2020年高三物理第二轮专题练习之力学实验(新人教)

2020年高三物理第二轮专题练习之力学实验(新人教)

力学实验 ‎1.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。下列表述正确的是 ‎ A．a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的大 C．a的劲度系数比b的小 D．测得的弹力与弹簧的长度成正比 ‎2.“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图8所示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是 A．实验时应先放开纸带再接通电源 ‎ B．（S6一S1）等于（S2一S1）的6倍 C．从纸带可求出计数点B对应的速率 D．相邻两个计数点间的时间间隔为0．02s ‎ ‎x ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎22.5‎ ‎30.0‎ ‎37.5‎ ‎45.0‎ ‎52.5‎ y/mm ‎60.0‎ ‎3.做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率为50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带段粘贴在直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s2（保留两位有效数字）。 ‎ ‎4.某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间。‎ - 9 -‎ 实验步骤如下：‎ ‎①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块的质量m；‎ ‎②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；‎ ‎③将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间t1‎ ‎④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；‎ ‎⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值；‎ ‎⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做出f-关系曲线。‎ ‎（1）用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：‎ ‎①斜面倾角的余弦= ；‎ ‎②滑块通过光电门时的速度v= ；‎ ‎③滑块运动时的加速度a= ；‎ ‎④滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ；‎ ‎（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读得d= 。‎ A C O D P E B ‎5.伽利略通过研究自由落体和物块沿光滑斜面的运动，首次发现了匀加速运动规律。伽利略假设物块沿斜面运动与物块自由下落遵从同样的法则，他在斜面上用刻度表示物块滑下的路程，并测出物块通过相应路程的时间，然后用图线表示整个运动过程，如图所示。图中OA表示测得的时间，矩形OAED的面积表示该时间内物块经过的路程，则图中OD的长度表示 。P为DE的中点，连接OP且延长交AE的延长线于B，则AB的长度表示 。‎ ‎6.如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。‎ ‎（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。‎ - 9 -‎ ‎（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。‎ ‎①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。‎ ‎②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 打点计时器 图1‎ ‎7.一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图1所示。图2是打出的纸带的一段。‎ ‎⑴已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图2给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_________。‎ ‎⑵为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有 。用测得的量及加速度a表示小车在下滑过程中所受的阻力计算式为f =_________ 。‎ ‎ 图2‎ ‎（单位：cm）‎ ‎5.12‎ ‎5.74‎ ‎6.41‎ ‎7.05‎ ‎7.68‎ ‎8.33‎ ‎9.61‎ ‎8.95‎ ‎10.26‎ ‎ ‎ ‎8.实验装置如图1所示：一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，图2给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，试根据给出的数据，求木块与木板间的摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g=10m/s2）‎ 打点计时器 纸带 图1‎ 纸带运动方向 ‎7.72 7.21 6.71 6.25 5.76 5.29 4.81 4.31‎ 图2‎ 单位：cm ‎9.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。‎ ‎（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2.（结果保留两位有效数字）‎ - 9 -‎ ‎（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：‎ 砝码盘中砝码总重力F(N)‎ ‎0.196‎ ‎0.392‎ ‎0.588‎ ‎0.784‎ ‎0.980‎ 加速度a（m·s-2）‎ ‎0.69‎ ‎1.18‎ ‎1.66‎ ‎2.18‎ ‎2.70‎ 请根据实验数据作出a-F的关系图像.‎ ‎（3）根据提供的试验数据作出的-F图线不通过原点，请说明主要原因。‎ ‎10.科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与其运动速度关系”的探究过程如下：‎ A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关。‎ B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声波测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。‎ C．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入下表中，图（a）是对应的位移-时间图线。然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度-时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示。‎ D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。‎ 回答下列提问：‎ - 9 -‎ ‎⑴与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是___________，___________。‎ ‎⑵图（a）中的AB段反映了运动物体在做_________运动，表中X处的值为_________。‎ ‎⑶图（b）中各条图线具有共同特点：“小纸杯”在下落开始阶段做_______运动，最后“小纸杯”做______运动。‎ ‎⑷比较图（b）中的1和5，指出在1.0~1.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：_________________________________________________________________。‎ 时间（s）‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎1.0‎ s(m)‎ t(s)‎ ‎0 0.5 1.0 1.5‎ ‎2.0‎ A B 图（a）‎ v(m/s)‎ t(s)‎ ‎0 0.5 1.0 1.5‎ 图（b）‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎1‎ 下落距离（m）‎ ‎0.0‎ ‎0.000‎ ‎0.4‎ ‎0.036‎ ‎0.8‎ ‎0.469‎ ‎1.2‎ ‎0.957‎ ‎1.6‎ ‎1.447‎ ‎2.0‎ X ‎11.如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_________。‎ ‎①物块的质量m1、m2；‎ ‎②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；‎ ‎③物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间；‎ ‎④绳子的长度。‎ ‎（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：‎ ‎①绳的质量要轻；‎ ‎②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；‎ ‎③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；‎ - 9 -‎ ‎④两个物块的质量之差要尽可能小。‎ 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。‎ ‎（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：______________________________________________________________________________。‎ ‎12.一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动。盘边缘上固定一竖直的挡光片。盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1 所示。图2为光电数字计时器的示意图。光源A中射出的光可照到B中的接收器上。若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间。‎ 挡光片的宽度用螺旋测微器测得，结果如图3所示。圆盘直径用游标卡尺测得，结果如图4所示。由图可知，‎ ‎（l）挡光片的宽度为_____________mm。‎ ‎（2）圆盘的直径为_______________cm。‎ ‎（3）若光电数字计时器所显示的时间为50.0 ms，则圆盘转动的角速度为_______弧度/秒（保留3位有效数字）。 ‎ - 9 -‎ 答案及解析 ‎1.【答案】B ‎【解析】图象中的斜率表示劲度系数，可知a的劲度系数比b的大，B正确；与的截据表示原长则a的原长比b的短，A错。‎ ‎2.【答案】C ‎【解析】在“研究匀变速直线运动”的实验中，实验时应先接通电源再放开纸带，A错。根据相等的时间间隔内通过的位移有，可知(S6一S1)等于(S2一S1)的5倍，B错。根据B点为A与C的中间时刻点有，C对；由于相邻的计数点之间还有4个点没有画出,所以时间间隔为0.1s，D错。‎ ‎3.【答案】‎ ‎【解析】由题意可得，每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车的位移，由图示数据可得，而相隔时间为T＝0.02×5s＝0.1s，根据，可得小车的加速度为：。‎ ‎4.【答案】（1）①；②；③；④；‎ ‎（2）3.62cm ‎【解析】(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示① ；根据三角形关系可得到,②根据③根据运动学公式,有,即有；④根据牛顿第二定律,则有；‎ ‎(2) 在游标卡尺中，主尺上是3.6cm，在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是10分度，所以读数为3.6cm+0.1×1mm=3.61cm或者3.62cm也对。‎ ‎5.【答案】OA时间段的平均速度；A时刻的瞬时速度。‎ ‎【解析】一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心的水平轴转动。用下面的方法测量它匀速转动时的角速度。‎ ‎6.【答案】‎ - 9 -‎ ‎（1）小车的总质量，小车所受外力，‎ ‎（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比，②C，‎ ‎【解析】（1）因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力；（2）由于OA段a-F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：得，而实际上，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>>m造成的。‎ ‎7.【解析】⑴4.00m/s2（3分，3.90～4.10 m/s2之间都正确）‎ ‎⑵小车质量m、斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h；‎ ‎8.【解析】由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移分别是：s1=7.72cm，s2=7.21cm，s3=6.71cm，s4=6.25cm，s5=5.76cm，s6=5.29cm，s7=4.81cm，s8=4.31cm 以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有 ‎，又知T=0.04s，解得a=－3.0m/s2。重物落地后木块只受摩擦力的作用，根据牛顿第二定律有：‎ ‎－μmg=ma，解得μ=0.30。‎ ‎9.【答案】（1）0.16 （0.15也算对） ；（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。‎ ‎【解析】（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式，关键弄清公式中各个量的物理意义，为连续相等时间内的位移差，t为连需相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两点的时间间隔为t=0.1s，（3.68-3.52）m，带入可得加速度=0.16m/s2。也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度=0.15m/s2.‎ ‎（2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜。由此确定F的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适。设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。如图所示。‎ - 9 -‎ ‎（3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。与纵坐标相交而不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。‎ ‎10.【解析】⑴作出假设、搜集证据 ⑵匀速运动，1.937 ⑶加速度逐渐减小的加速运动，匀速运动 ⑷图线1反映速度不随时间变化，图线5反映速度随时间继续增大（图线1反映纸杯做匀速运动，图线5反映纸杯依然做加速度减小的加速运动）。‎ ‎11.【答案】 （1）①②或①③；（2）①③；（3）例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”， “选取受力后相对伸长尽量小的绳子”等等。‎ ‎【解析】（1）通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，既验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间。（2）如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物体的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应相当。（3）多次取平均值可减少测量误差，绳子伸长量尽量小，可减少测量的高度的准确度。‎ ‎12.【解析】由螺旋测微器与游标卡尺的读数规则可得两者的读数．mm，mm=24.220cm．‎ 圆盘转动的角速度为，而，综合两式并代入数据可得：rad/s． ‎ - 9 -‎