高考物理二轮复习精讲精练专题15 力学实验（精练）（原卷版）

专题15力学实验（精练）1．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关。理论与实验都表明k=YSKIPIF1<0，其中Y是由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量。（1）在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是___________A．N

B．m

C．N/m

D．Pa（2）有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用螺旋测微器和刻度尺分别测量它的直径和长度如图（a）和图（b）所示，刻度尺的读数为___________cm，螺旋测微器的读数为___________mm。（3）小华通过实验测得该橡皮筋的一些数据，作出了外力F与伸长量x之间的关系图像如图（c）所示。由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=___________N/m，这种橡皮筋的Y值等于___________（结果保留两位有效数字）。（4）图像中图线发生弯曲的原因是___________。2．某兴趣小组的同学想探究橡皮圈中的张力与橡皮圈的形变量是否符合胡克定律，若符合胡克定律，则进一步测量其劲度系数（圈中张力与整圈形变量之比）。他们设计了图1所示实验:橡皮圈上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，橡皮圈下端悬挂钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应橡皮圈下端P的刻度值x，如下表所示:钩码质量m/g20406080100120P点刻度值x/cm5.535.926.306.677.027.40（1）请在图2中，根据表中所给数据，充分利用坐标纸，作出SKIPIF1<0图像。______（2）作出SKIPIF1<0图像后，同学们展开了讨论。甲同学认为：这条橡皮圈中的张力和橡皮圈的形变量基本符合胡克定律；乙同学认为：图像的斜率k即为橡皮圈的劲度系数；丙同学认为：橡皮圈中的张力并不等于所挂钩码的重力；……请根据图像数据确定:橡皮圈不拉伸时的总周长约为______cm，橡皮圈的劲度系数约为______N/m（重力加速度g取10m/s2，结果保留3位有效数字）。（3）若实验中刻度尺的0刻度略高于橡皮圈上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将______（选填“偏小”、“偏大”或“不受影响”）。3．某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材“验证力的平行四边形定则”，设计的实验装置如图，固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2。（1）实验步骤如下：①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F；②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿150°方向，弹簧测力计的示数为F1；③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′=____________；④比较F1和F1′的大小，在误差允许的范围内，若___________=__________，则初步验证了力的平行四边形定则。（2）现保持绳套1和绳套2方向成150°夹角不变，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，从如图所示的位置将两绳套沿逆时针方向转动30°，绳套2的拉力的变化情况是___________。A．逐渐增大

B．先增大后减小

C．逐渐减小

D．先减小后增大4．为探究“合力与分力的关系”小鲁同学设计了如下实验。如图甲在相距为D的两根竖直杆之间用一根长为L的不可伸长的轻绳连接（打结）一物体C，在绳的两端分别连接两个拉力传感器P和Q，保持P、Q的位置不变，且Q高于P，不计拉力传感器的重力。改变悬挂点C到P点的距离SKIPIF1<0（不相对滑动），测得两传感器的拉力大小随SKIPIF1<0变化图像如下图乙中I、Ⅱ所示，试回答下列问题。（1）C点的轨迹在一个___________上（填“圆”、“抛物线”或“椭圆”）（2）当P、Q传感器读数相等时，绳子与竖直方向夹角的正弦值___________（用绳长L和两杆间距D表示）（3）图线I表示的是___________处传感器的拉力（填“P”或“Q”）（4）根据图像可求得物体的重力为___________（用图中传感器的读数，及绳长L和两杆间距D表示）5．某同学利用如图装置测量小车和智能手机的质量，智能手机可以利用APP直接测量出手机运动时的加速度。悬挂质量为SKIPIF1<0的钩码，用智能手机测出小车运动的加速度SKIPIF1<0；改变钩码的质量SKIPIF1<0，进行多次测量；做出SKIPIF1<0与SKIPIF1<0的图像如图，已知图像中直线的截距为SKIPIF1<0，斜率为SKIPIF1<0。不计空气阻力，重力加速度为SKIPIF1<0。（1）（单选）以下说法正确的是___________；A．钩码的质量应该远小于智能手机和小车的质量B．细绳应该始终与长木板平行C．不悬挂钩码时，应使小车和智能手机匀速沿木板下滑D．细线的拉力等于钩码的重力（2）根据图像可得，小车和手机的质量为____________；（3）再利用手机APP测出斜面倾角为SKIPIF1<0，则小车和智能手机沿木板运动过程中受摩擦力的大小为_______。6．某实验小组在没有天平的情况下，利用下列器材测量小车质量M。器材包括小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为50Hz的交流电源、直尺、5个槽码，每个槽码的质量均为SKIPIF1<0。（1）完成下列实验步骤中的填空：i．按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着5个槽码。改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列___________的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；ii.保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂4个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度a；iii.依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ii；iv.以取下槽码的总个数SKIPIF1<0的倒数SKIPIF1<0为横坐标，SKIPIF1<0为纵坐标，在坐标纸上作出SKIPIF1<0关系图线。（2）已知重力加速度大小SKIPIF1<0，计算结果均保留三位有效数字，完成下列填空：①下列说法正确的有___________；A．接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放B．小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行C．实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量D．若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为4mg②某次实验获得如图乙所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，则在打“4”点时小车的速度大小v4=___________m/s，加速度大小a=___________m/s2；③测得SKIPIF1<0关系图线的斜率为2.50s2/m，则小车质量M=___________kg。7．用图甲装置研究“小车（含拉力传感器）质量一定时，加速度与合外力的关系”，步骤如下：a。细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上，将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，启动电动机，使小车沿长板向下匀速运动，记录此时拉力传感器的示数F0；b。撤去细绳，让小车从P位置由静止开始下滑，设小车受到的合外力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的x—t图像，并求出小车的加速度a；c。改变长板的倾角，重复步骤a、b可得多组F、a数据。完成下列相关实验内容：（1）在步骤a、b中，F______F0（选填“=”“>”或“<”）；（2）本实验______（选填“需要”“不需要”）“补偿”小车所受到的摩擦力；（3）某段时间内小车的x—t图像如图乙，根据图像可得小车的加速度大小为______m/s2（计算结果保留两位有效数字）。8．某物理课外小组利用如图甲所示的装置完成“探究小车的加速度与其所受合外力F之间的关系”实验。（1）请补充完整下列实验步骤的相关内容：①用天平测量砝码盘的质量m0，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，则其读数为________cm；②按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s；③在砝码盘中放入适量的砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等；④取下细线和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；⑤让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB；⑥重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量和长木板的倾角，重复③～⑤步骤。（2）步骤⑤中，小车从光电门A下滑至光电门B的过程中所受合外力为________，小车的加速度为________。（用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g）（3）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________。A．尽量减小两光电门间的距离s

B．尽量增大遮光片的宽度dC．调整滑轮，使细线与长木板平行

D．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量9．某同学利用如图所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。（1）打点计时器使用的电源是_________（选填选项前的字母）。A．交流电源

B．直流电源（2）他用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。具体操作是：把木板垫高后，小车放在木板上，在不挂小桶且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦内和其他阻力的影响。正确平衡摩擦力后，改变小车的质量再次实验，是否需要重新平衡摩擦力？_________（选填选项前的字母）。A．需要

B．不需要（3）实验时保持小桶及砝码的总质量远小于小车的质量，其目的是_________（选填选项前的字母）。A．小车所受的拉力近似等于小桶及砝码的总重力B．保证小车运动的加速度不超过当地重力加速度（4）某同学通过实验得到如图所示的SKIPIF1<0图像，造成这一结果的原因是________。图中SKIPIF1<0表示的是__________时小车的加速度。（5）某同学得到如图所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0。由此可算出小车的加速度SKIPIF1<0_________SKIPIF1<0（保留两位有效数字）。（6）“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在探究加速度a和小车质量M的关系时，由于没有能够始终满足SKIPIF1<0（m为沙桶和沙的总质量）的条件，结果得到的SKIPIF1<0图像应该是下图中的__________。10．为了探究平抛运动规律，实验室用以下实验器材进行实验探究：二维运动传感器、平抛轨道、计算机、数据线、铁架台、重锤线。如图甲所示，二维运动传感器是由小球A和接收器B组成。接收器B每隔0.02s采集一次小球A发射出的定位信号，并将数据发送给计算机进行处理。首先，调节平抛轨道，使轨道末端___________；然后，将小球A从轨道的某高度处由静止释放。计算机接收到的数据如下表所示，并根据数据自动绘出了小球A运动的图甲点迹如图乙所示。x（cm）6.609.0011.4013.8016.2018.6021.00y（cm）0.671.893.505.507.8910.6713.84根据实验数据可知，小球A水平方向的分运动是___________运动，且速度大小为___________m/s；还可计算出小球A的加速度大小为a=___________m/s2；进一步分析可知，图乙中的坐标原点___________（填“是”或“不是”）小球A做平抛运动的起始点。11．我国对儿童玩具枪的弹丸的射出速度有严格要求。实验小组研究某款玩具枪是否符合规定。小组同学使玩具枪从O点射出弹丸，将弹丸离开枪口后的运动看作平抛运动，用照相机拍出弹丸的运动轨迹如图所示。A、B、C是小球平抛轨迹上三个不同时刻对应的位置，OM是水平线，MN是竖直线，OA、OB、OC的延长线与MN交点的间距分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0。已知照片与实际大小的比例为SKIPIF1<0，测得照片中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，A、B、C三点在水平方向的间距SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。（1）照片中的SKIPIF1<0______SKIPIF1<0。（2）若取重力加速度大小SKIPIF1<0，则弹丸从枪口射出的初速度大小为______SKIPIF1<0。（3）为了减小实验误差，请提出一条合理的建议：______。12．某同学用如图所示装置探究验证向心力相关问题，一轻质细线上端固定在力传感器上，下端悬挂一小钢球，钢球静止时刚好位于光电门中央，主要实验步骤如下：（1）用游标卡尺测出钢球直径d=________cm；（2）将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为SKIPIF1<0，用米尺量出线长L；（3）将钢球拉到适当的高度处由静止释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t，力传感器示数的最大值为SKIPIF1<0；已知当地的重力加速度大小为g，请用上述测得的物理量表示：钢球经过光电门时的线速度表达式v=________，向心力表达式SKIPIF1<0________；钢球经过光电门时所受合力的表达式SKIPIF1<0________；比较二者在实验误差允许的范围内是否相等；（4）改变钢球释放高度重复步骤③，可以用控制变量法探究钢球做圆周运动向心力与________的关系。13．某实验小组利用数字实验系统探究圆周运动中向心力与速度、半径的关系。首先让一小球做半径SKIPIF1<0的圆周运动，通过数字系统得到多组向心力SKIPIF1<0和对应的速度SKIPIF1<0，做出SKIPIF1<0的关系图像如图甲所示。（1）通过分析图甲的图线特点，为了更直观地分析SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的关系，可考虑做______关系图像来探究。（2）将小球做圆周运动的半径SKIPIF1<0分别调整为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，在一个坐标系中又得到两条SKIPIF1<0图线，如图乙所示。根据乙图中信息，可以得到SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的关系结论是______，得出该结论的依据是______。14．某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，装有遮光条的滑块放置在气垫导轨上，细线绕过固定在导轨右端的定滑轮，一端与滑块连接、另一端悬吊钩码。（1）图甲所示装置可验证___________的机械能守恒。A．钩码

B．滑块

C．滑块和遮光条

D．钩码、滑块和遮光条（2）在实验中用游标卡尺测出遮光条的宽度d，读数如图乙所示，则遮光条的宽度SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0。（3）某同学测出滑块上遮光条到光电门的距离x，接通气源，释放滑块，记录滑块通过光电门时遮光条遮光时间t；保持滑块开始滑动时的位置不变，改变光电门的位置，测出多组对应的x与t的数值；经过计算发现系统动能的增加量均小于钩码重力势能的减少量，其原因可能是()A．钩码质量太大

B．气垫导轨未完全调水平，左端高于右端

C．系统受到空气阻力15．某同学利用DIS验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。保持摆锤释放器在P点位置不变，由静止释放摆锤，分别利用传感器（图中未画出）测出摆锤经过A、B、C、D四个位置的挡光时间t。已知摆锤的直径SKIPIF1<0，质量SKIPIF1<0。取D所在水平面为零势能面，A、B、C三点相对于零势能面的高度如图所示，实验获取的数据如下表：位置SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0A150.0078261.022B100.0055981.429C50.004607▲D00.0039982.001（1）本实验使用的是__________传感器。（2）表格中“▲”所代表的物理量的值为__________SKIPIF1<0。（3）实验中该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则他经过计算机获得的速度数据与真实值比，__________。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）（4）该同学认为，如果分析t与h的关系，也能验证机械能守恒定律。所以该同学将数据进一步处理，作出“SKIPIF1<0”图，图线如图所示。根据图线和相关数据，可以推算出小摆锤的机械能SKIPIF1<0__________J（保留到小数点后第3位）。若该图线的斜率绝对值为k，事后另一个同学再次重复进行实验，并将释放点抬高，并保持不变，测出了新的四组数据重新作图，图线的斜率绝对值为SKIPIF1<0。则k_____SKIPIF1<0（选填“>”、“=”或“<”）。16．某研究性学习小组用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，不可伸长的细线一端栓一个金属小球，另一端连接固定在铁架台上的拉力传感器，传感器可记录小球在摆动过程中细线拉力的大小。将小球拉至图示位置，由静止释放小球，发现细线拉力在小球摆动的过程中作周期性变化如图乙所示，拉力的最大值为F1、拉力的最小值为F2。（1）用螺旋测微器测量金属小球的直径如图丙所示，读数为__________mm。（2）为了验证机械能守恒定律，下列给出的选项中，该小组不需要测出的物理量是__________（填选项前的字母序号）A．细线的长度LB．小球的质量mC．当地的重力加速度g（3）小球从静止释放到运动到最低点过程中，满足机械能守恒的关系式为__________（用上述测定的物理量符号表示）。17．某小组同学用如图1所示的DIS二维运动实验系统研究单摆在运动过程中机械能的转化和守恒（忽略空气阻力）。实验时，使发射器（相当于摆球）偏离平衡位置后由静止释放，使其在竖直平面内摆动。-（1）系统每隔0.02s记录一次发射器的位置，多次往复运动后，在计算机屏幕上得到的发射器在竖直平面内的运动轨迹如图2所示。由A运动到B的过程中，摆球的速度______，绳上的拉力______。（填“增大”、“减小”、“不变”）（2）在运动轨迹上选取适当区域后。点击“计算数据”，系统即可计算出摆球在所选区域内各点的重力势能、动能及总机械能，并绘出对应的图线，如图3所示。通过图像可以判断摆球的机械能是否守恒。______A．守恒

B．不守恒（3）摆球摆到最高点的竖直高度为H，图3中的C点对应在图2中圆弧轨迹中的位置距摆球最低点的高度为______。18．某同学用如图甲所示装置验证动量守恒定律。已知入射小球质量为m1，被碰小球质量为m2，记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O。（1）关于实验要点，下列说法正确的是___________。A．两球大小可以不同

B．两球必须是弹性小球C．斜槽可以不光滑

D．斜槽末端必须水平（2）不放被碰小球，让入射小球从斜槽上紧靠挡板由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置P；把被碰小球放在斜槽前端边缘位置，让入射小球从斜槽上紧靠挡板由静止滚下，使入射球与被碰球碰撞，重复多次，分别标出入射小球与被碰小球落点的平均位置M、N；用刻度尺分别测量M、P、N离O点的距离分别为L1、L2、L3，则表达式___________成立，动量守恒定律得到验证。若L1+L2=L3，则说明___________。（3）若小球质量m1和m2未知，用图甲和图乙相结合的方法也能验证动量守恒。在水平槽末端与水平地面间放置一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接，如图乙所示，重复上述实验，得到两球落在斜面上的平均落点为M′、P′、N′用刻度尺测量斜槽末端到M′、P′、N′三点的距离分别为l1、l2、l3、则当l1、l2、l3与L1、L2、L3之间满足关系式___________时，说明小球碰撞过程动量守恒。19．某同学用气垫导轨装置验证动量守恒定律，如图所示。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连。两个滑块A、B（包含挡光片）质量分别为m1、m2，当它们通过光电门时，计时器可测得挡光片被遮挡的时间。（1）先调节气垫导轨水平，经过调整后，轻推一下B，若它通过光电门G1的时间___________（填“大于”、“等于”、“小于”）它通过光电门G2的时间，或将其轻放在气垫导轨上任何位置都能静止，则气垫导轨已调至水平。（2）将B静置于两光电门之间，将A置于光电门G1右侧，用手轻推一下A，使其向左运动，与B发生碰撞，为了使A碰后不返回，则m1___________m2.（填“>”、“=”或“＜”）；（3）光电门G1记录的挡光时间为Δt1，滑块B、A先后通过光电门时，G2记录的挡光时间分别为Δt2、Δt3，为了减小误差，挡光片的宽度应选择___________（填“窄”或者“宽”）的，若m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3满足___________（写出关系式）则可验证动量守恒定律；（4）若Δt1、Δt2、Δt3满足关系式SKIPIF1<0，则A、B发生的是否是弹性碰撞，并通过计算说明。__________________20．为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。（1）由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置在___________。①P5、P6之间②P6处③P6、P7之间（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是___________。①A、B两个滑块的质量m1和m2②滑块A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期④照片尺寸和实际尺寸的比例⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式___________。（3）请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：_________________。21．小明和小海约定周末在家里各自找器材测定当地的重力加速度。（1）小明同学用手机拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示。小明从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度尺如图乙所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为SKIPIF1<0，刻度尺的