2025年高考二轮复习物理专题分层突破练16　力学实验4

专题分层突破练16力学实验1.(10分)(2023浙江1月选考)“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。(1)采用的实验方法是。

A.控制变量法B.等效法C.模拟法(2)在小球质量和转动半径相同的情况下,逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的(选填“线速度大小”“角速度二次方”或“周期二次方”)之比;在加速转动手柄过程中,左右标尺露出红白相间等分标记的比值(选填“不变”“变大”或“变小”)。

答案(1)A(2)角速度二次方不变解析(1)本实验先控制其他几个因素不变,集中研究其中一个因素变化所产生的影响,采用的实验方法是控制变量法。(2)标尺上露出的红白相间的等分格数之比为两个小球所受向心力的比值,根据F=mrω2可知,比值等于两小球的角速度二次方之比。小球质量和转动半径相同的情况下,由于两球线速度相同,根据ω=vR可知两球角速度相同;又根据F=mrω2可知,向心力之比为1∶1,逐渐加大手柄的转速,2.(10分)(2024山东枣庄一模)某同学使用单摆测量当地的重力加速度,实验装置如图甲所示。O点为单摆的悬点,将摆球拉到A点,由静止释放摆球,B点为其运动过程中的最低位置。(1)若使用光电计时器精确测量单摆的周期,光电门应放在(选填“A”或“B”)处与球心等高的位置,测得光电计时器相邻两次遮挡时间间隔为t,则单摆的周期为。(2)改变摆长重复操作,记录多组摆长L和周期T的数据,作出LT2图像,如图乙所示。求得重力加速度的表达式为(用L1、L2、T1、T2表示)。

答案(1)B2t(2)g=4解析(1)摆球经过B时速度最大,通过光电门的时间最短,测量误差小,故光电门应放在B处;摆球一周内两次经过平衡位置,则单摆的周期为T=2t。(2)根据单摆周期公式T=2πLg,整理得L=gT24π2,图像的斜率为k=3.(10分)(2022浙江1月选考)在“研究平抛运动”实验中,以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O,建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处由静止释放,使其水平抛出,通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹,如图所示。在轨迹上取一点A,读取其坐标(x0,y0)。(1)下列说法正确的是。

A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据(2)根据题目所给信息,小球做平抛运动的初速度大小v0=。

A.2gh B.C.x0g2h D.x(3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是。答案(1)C(2)D(3)确保多次运动的轨迹相同解析(1)只要保证小球每次从同一位置由静止释放,到达斜槽末端的速度大小都相同,与实验所用斜槽是否光滑无关,A错误;画轨迹时应舍去误差较大的点,把误差小的点用平滑的曲线连接起来,B错误;求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据,便于减小读数产生的偶然误差,C正确。(2)坐标原点O为抛出点,由平抛规律有x0=v0t,y0=12gt2,联立解得平抛运动的初速度为v0=x0g2y0(3)小球多次从斜槽上同一位置由静止释放是为了保证到达斜槽末端的速度大小都相同,从而能确保多次运动的轨迹相同。4.(10分)(2024山东聊城二模)某小组利用气垫导轨装置研究力与速度的关系。如图甲所示,遮光条宽度为d,光电门可测出其挡光时间;滑块与遮光条的总质量为m0,砝码盘的质量忽略不计,不计滑轮和导轨摩擦。实验步骤如下:①调节气垫导轨使其水平,并取4个质量均为m的砝码放在滑块上;甲乙②用细绳连接砝码盘与滑块,让滑块静止放在导轨右侧的某一位置;③从滑块上取出一个砝码放在砝码盘中,释放滑块后,测出遮光条经过光电门的挡光时间Δt;④再从滑块上取出一个砝码放在砝码盘中,重复步骤③,并保证滑块从同一位置由静止释放;⑤重复步骤④,直至滑块上的砝码全部放入砝码盘中。请回答下列问题:(1)若用10分度的游标卡尺测量遮光条宽度d如图乙所示,则d=mm。

(2)滑块经过光电门时的速度v=(用题中所给的字母表示)。

(3)在本次实验过程中,砝码盘中放1个砝码与放4个砝码两种情况下,不考虑偶然误差,遮光条经过光电门时的速度之比v1∶v2=。

答案(1)5.2(2)dΔt(3)1解析(1)10分度游标卡尺的精确值为0.1mm,由图乙可知遮光条宽度为d=5mm+2×0.1mm=5.2mm。(2)释放滑块后,测出遮光条经过光电门的挡光时间Δt,由于挡光时间很短,可认为挡光过程的平均速度等于滑块经过光电门时的速度,则有v=dΔ(3)在本次实验过程中,砝码盘中放1个砝码与放4个砝码两种情况下,可认为滑块受到的合力之比为F1∶F2=1∶4,根据牛顿第二定律可知两种情况下滑块的加速度之比为a1∶a2=F1∶F2=1∶4,根据运动学公式v2=2ax,可知遮光条经过光电门时的速度之比为v1∶v2=a1∶a2=5.(10分)(2024山东潍坊一模)某同学利用如图所示装置探究滑块与长木板间的动摩擦因数。实验过程如下:①长木板水平固定,将弹簧左端固定在挡板P上,弹簧右端与滑块不连接,当弹簧处于原长时,与弹簧右端接触的滑块中心位于O点,O点右侧放一相同的木板,与左侧木板上表面平齐水平对接,如图甲所示;②用滑块压缩弹簧到A点,用刻度尺测量出AO间的距离x;释放滑块,记录其在右侧木板上停止时的位置B,测出OB间的距离L1;③如图乙所示,拆去O点右侧的木板,在O点下方挂上重锤,再次用滑块将弹簧压缩到A点无初速释放,记录其落到水平地面的位置C,测出O点到地面的竖直高度h,及落地点C到O点的水平距离L2;④查得当地重力加速度为g。请回答下列问题:(1)滑块从O点滑离时的初速度大小为,滑块与长木板间的动摩擦因数μ=(用所测物理量符号表示)。

(2)若测得滑块质量为m,则释放滑块时弹簧的弹性势能Ep=(用所测物理量的符号表示)。

答案(1)L2g(2)mgL224解析(1)根据题意可知,拆去O点右侧的木板,滑块从O点飞出做平抛运动,竖直方向上有h=12gt2,水平方向上有L2=v0t,解得v0=L2g2h;滑块由O点到B点,由动能定理有μmgL1=012mv(2)滑块由A点到O点,由能量守恒定律可得,释放滑块时弹簧的弹性势能Ep=μmgx+12mv026.(10分)(2024新课标卷)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上,轨道末端水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后落在木板上;重复多次,测出落点的平均位置P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q处由静止释放,两球碰撞后均落在木板上;重复多次,分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。完成下列填空:(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma(选填“>”或“<”)mb。

(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式,则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中,用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度,依据是

。

答案(1)>(2)maxP=maxM+mbxN从同一高度做平抛运动的两个小球,运动时间相同,水平位移可