2021届高考物理三轮强化：力学实验（解析版）

2021届高考物理三轮强化：力学实验

1.某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系''的实

图甲图乙图丙

(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持状态。

⑵他通过实验得到如图乙所示的弹力大小厂与弹簧长度工的关系图像。由

此图像可得该弹簧的原长％=cm,劲度系数

k=N/mo

(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的

示数如图丙所示时,该弹簧的长度x=emo

2.用如下的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”。在圆形桌子透明

桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中滑轮1固定在

桌子边，滑轮鸟、《可沿桌边移动。第一次实验中，步骤如下：

A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点。静止；

B.在白纸上描下。点的位置和三根绳子的方向，以。点为起点,作出三拉力的

图示；

C.以绕过£、《绳的两个力为邻边作平行四边形，作出。点为起点的平行四

边形的对角线，量出对角线的长度；

D.检验对角线的长度和绕过《绳拉力的图示的长度是否一样,方向是否在一

条直线上。

A

⑴这次实验中，若一根绳挂的质量为加，另一根绳挂的质量为2%则第三根

绳挂的质量一定大于_________且小于0

（2）第二次实验时，改变滑轮8、6的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平

衡，绳的结点（填“必须”或“不必”）与第一次实验中白纸上描下的

0点重合。实验中，若桌面不水平（填"会”或“不会”）影响实验的

结论。

3.如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”实验的装置，将橡皮条的一

端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套.实

验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使结点

到达某一位置0.

乙

（1）某同学在做该实验时提出如下一些观点，其中不恰当的是

（请填入相应的字母）

A.拉橡皮条的绳细一些且适当长一些，实验效果较好

B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置0时，拉力要适当大些

D.两个弹簧测力计拉力的夹角越大越好

E.测量前应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相

同，应选用示数相同的一对弹簧测力计

F.实验中，用一个弹簧测力计拉橡皮条时，需将结点拉到同一位置。

(2)实验中，用两个弹簧测力计拉橡皮条时，若两个弹簧测力计的读数

均为4.00N,且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，(填

“能”或“不能”)用一个量程为5.00N的弹簧测力计测量出它们的合力.

(3)如图乙所示，保持左右两侧细绳间的夹角为锐角，并保持拉左侧细

绳的测力计的读数不变，而使左侧细绳与竖直方向的夹角。减小，适当调

整右侧弹簧测力计的拉力大小和方向，可使结点保持在。点不变，则右侧

弹簧测力计的示数.(请填入相应的字母)

A.一定变大B.一定不变C.一定变小

4.在做“验证力的平行四边形定则”实验时：

(1)要使每次合力与分力产生相同的效果，必须

A.每次将橡皮条拉到同样的位置B.两弹簧秤的夹角相同

C.每次弹簧秤示数必须相同D.只要一个弹簧秤的读数相同就行

(2)下图所示，是甲乙两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验

时得到的结果，则其中同学实验结果比较符合实验事实.

甲同学乙同学

(3)在该实验中,采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差o

A.两个分力小工间的夹角越大越好

B.两个分力不人的大小在橡皮条的弹性限度内要适当大些

C.拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一细绳方向的两个点要近些

D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌子上，向相反方向拉动,

检查读数是否相同

E.测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行.

5.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图1所示，轻弹

簧放置在倾斜的长木板上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接,

纸带穿过打点计时器并与物块连接晌左推物块使弹簧压缩一段距离，由

静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能.

（1）实验中涉及下列操作步骤：

①松手释放物块；②接通打点计时器电源；③木板一端抬高以平衡摩擦；

④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量.

上述步骤正确的操作顺序是（填序号）.

（2）甲同学在实验时打出的纸带结果如图2所示，请你帮助他分析，最

有可能造成这种结果的原因是.

（3）乙同学在实验中打出的纸带结果如图3所示.打点计时器所用交流电

的频率为50Hz,小车质量为200g,结合纸带所给的数据，可求出在该纸

带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s,相应的弹簧的弹

性势能为J.（结果均保留两位有效数字）

单位:cm5.9式.自“1.5£1.5m.54

图3

6.某同学在家中找到两根一样的轻弹簧尸和0、装有水总质量机=1kg的矿

泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验研究两个互成角度

力的合成规律，同时测出弹簧的劲度系数上其操作如下：

Q

a.将弹簧尸上端固定，让其自然下垂，用刻度尺测出此时弹簧P的长度

4=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。的长度。，如图甲所示，则cm；

c.在细绳和弹簧。的挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢的

拉起弹簧。，使弹簧。偏离竖直方向夹角为60。，测出弹簧。的长度为4

及其轴线与竖直方向夹角为仇如图乙所示；

⑴取重力加速度g=10m/s2,则弹簧。的劲度系数心；

(2)若要研究两个互成角度力的合成规律，心和。需满足的条件是

①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向；

②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔

尖竖直向下拉，直到弹簧秤的示数为某一设定值，将橡皮筋两端的位置标

记为。2,记录弹簧秤的示数尸，测量并记录Q间的距离(即橡

皮筋的长度/)。每次将弹簧秤的示数改变L00N,测出对应的/,部分数

据如下表所示:

F/N01.002.003.004.005.006.007.00

1/cmk11.0012.0013.0014.0015.0016.0017.00

③找出步骤②中产=7.00N时橡皮筋两端的位置，重新标记为。、。(橡皮

筋上端为O,下端为O),此时橡皮筋的拉力记为&X)，；

④在秤钩上涂抹少许润滑油将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示，用两圆珠

笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端到达。点，将两笔尖

的位置标记为/、3,橡皮筋0/段的拉力记为&>A,Q8段的拉力记为

FOB；

⑤根据给出的标度，作出入)4,和的合力尸，如图丙所示。

(1)利用表中数据可得1。=cm。

(2)若测得CM=7.50cm,03=7.50cm,则、OA的大小为N。

(3)通过比较尸与的大小和方向，即可得出实验结论。

8.某同学用如图甲所示的装置研究合力与分力之间是否遵从平行四边形定

则，实验步骤如下：

(1)用图钉把白纸固定在水平的木板上，将橡皮条的一端固定在板上

某点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。

(2)用两个弹簧秤分别拉住两个细绳套，互成角度地施加水平拉力，把

橡条与绳套的结点拉到某一位置Q用铅笔在白纸上描下此位置，记录

图中K为No

(3)用一个弹簧秤拉橡皮条，把橡皮条与绳套的结点拉到—位置，记

录弹簧秤拉力厂的大小和方向。

（4）如图乙，在白纸上已作出尸的图示及鸟的方向，根据图中标度作出行

的图示。

⑸以。4OF,为邻边画平行四边形，作出所夹对角线F，，比较/和F,

如果满足，就可说明合力与分力之间遵从平行四边形定则。

9.2020年12月8日，中尼两国共同宣布了珠穆朗玛峰的最新高度为

海拔8848.86米，此次珠峰高度测量实现了北斗卫星导航系统首次应用、

首次实测珠峰峰顶重力值等多项第一。同时，雪深探测雷达、重力仪、超

长距离测距仪等一大批国产现代测量设备纷纷亮相。重力仪的内部包含了

由弹簧组成的静力平衡系统。

为测量某弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实验装置如下

图（1）图（2）所示，角度传感器与可转动"T”形螺杆相连，“T”形螺

杆上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定

的套杆（图2中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一

端与铁架台底座的固定点相连。

当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时，力传感器会随着

“T”形螺杆旋转而上下平移，弹簧长度也随之发生变化。

（1）已知"T”形螺杆的螺纹间距d=4.0xl0-m,当其旋转300。时，力传

感器在竖直方向移动m.（结果保置2位有效数字）

（2）该探究小组操作步骤如下

①旋转螺杆使初状态弹簧长度大于原长。

②记录初状态力传感器示数外以及角度传感器示数4o

③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数百，

其增加值坐=耳-£,；角度传感器示数用，其增加值△4=4-%。

④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中记录多组"、凶

值：

序号△F（单位：N）\e（单位：°）

10.121499.7

20.247999.9

30.3731500.5

40.4982000.2

50.6232500.6

60.7473000.3

下图已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线。

10203040ae/xioo

⑤用"（单位为度）、d三个量计算弹簧劲度系数k的表达式为

；结合图线算出弹簧的劲度系数八Nmo（结果保留2

位有效数字）

10.实验室中有5根一模一样的弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将

弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号

挂1个钩码，3号挂2个钩码，依此类推，钩码均相同。计算结果保留3

位有效数字。

（1）为了更直观地呈现出弹力大小尸与伸长量的关系，小明以1号弹

簧末端指针中点为原点，做出竖直的y轴及水平的无轴，其中y轴代表

，%轴代表（选填"F”或"△%”）。

甲乙丙

（2）为测量弹簧的伸长量，小明取来一把米尺，竖直放置在地上，米尺

的100cm刻度刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号

弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为

____________cm。

(3)小明更换质量已知的钩码重新进行实验，根据测量的数据做出广△工

图像，如图丙，则这些弹簧的劲度系数为N/mo

本实验能够很直观的呈现出弹力与伸长量的关系，但也存在不足，例如

参考答案

1.答案：(1)竖直(2)4;50⑶10

解析：(1)悬挂重物后,弹簧沿竖直方向伸长，要测量弹簧沿竖直方向上的伸

长量，刻度尺要保持竖直状态。

(2)如果以弹簧长度x为横坐标，弹力大小/为纵坐标，作出FT图像,那么图

像与横轴的截距表示弹簧的原长，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，所以根

据图像可知,该弹簧的原长x°=4cm,劲度系数心竺=50N/m。

Ax

(3)弹簧测力计的示数表示弹力的大小，即尸=3N,所以该弹簧的长度为

F

x=x+—=10cmo

n°k

2.答案：⑴肛3加;⑵不必;不会

解析：(1)若一根绳挂的钩码质量为叫另一根绳挂的钩码质量为2几则两绳

子的拉力分别为件、2叫，两绳子的拉力的合力尸的范围是

\2mg-mg\<F<mg+2mg，即mg4尸43mg，二力的合力为零,则第二根绳挂的钩码质

量在机~3〃?之间，即第三根绳挂的钩码质量一定大于以且小于3日

(2)本实验不是先用一根绳拉结点，然后用两根绳去拉结点，使一根绳拉的作

用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉。点，所以。点的

位置可以改变，若桌面不水平，也不会影响实验的结论.

3.答案：(1)D

(2)不能

(3)C

解析：(1)为了方便且更加准确地确定力的方向，操作时可以使绳细一

些且适当长一些，故A正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应

贴近木板且与木板平面平行，故B正确；橡皮条弹性要好，拉结点到达某

一位置。时，拉力要适当大些，以减小读数误差，故C正确；两个拉力

的夹角过大，合力会过小，量取理论值时相对误差大，故D错误；测量前

应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相同，应选

示数相同的一对弹簧测力计，故E正确；本实验应用的是等效替代法，所

以在实验中用一个弹簧测力计拉橡皮条时，需将结点拉到同一位置。，故

F正确.(2)两力均为4N,且相互垂直，则其合力大小为4&N>5N,合

力超过了弹簧测力计的量程5.00N,故该弹簧测力计无法测出它们的合力

大小.(3)结点保持在。点不变说明左侧弹簧测力计和右侧弹簧测力计的

拉力的合力不变，左侧测力计的示数不变说明左侧细绳中的拉力大小不

变，在左侧细绳与竖直方向的夹角。减小时，由图分析可知右侧弹簧测力

计的示数一定减小，故C正确.

尸y尸

4.答案：(1)A

(2)甲

(3)BDE

5.答案：(1)③④②①

(2)平衡摩擦力不够

(3)0.78;0.061

解析：(1)题述步骤正确的操作顺序是③④②①.(2)由题图2知，纸带

上