2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十六力学实验与创新

专题强化练（十六）力学实验与创新

1.用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示.测量方法正确的是____（选填“图甲”

或“图乙”）.

⑵图中游标卡尺的读数为________mm,螺旋测微器的读数为mm.

解析：（1）用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在外测量爪中，故应选题图中.

⑵游标卡尺的读数为7=52mm+7x}mm=52.35mm；螺旋测微器的读数为d=1.5nim+

49.0X0.01mm=1.990mni.

答案：（】）图甲（2）52.351.990（1.899〜1.991均正确）

2.某实验小组利用如图⑥所示装置验证小铁球在竖直平面内摆动过程中机械能守恒，将力

传感器固定，不可伸长的经绳一端系住小球，另一端连接力传感器，若某次实验记录轻绳拉

力大小随时间的变化如图（b）所示，其中凡是实验中测得的最大拉力值.

|1山|川什洲川川

01020济"小

图（c）

（1）现用游标卡尺测得小球直径如图（c）所示，则小球的直径为cm；

（2）小球由A点静止释放到第一次回到力点的时间为__________（用含有T.的符号表示）；

（3）若测得小球质量为勿,直径为D,轻绳长为/,小球释放的位置月到最低点的高度差为力，

重力加速度为白，小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中，验证该过程小球机械能

守恒的表达式为（用题中给定的字母表示）.

解析：(1)图⑹所示游标卡尺分度值为0.05mm,根据游标卡尺读数规则读数为12mm+

4X0.05nun=12.20mm=l.220cm.

⑵小球由A点静止释放到第一次回到力点的时间为一个周期，即2%.

(3)小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中，由功能关系△区=磔九

y

小球在最低点时，由牛顿第二定律得用一△6=5〃/—0,

验证该过程小球机械能守恒的表达式为

(R-mg)

mgh=-------

答案：(1)1.220(2)2"⑻mgh=二产(/+§

3.某实验小组自制了如图甲所示的装置.，探究物体间相对速度对摩擦因数的影响，弹簧秤

连接着木块，用同步电动机匀速拖动木块前进.

.N

III111111

图乙

(1)在保持粗糙程度等其他因素不变的前提卜，调节变频器的输出频率，以不同速度拉动木

块，待弹簧秤示数稳定时，观察并记录示数.实验小组做了5次实验，得到了表中5组数据,

其中在笫3次实验时，弹簧秤的示数如图乙所示，请你读出弹簧秤的示数并填入相应的位置.

次数调节器输出频率(Hz)测力计的读数(N)

1101.95

2202.02

340—

4502.04

5601.83

(2)对表格中调节器输出频率和测力计读数进行分析可知，物体间动摩擦因数与其相对速度

大小________(选填“无关”或“有关”).

(3)考虑到绳圈半径的变化、绳子收缩速度会随着绕线轮转动而逐渐________(选填“变大”

或“变小”)，这可能导致弹簧秤读数稍微________(选填“大于”或“小于”)木块所受滑

动摩擦力.

解析：(1)由图可读出示数为1.90N.

(2)通过表格数据发现，随着频率的增加I,摩擦力几乎不变或变化微小且没有规律，故物体

间动摩擦因数与其相对速度大小无关.

(3)绳圈半径会一直增大，根据。=3八则绳子收缩速度会增大.绳子收缩速度会增大，由

此说明物体在做加速运动，加速度大于零，根据牛顿第二定律〜〃侬=〃旧，弹簧秤读数会

大于物体受到的摩擦力.

答案：(1)1.90(2)无关(3)变大大于

4.某学习小组开展“探究两个互成角度的共点力与合力的关系”的实验.

(1)在一张白纸上，将橡皮条一端固定，用两根鼠程均为5.00N的弹簧秤将橡皮条与两细绳

的结点拉到某一位置，标记为〃点、再在紧靠每条细绳处标记力、〃两点,并把弹簧科的读

数记录在白纸上，如图所示；

(2)只留下一根弹簧秤，将结点重新拉至。点，这样做的目的是

紧靠细绳处标记C点，并将弹簧秤的读数记录在同一张白纸上，如图所示.

(3)在白纸上取1cm长度表示1.00N,请用刻度尺画好图中三个力的图示，再把两个共点

力与合力连接起来.

(4)由图得到的结论是：.

解析：(2)只留卜.一根弹簧秤，将结点重新拉至。点，使一根弹簧秤的作用效果和两根弹簧

秤的效果相同，这样做的目的是等效替代.(3)如图

(4)由于对角线得到合力的理论值与实验值基本吻合，在误差范围内，两个互成角度的共点

力与合力遵循平行四边形定则.

系统动能增加量△反=J（W+ni）/,v=~

乙I-

代入可得A^=1(；l/+m)(y)2,

由机械能守恒可得mgs=\(.1/4-/ri)r=1(J/+ni)(^)',

乙乙£

得出"2mg

（W+加）产

…2mg,小("+勿)kd

则际77=*'得=2〃，’

病一届dct

⑵根据〃==二，将『=7,3=0代入可得々==，传感器的读数直接得出了拉力凡滑

乙SC乙5C

块在气垫导轨上运动不受摩擦力作用，/就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像

应该是一条通过原点的倾斜的直线，选A.

答案：（DL200权什而©2（偿

⑵袅卜

6.如图所示，某同学把人8两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究力、8弹簧弹力与伸长量

的关系.在/，弹簧下端依次挂上质量为/〃的钩码，静止时指针所指刻度弱、热的数据如表.

钩码个数12•••

A-.j/cm7.758.539.30---

y^/cm16.4518.5220.60•••

钩码个数为2时，弹簧力的伸长量△用=cm,弹簧8的伸长量△XLcm,

两根弹簧弹性势能的增加量A4mg{A照+A焉（选填“=”、"心或“>”）.

解析：口］钩码个数为2时，弹簧力的伸长量

AXi=8.53cm—7.75cm=0.78cm.

［2］弹簧6的伸长量

△x*=18.52cm—16.45cm—0.78cm=1.29cm.

[3]根据系统机械能守恒定律可知两根弹簧的重力势能减少量和钩码减少的重力势能等于弹

簧增加的弹性势能

△£>>/〃❷(△弱+Axj.

答案：0.781.29>

7.一同学用手机测量重力加速度.先拍摄小球自由下落的视频，得到分帧图片，再利用图

片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图所示.

刻度尺心下落中

手机N/的小球

(1)下列主要操作步骤的正确顺序是_______.(填写各步骤前的序号)

①把刻度尺竖直固定在墙上

②打开手机摄像功能，开始摄像

③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置

④捏住小球，从刻度尺旁狰止释放

(2)将小球底部与刻度尺0刻度对齐，由静止释放，用手机连拍其下落过程；手机每隔D.ls

拍摄一张照片，选取连续拍摄的3张照片如图所示，读出第一张和第二张照片中小球底部对

应的刻度分别为78.24cm、122.25cm,读得第三张照片中小球底部对应的刻度为cm.

计算得到当地的重力加速度m/l(保留3位有效数字).

(3)若释放时手不小心给了小球一个向下的初速度，但也仍能用(2)的方法计算当地的重力加

速度，这是因为.

解析：(1)先安装设备，故应先把刻度尺竖直固定在墙上，再把手机固定在三角架上，调整

好手机镜头的位置，实验时要先打开手机摄像功能，开始摄像，然后捏住小球，从刻度尺旁

静止释放，故正确的顺序为①③②④.

(2)刻度尺的分度值为1nn所以要估读到毫米的下一位，则第三张照片中小球底部对应的

刻度为175.98cm.

“可得，当地的重力加速度g=午

根据△h

(1.7598-1.2225)一(1.2225-0.7824)

m/s2=9.72m/sJ.

0.I2

(3)利用△力=名产计算加速度大小与初速度是否为零无美.

答案：(1)①③②④(2)175.989.72(3)利用△力=g/计算加速度大小与初速度是否为

零无关

8.某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验.一根轻绳一端连接固定的

拉力传感器，另•端连接小钢球，如图甲所示.拉起小钢球至某•位置由静止释放，使小钢

球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值乙和最小值2n.改变

小钢球的初始移放位置，重复上述过程.根据测量数据在直角坐标系中绘制的加一禽n图像

是一条直线，如图乙所示.

图乙

(I)若小钢球摆动过程中机械能守恒.则图乙中直线斜率的