(2)在以传感器示数FN为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出FN­x图像，并根据图像求得弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字).6．某同学探究气球在空气中运动时所受空气阻力的大小跟速率的定量关系，所使用的器材有：铁架台、钩码、弹簧测力计、细绳、气球、毫米刻度尺、具有连拍功能的手机．其实验步骤如下：A．测出气球及钩码的总重力GB．吹好气球，用细绳将气球扎紧，另一端系上钩码C．将刻度尺竖直固定在铁架台上，将气球(含钩码)从较高位置释放，使其经过刻度尺附近时能匀速下落D．使用手机连拍功能，拍摄气球匀速运动时的多张照片E．改变所悬挂的钩码质量，重复以上步骤F．记录并处理数据请回答以下问题：(1)某次拍摄的两张照片如图甲、乙所示，可以从中计算出气球下落的位移．图乙中所示位置的读数为________cm.(2)记录每次实验中气球(含钩码)重力G和相邻两次拍摄时间内气球下落的位移l，如下表所示，已知相邻两次拍摄的时间间隔为1s，根据表格数据可以计算出每组实验中气球所受阻力Ff和其匀速运动时的速率v.图丙中已描出了部分数据，请补描第三组的实验数据并绘制出Ff­v关系图像．次数1234567重力G/(×10－2N)4.55.56.57.58.59.510.5位移l/(×10－2m)13.6016.3019.8023.8026.6028.8032.80(3)根据所绘制的图像，可以得到的实验结论为：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.7．[2022·湖南株洲一模]某同学将小车左端与纸带相连，纸带穿过打点计时器，小车通过滑轮用重物牵引，测得小车的加速度为0.72m/s2.将小车左侧的纸带取下，将具有加速度测量功能的智能手机固定在小车上来测量加速度(实验的其他条件不变)，如图甲所示，让重物落下，开始测量小车的加速度，直至小车接触到制动器后结束测量．在智能手机上显示了如图乙所示的画面，图中纵轴为加速度，横轴为时间，且智能手机测量的是以小车的前进方向为正方向的加速度，小车停止前的加速度超过了图表的显示范围．(1)智能手机测得的小车的加速度约为____m/s2(保留2位有效数字).(2)智能手机和打点计时器测得的加速度有明显差异，主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)根据图乙可知小车与制动器碰撞前的速度约为________m/s(保留3位有效数字).8．某学校物理兴趣小组的同学利用身边的实验器材，完成验证动量守恒定律实验．身边的实验器材有刻度尺、天平、秒表、量角器、打点计时器(一套)、装有厚厚一层松软细砂的小车(以下简称“小车”)、铁块、一端带有竖直挡板的长木板、木块、纸带．实验步骤如下：第1步：把长木板带有竖直挡板的一端固定在水平桌面上，把木块垫在木板的左端下方，制成一个斜面，并将实验器材按如图所示方式安装好；把小车放到木板上，将穿过打点计时器的纸带与小车连接．通过左右调整木块位置，直到给小车一个沿木板向下的初速度，小车所连纸带上打出的点间隔均匀．第2步：把小车放到木板上靠近打点计时器的一端，给小车一个沿木板向下的初速度，经过一段时间后把铁块轻轻放到小车里的细砂上．第3步：取下纸带，分别测量纸带上点迹均匀的两部分连续5个点的距离x1和x2，且x1>x2.第4步：重复第2步和第3步，记录x1和x2.请回答下列问题．(1)下列实验器材中必需的是________(选填选项前的字母).A．天平 B．秒表C．刻度尺 D．量角器(2)在坐标纸上，以x1和x2分别为纵、横轴，把记录的数据在坐标纸上描点连线，得到一条斜率为k的过原点的直线．只需满足铁块与小车的质量的比值为________，就能验证小车和铁块沿________方向动量守恒．(3)若铁块从一定高度由静止释放做自由落体运动落到小车上的细砂里，小车和铁块组成的系统沿斜面方向的动量________(填“不守恒”或“守恒”)，小车匀速运动时的动量________(填“大于”“小于”或“等于”)铁块落到细砂里后小车和铁块组成的系统的总动量．专题强化训练16力学实验1．解析：（1）用小锤打击弹性金属片，B球就水平飞出，同时A球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动．因为观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2，可知球1在水平方向上的运动规律与球2相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动．（2）在竖直方向上，根据匀变速直线运动的规律可得Δy＝L＝gT2，得T＝eq\r(\f(L,g))＝eq\f(\r(2),4)s.由公式，可得小球初速度为v0＝eq\f(2L,T)＝eq\f(2.5,\f(\r(2),4))m/s＝5eq\r(2)m/s.b点竖直方向的速度vby＝eq\f(yac,2T)＝eq\f(3L,2T)＝eq\f(15\r(2),4)m/s，所以b点的速度vb＝eq\r(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＋veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(by)))＝8.8m/s.答案：（1）平抛运动竖直方向是自由落体运动平抛运动在水平方向上做匀速直线运动（2）eq\f(\r(2),4)5eq\r(2)8.82．解析：（1）由于通过光电门的时间极短，可以将通过光电门的平均速度看成瞬时速度，为v＝eq\f(d,t).（2）根据动能定理得Ep－μmgx＝eq\f(1,2)mv2代入速度得Ep－μmgx＝eq\f(1,2)meq\f(d2,t2)整理得eq\f(1,t2)＝eq\f(2Ep,d2)·eq\f(1,m)－eq\f(2μgx,d2)则结合图像得－eq\f(2μgx,d2)＝－a，图像的斜率k＝eq\f(a,b)＝eq\f(2Ep,d2)解得μ＝eq\f(ad2,2gx)，Ep＝eq\f(ad2,2b).答案：（1）eq\f(d,t)（2）eq\f(ad2,2b)eq\f(ad2,2gx)3．解析：（1）根据匀变速直线运动的推论，即Δx＝aT2可得a＝eq\f(x24－x02,（2T）2)＝eq\f(8.8×10－2－7.2×10－2,0.202)m/s2＝0.4m/s2（2）根据牛顿第二定律可得F＝ma变形有a＝eq\f(F,m)，可知，该图线斜率的物理意义是小车质量的倒数，当合外力不为零时，加速度为零，则为没有平衡阻力或平衡阻力不足．（3）随着F的增大，不满足M≫m时，此时有mg－F＝ma，F＝Ma解得加速度为a＝eq\f(mg,m＋M)，因此加速度会偏小，a­F图像，最后会略微向下弯曲，故选甲．答案：（1）0.4（2）小车质量的倒数没有平衡阻力或平衡阻力不足（3）甲4．解析：（1）由题意可知，该实验是先保持小滑块质量和半径不变去测量向心力和转速的关系，是先控制一些变量，再研究其中两个物理量之间的关系，是控制变量法，故B正确，A、C错误．（2）根据向心力与转速的关系有F＝mrω2＝4π2mrn2，可知小明选取的横坐标可能是n2，故选D.（3）根据题意有F＝kn2，结合向心力与转速的关系可得m＝eq\f(k,4π2r).答案：（1）B（2）D（3）eq\f(k,4π2r)5．解析：（1）直尺的最小刻度为1mm，根据直尺的读数规则可知，估读到最小刻度的下一位，故读数为12.20cm.（2）根据表格数据做出图像，如图所示由题意可知FN＋F＝mg，则FN＝mg－kΔx，即FN＝mg－k（x－x0），得图像的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，由图像可知k＝eq\f(ΔFN,Δx)＝eq\f(6,0.1940－0.1220)N/m＝83.3N/m.答案：（1）12.20（2）见解析图83.3（82.0～83.8都算正确）6．解析：（1）图乙中所示位置的读数为7.00cm.（2）第三组数据是G＝Ff＝6.5×10－2N时，速度v＝19.80cm/s，则绘制出Ff­v关系图像如图所示（3）根据所绘制的图像可知，图像是过原点的直线，可以得到的实验结论为：在误差允许的范围内，此气球受到的空气阻力跟速率成正比．答案：（1）7.00（2）图见解析（3）在误差允许的范围内，此气球受到的空气阻力跟速率成正比7．解析：（1）由图乙可以读出加速度大约为0.60m/s2.（2）智能手机测得的加速度明显比打点计时器测得的加速度小，原因是小车上放置了智能手机，整体的质量增加，使整体所受的摩擦力增大，整体受到的合外力减小，则整体的加速度减小．（3）从图乙可以看出从2.5s到4.3s小车一直以大小约为0.60m/s2的加速度做匀加速运动，因为a­t图与坐标轴围成的面积表示速度变化量，所以Δv＝aΔt＝0.60×1.8m/s＝1.08m/s，故小车与制动器碰撞前的速度约为1.08m/s.答案：（1）0.60（2）小车上放置了智能手机，整体的质量增加，使整体所受的摩擦力增大，整体受到的合外