2022年高考物理二轮复习高频考点专项训练---力学试验（解析版）

2020年高考物理二轮复习高频考点专项训练---力学试验1.(2019·贵州贵阳市一模)如图所示，为探究“质量一定时，物体的加速度与所受合外力的关系”的实验装置．　　　　　　　某同学的实验步骤如下：①用天平测量并记录滑块和拉力传感器的总质量M；②调整长木板和滑轮，使长木板水平，细线与长木板平行；③在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放滑块，记录拉力传感器的读数F，根据相对应的纸带，求出滑块的加速度a；④多次改变托盘中砝码的质量，重复步骤③.请按要求回答下列问题：(1)图是该同学实验得到的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带求出滑块的加速度大小为________m/s2(结果保留三位有效数字)．(2)该同学用由实验得到的数据，画出了如图所示的F－a图线，图线不通过原点的原因是________．(3)该实验还可测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，其值可用M、F0、g表示为μ＝________(其中M为滑块和拉力传感器的总质量，F0为图中的纵截距，g为重力加速度)，与真实值相比，测得的动摩擦因数________(选填“偏大”或“偏小”)． 答案　(1)2.00　(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(3)　偏大解析　(1)纸带上相邻两计数点之间的时间间隔T＝5×s＝0.01s，利用逐差法处理实验数据可得：a＝，代入数据可得a≈2.00m/s2；(2)由题图可知，当细线上有拉力时，滑块的加速度却为零，由此可知实验之前该同学未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；(3)根据牛顿第二定律F－μMg＝Ma，解得：F＝Ma＋μMg，故F－a图线的斜率k＝M，μ＝，由于存在纸带与限位孔间的摩擦力和空气阻力，导致测得的动摩擦因数偏大．2．(2019·山东烟台市上学期期末)某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”的实验：在长木板上放置甲、乙两辆小车，长木板下垫有小木块用以平衡两小车受到的摩擦力，甲车的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，纸带穿过位于甲车后方的打点计时器的限位孔．某时刻接通打点计时器的电源，推动甲车使之做匀速直线运动，与原来静止在前方的乙车相碰并粘在一起，然后两车继续做匀速直线运动．已知打点计时器的打点频率为50Hz.(1)现得到如图所示的打点纸带，A为打点计时器打下的第一个点，测得各计数点间的距离AB＝8.40cm，BC＝10.50cm，CD＝9.08cm，DE＝6.95cm，相邻两个计数点之间还有四个计时点．则应选________段计算甲车碰前的速度；应选________段计算甲车和乙车碰后的共同速度．(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)用天平测得甲车及橡皮泥的质量为m1＝0.40kg，乙车的质量为m2＝0.20kg，取甲、乙两车及橡皮泥为一个系统，由以上测量结果可求得碰前系统的总动量为________kg·m/s，碰后系统的总动量为________kg·m/s.(结果均保留三位有效数字)答案　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417 解析　(1)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同；碰撞过程是一个变速运动的过程，而甲和乙碰后共同运动时做匀速直线运动，由纸带可看出AC段为加速阶段，BC段、DE段均为匀速运动阶段，CD段为变速运动阶段，但A为打点计时器打下的第一个点，故选BC段计算碰前的速度，选DE段来计算碰后的共同速度．(2)由题可知，BC＝10.50cm＝0.1050m；DE＝6.95cm＝0.0695m；碰前小车的速度为：v1＝＝m/s＝1.05m/s；碰前的总动量为：p＝m1v1＝0.40×1.05kg·m/s＝0.420kg·m/s；碰后小车的共同速度为：v＝＝m/s＝0.695m/s；碰后的动量为：p′＝(m1＋m2)v＝(0.40＋0.20)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s.3．(2019·山东临沂市质检)某同学用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验时，所用交流电源的频率为50Hz，得到如图所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0＝19.00cm，点A、C间的距离为s1＝8.36cm，点C、E间的距离为s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，测得重物的质量为m＝1kg.(1)下列做法正确的有________．A．图中两限位孔必须在同一竖直线上B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)如图10所示，选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是________J，打下C点时重物的速度大小是________m/s.(结果均保留三位有效数字)(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的________．答案　(1)AB　(2)2.68　2.28　(3)C解析　(1)题图中两限位孔必须在同一竖直线上，故A正确；实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；开始记录时，应先给打点计时器通电，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故D错误．(2)重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1kg×9.8m/s2×(19.00＋8.36)×10－2m≈2.68J打下C点时重物的速度大小vC＝＝2.28m/s(3)在验证机械能守恒定律的实验中，有：mv2＝mgs，则有：v2＝gs，g是常数，所以图线为过原点的倾斜直线，故C正确．4．(2019·江西南昌市一模)某物理课外兴趣小组的三名同学想验证力的平行四边形定则，他们找到了如下物品：一根粗细均匀的长橡皮筋、木板、剪刀、白纸、铅笔、刻度尺、三角板、三个质量相同的钩码、图钉和细绳套若干．他们设计了如下实验方案： 步骤1：橡皮筋一端固定，另一端系上细绳套，分别挂上一个、两个、三个钩码，用刻度尺测量挂上相应的钩码时橡皮筋的长度，看伸长量是否与所挂钩码数成正比，若成正比则进行下一步；步骤2：将橡皮筋剪成长度均为l的三段，将三段橡皮筋的一端系在一起设为结点O，另一端均系上细绳套，任取两细绳套对拉检查对应橡皮筋长度是否相等，若相等则进行下一步；步骤3：在木板上固定白纸，在白纸合适位置用图钉套住一细绳套，现用手将另两细绳套成一定角度往下拉适当的距离，记录结点O的位置和测量三段橡皮筋的长度l1、l2、l3.(如图所示)(1)有关上述操作说法正确的有________．A．步骤1的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律B．步骤2的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同C．步骤3还需要记录橡皮筋2、3的方向D．步骤3还需要弹簧测力计测量三段橡皮筋的拉力大小(2)该小组的三名同学分别做此实验，则他们在改变细绳的夹角再做实验时________(填“需要”或“不需要”)保证结点O位置不变．现测得l＝10.0cm，则甲、乙、丙记录的数据明显存在错误的是________(选填“甲”“乙”或“丙”)．甲：l1＝l2＝l3＝15.0cm；乙：l1＝15.0cm，l2＝12.0cm，l3＝12.0cm；丙：l1＝16.0cm，l2＝13.0cm，l3＝14.0cm答案　(1)ABC　(2)不需要　乙5.(2019·山东济南市上学期期末)空间站中不能利用天平测量物体质量，为此某同学为空间站设计了如图(a)所示的实验装置，用来测量小球质量．图中弹簧固定在挡板上，光滑水平轨道B处装有光电门，可以测量出小球经过光电门的时间．该同学设计的主要实验步骤如下： ①用游标卡尺测量小球的直径d；②将弹簧左端固定在挡板上；③小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录压缩量x；④由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t；⑤改变弹簧的压缩量，重复步骤③、④多次；⑥分析数据，得出小球的质量．已知弹簧弹性势能Ep＝kx2，k为劲度系数，x为形变量．该同学使用了一个已知劲度系数为k0的弹簧进行了上述实验，请回答下列问题：(1)步骤①中游标卡尺示数情况如图(b)所示，小球的直径d＝________cm；(2)某一次步骤④中测得小球通过光电门的时间t为5.00ms，则此次小球离开弹簧的速度v＝________m/s；(3)根据实验步骤中测得的物理量，可得小球的质量m＝________.(用实验步骤①、③、④中测得的物理量表示)答案　(1)1.14　(2)2.28　(3)解析　(1)小球的直径为：11mm＋4×0.1mm＝11.4mm＝1.14cm.(2)由于小球离开弹簧后做匀速直线运动，小球经过光电门时的速度与离开弹簧时的速度相等，故小球离开弹簧时的速度为v＝＝＝2.28m/s；(3)由能量守恒定律可知：Ep＝k0x2＝mv2， 解得：m＝.6.(2019·吉林“五地六校”合作体联考)如图所示实验装置，a、b是两个半径相等的小球．某同学按照以下步骤研究弹性正碰实验操作：①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，使小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；②将木板水平向右移动一定距离并固定，再使小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的落点圈在里面，其圆心处于小球落点的平均位置，得到痕迹B；③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，重复多次，并使用与第②步同样的方法分别标出碰撞后两个小球落点的平均位置，得到两球撞在木板上的痕迹A和C.(1)为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1________m2(选填“大于”“小于”或“等于”)．(2)完成本实验，必须测量的物理量有________．A．小球a开始释放的高度hB．木板水平向右移动的距离lC．a球和b球的质量m1、m2D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3(3)若(2)所给选项的物理量均已知，若满足条件______(用测量量表示)，则表示两小球发生的是弹性碰撞．答案　(1)大于　(2)D　(3)＋＝ 7.(2019·福建宁德市上学期期末质量检测)某同学利用图所示装置验证机械能守恒定律．完成下列问题：(1)请从图中指出一条实验错误：____________________________________________；(2)纠正实验错误后，通过测量得到一条纸带如图所示．已知打点计时器的工作频率为50Hz，根据纸带测得的数据，重物在C点时的速度为________m/s；(结果保留两位有效数字)(3)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出－h的图象如图所示，求出图线的斜率k，由图象可知a的质量ma________(选填“大于”或“小于”)b的质量mb；(4)通过计算得到图线b的斜率k＝9.50m/s2，分析发现造成斜率偏小的原因是实验过程中存在各种阻力，已知此次实验所用重物的质量m＝0.250kg，则重物所受的平均阻力Ff＝________N．(重力加速度g＝9.80m/s2，结果保留两位有效数字)答案　(1)实验时用手托重物(打点计时器接在直流电源上等)　(2)2.3　(3)大于　(4)0.075(或7.5×10－2)解析　(1)打点计时器应使用交流电源才能正常打点，重物应紧靠打点计时器竖直静止释放，不能用手托住．(2)C点的瞬时速度等于BD间的平均速度，所以vC＝＝m/s＝2.3m/s. (3)重物自由下落，由动能定理可知mgh－Ffh＝mv2－0，整理有＝(g－)h，故－h图象的斜率为g－，因两重物形状相同则阻力相等，但b的斜率小，故b的质量小，所以a的质量ma大于b的质量mb.(4)取斜率k＝g－＝9.50m/s2，m＝0.250kg，g＝9.80m/s2，可求得Ff＝(g－k)m＝(9.80－9.50)×0.250N＝0.075N.8．(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)如图甲所示为晓宇同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验装置，利用弹射装置给滑块a一水平向右的速度，使其拖动纸带在气垫导轨上运动，经过一段时间滑块a与静止的滑块b发生相互作用，两滑块碰撞后粘合在一起共同在气垫导轨上运动，在整个过程中打出的纸带如图乙所示．已知两滑块的质量分别用ma、mb表示，纸带上打出相邻两点之间的时间间隔为T.(1)若碰撞过程系统的动量守恒，则需验证的关系式为________；(2)如果将上述物理量均测量出，代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量，请分析引起实验误差的原因：________.答案　(1)7max2＝5(ma＋mb)x1　(2)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦或存在空气阻力等解析　(1)弹射出滑块a后，滑块a做匀速运动，滑块a与滑块b发生碰撞后一起做匀速运动，由题中的条件可知，碰撞前，滑块a的动量为：p1＝mava＝ma×，滑块b的动量为零，则碰撞前两滑块的总动量为ma×；碰撞后两滑块的速度相等，所以碰撞后总动量为：p2＝(ma＋mb)vb＝(ma＋mb)×；若系统的动量守恒，则应有p1＝p2，整理得7max2＝5(ma＋mb)x1；(2)因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦，同时还有空气阻力等因素存在，从而使两结果并不完全相同，但在误差允许的范围内，可以认为动量守恒． 9.(2019·陕西榆林市第二次模拟)某实验小组做“探究加速度与力、质量的关系”实验．(1)用如图所示的装置做实验，图中带滑轮的粗糙长木板放置于水平桌面上，拉力传感器可直接显示所受拉力的大小．做实验时，下列操作必要且正确的是________．A．将长木板右端适当垫高，使小车前端的滑轮不挂沙桶时小车能匀速滑动B．为了减小误差，实验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量C.小车远离打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录传感器的示数(2)在正确、规范的操作中，打出一条如图7所示的纸带，每相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出，纸带上的数据为相邻两个计数点间的距离，打点计时器使用的电源频率为50Hz，打计数点“3”时小车的速度大小v3＝________m/s；小车做匀加速直线运动的加速度大小a＝________m/s2.(结果均保留三位有效数字)答案　(1)A　(2)1.13　2.50解析　(1)连接拉力传感器和沙桶之前，将长木板右端适当垫高，使小车能自由匀速滑动，平衡了摩擦力，故A正确；实验中拉力通过拉力传感器测出，不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，故B错误；实验时小车应紧靠打点计时器，应先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数，故C错误．(2)已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为：T＝5×0.02s＝0.1s．“3”点对应的速度为：v3＝＝m/s≈1.13m/s，由逐差法Δx＝aT2可得：a＝，代入数据解得小车的加速度大小为：a≈2.50m/s2.10.(2019·湖北武汉市二月调研)利用如图所示的实验装置可以测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数．将弹簧放置在水平桌面上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的A、B位置各安装一个光电门．让带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置C，由静止释放滑块，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从A至B所用的时间t.改变光电门B 的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一位置C由静止释放并用米尺测量AB之间的距离x.记下相应的t值，所得数据如下表所示．x(mm)650.0600.0550.0500.0450.0400.0t(ms)373330293259228199(m/s)1.74______1.871.931.972.01(1)根据表中记录的数据空格处应填________；(2)请在图给出的坐标纸上画出－t图线；(3)由所画出的－t图线可得出滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ＝________(重力加速度大小g＝9.8m/s2，保留两位有效数字)．答案　(1)1.82　(2)见解析图　(3)0.30(0.27～0.33均可)解析　(1)表中空格处数据为＝m/s≈1.82m/s；(2)描点作图如图； (3)由公式x＝vAt－at2可知，＝vA－at＝vA－μgt，所以图线的斜率k＝－μg，由图象可得：k＝≈－1.48联立解得：μ≈0.30.