届高考物理二轮重点专题整合强化练专题14力学实验.docx
- 文档编号:14103583
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:186.50KB
届高考物理二轮重点专题整合强化练专题14力学实验.docx
《届高考物理二轮重点专题整合强化练专题14力学实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届高考物理二轮重点专题整合强化练专题14力学实验.docx(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
届高考物理二轮重点专题整合强化练专题14力学实验
2021年高考物理二轮重点专题整合强化练
专题(14)力学实验(原卷版)
1.小张同学为了验证力的平行四边形定则,设计如下实验,其装置图如图1甲所示.实验步骤如下:
(1)将3条完全相同的弹性橡皮条(满足胡克定律)的一端连接在一起形成一个结点O,先测量出橡皮条的自然长度x0;
(2)在竖直平面内固定一木板,在木板上固定一张白纸,用图钉将其中两条橡皮条的A、B端固定在木板上,在另一条橡皮条C端悬挂一小重锤,并确保橡皮条不超出弹性限度,且与纸面无摩擦;
(3)待装置平衡后,分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3,并在白纸上记录________;
(4)取下白纸,如图乙所示,在白纸上分别用长度(x1-x0)、(x2-x0)代表橡皮条OA和OB拉力的大小,作出力的图示OA′和OB′,并以OA′和OB′为两邻边作一平行四边形OA′C′B′,测量出OC′长度x4,如果近似可得x4=________,且OC′的方向________,则实验验证了力的平行四边形定则;
(5)改变A、B的位置,重复
(2)到(4)的实验步骤进行多次验证.
(4)如果近似可得x4=x3-x0,且OC′的方向与OC的方向相反,则实验验证了力的平行四边形定则.
2.(2020·全国卷Ⅱ·22)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图2所示.一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度.令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h0=0.590m,下降一段距离后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的时间T=0.730s.由此求得小球B加速度的大小为a=________m/s2(保留3位有效数字).
从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g,当地重力加速度大小为g=9.80m/s2.根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′=________m/s2(保留3位有效数字).
图2
可以看出,a′与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
3.某实验小组用如图3所示的实验装置测当地的重力加速度,图中A、B是两个光电门,钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,钢球通过光电门A时与光电门相连的光电计时器开始计时,通过光电门B时就停止计时,得到钢球从A运动到B所用的时间t,用刻度尺测出A、B间的高度h,保持钢球下落的位置不变,光电门B的位置不变,改变光电门A的位置,重复前面的实验,测出多组h、t的值.
图3
(1)根据测得的多组h、t的值,算出每组的
,作出
-t图象,则图象应是下列选项图中的________.
(2)图线在纵轴上的截距表示________,要求出重力加速度,必须求出图线的________,若求出的图线的这个量用k表示,则当地的重力加速度为________.
4.(2020·陕西西安中学高三四模)为了探究质量一定时加速度与力的关系.一同学设计了如图4甲所示的实验装置.其中M为带滑轮的小车的质量,m为砂和砂桶的质量.(滑轮质量不计)
图4
(1)实验时,一定要进行的操作或保证的条件是________.
A.用天平测出砂和砂桶的质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数
D.改变砂和砂桶的质量,打出几条纸带
E.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电源,根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字).
(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标,加速度为纵坐标,画出的a-F图象是一条直线,如图丙所示,图线与横轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为________.
A.2tanθB.
C.kD.
5.(2020·安徽合肥市一模)某实验小组为了测量滑块与水平轨道间的动摩擦因数,设计了如图5(a)所示的实验装置,弹簧左侧固定在挡板A上,处于原长的弹簧右端位于C,弹簧与滑块接触但不拴接,滑块上安装了宽度为d的遮光片,轨道B处装有光电门.
图5
(1)实验的主要步骤如下:
①用游标卡尺测量遮光片的宽度d,如图(b)所示,d=________cm;
②将滑块向左压缩弹簧,由静止释放滑块,同时记录遮光片通过光电门的时间t;
③测量并记录光电门与滑块停止运动时位置之间的距离x;
④改变弹簧压缩量,多次重复步骤②和③.
(2)实验收集的数据并处理如下:
序号
1
2
3
4
5
6
时间t/s
0.04
0.05
0.06
0.08
0.10
0.12
距离x/cm
17.01
10.88
7.57
4.26
2.73
1.88
图6
①实验小组根据上表数据在图6所示的v2-x图中已描绘出五个点,请描绘出余下的点并作出v2-x
图象.
②根据所作图象,可得滑块与水平轨道间的动摩擦因数为__________(g取10m/s2,结果保留两位有效数字).
6.(2020·湘赣皖长郡中学十五校高三第二次联考)用图7所示装置测量重锤的质量,在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片,重锤下端贴一遮光片,铁架台上安装有光电门.调整重锤的高度,使其从适当的位置由静止开始下落,读出遮光片通过光电门的挡光时间t0;从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上,让重锤每次都从同一位置由静止开始下落,计时器记录的挡光时间分别为t1、t2…,计算出t02、t12、t22….
图7
(1)挡光时间为t0时,重锤的加速度为a0.从左侧取下i块铁片置于右侧重锤上时,对应的挡光时间为ti,重锤的加速度为ai.则
=____________.(结果用t0和ti表示)
(2)作出
-i的图线是一条直线,直线的斜率为k,则重锤的质量M=________.
(3)若重锤的质量约为300g,为使实验测量数据合理,铁片质量m0比较恰当的取值是________.
A.1gB.5gC.40gD.100g
7.(2020·山西太原市高三模拟)为测量弹簧压缩时具有的弹性势能和滑块B的质量,某同学用如图8所示的装置进行实验.气垫导轨上有A、B两个滑块,A上固定一遮光片,左侧与被压缩且锁定的弹簧接触,右侧带有橡皮泥.已知A的质量为m1,遮光片的宽度为d;打开电源,调节气垫导轨使滑块A和B能静止在导轨上.解锁弹簧,滑块A被弹出后向右运动,通过光电门1后与B相碰,碰后粘在一起通过光电门2.两光电门显示的遮光时间分别为Δt1和Δt2,由此可知碰撞前滑块A的速度为____________,锁定时弹簧具有的弹性势能为Ep=________,B的质量m2=____________.(用已知和测得的物理量的符号表示)
图8
8.如图9所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置.
图9
(1)下图是实验时平衡阻力的情形,其中正确的是______.(选填字母)
(2)在平衡阻力后,当小盘及盘内物体的总质量________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车总质量时,小盘及盘内物体的总重量近似等于小车运动时所受的拉力.实验中可以通过增减小盘中________(选填“50g钩码”或“1g砝码”)的个数来改变拉力的大小.
(3)图10是对一条纸条处理后得到的v-t图象,根据图象可求得加速度大小为_______m/s2.(结果保留三位有效数字)
图10
9.某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及物体质量间关系的实验,图11(a)为实验装置图,A为小车,B为打点计时器,C为装有沙的沙桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板.实验中认为细绳对小车的拉力F等于沙和沙桶的总重力,小车运动的加速度a可由打点计时器在纸带上打出的点求得.
(1)图(b)为某次实验得到的纸带,纸带上两相邻计数点的时间间隔为0.10s,由图中数据求出小车加速度值为________m/s2.(计算结果保留两位有效数字)
图12
(2)保持沙和沙桶的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的
数据如表中所示,根据表中数据,为直观反映F不变时,a与m的关系,请在图(c)中选择恰当的物理量和标度建立坐标系,并作出图线.
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/(m·s-2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg-1
4.00
3.45
3.00
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
(3)从图线中得到F不变时小车加速度a与质量m间的定量关系是________.
(4)保持小车质量不变,改变沙和沙桶质量,该同学根据实验数据作出了加速度与合力F的关系图线如图10所示,该图线不通过原点,其可能的原因是__________________________
______________________________________________.
图13
10.
(1)用图14所示装置做“探究做功与速度变化的关系”实验时,除了图中已给出的实验器材外,还需要的测量工具有________(填字母);
图14
A.秒表B.天平
C.刻度尺D.弹簧测力计
(2)用图15所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时,释放重物前有下列操作,其中正确的是________(填字母);
图15
A.将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
B.手提纸带任意位置
C.使重物靠近打点计时器
(3)图16是小球做平抛运动的频闪照片,其上覆盖了一张透明方格纸.已知方格纸每小格的边长均为0.80cm.由图可知小球的初速度大小为________m/s(g取10m/s2,结果保留两位有效数字).
图16
2021年高考物理二轮重点专题整合强化练
专题(14)力学实验(解析版)
1.(2020·广东佛山市高三二模)小张同学为了验证力的平行四边形定则,设计如下实验,其装置图如图1甲所示.实验步骤如下:
(1)将3条完全相同的弹性橡皮条(满足胡克定律)的一端连接在一起形成一个结点O,先测量出橡皮条的自然长度x0;
(2)在竖直平面内固定一木板,在木板上固定一张白纸,用图钉将其中两条橡皮条的A、B端固定在木板上,在另一条橡皮条C端悬挂一小重锤,并确保橡皮条不超出弹性限度,且与纸面无摩擦;
(3)待装置平衡后,分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3,并在白纸上记录________;
(4)取下白纸,如图乙所示,在白纸上分别用长度(x1-x0)、(x2-x0)代表橡皮条OA和OB拉力的大小,作出力的图示OA′和OB′,并以OA′和OB′为两邻边作一平行四边形OA′C′B′,测量出OC′长度x4,如果近似可得x4=________,且OC′的方向________,则实验验证了力的平行四边形定则;
(5)改变A、B的位置,重复
(2)到(4)的实验步骤进行多次验证.
【答案】(3)O、A、B三点的位置以及OC的方向 (4)x3-x0 与OC的方向相反
【解析】(3)待装置平衡后,分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3,并在白纸上记录O、A、B三点的位置以及OC的方向.
(4)如果近似可得x4=x3-x0,且OC′的方向与OC的方向相反,则实验验证了力的平行四边形定则.
2.(2020·全国卷Ⅱ·22)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图2所示.一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度.令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h0=0.590m,下降一段距离后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的时间T=0.730s.由此求得小球B加速度的大小为a=________m/s2(保留3位有效数字).
从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g,当地重力加速度大小为g=9.80m/s2.根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′=________m/s2(保留3位有效数字).
图2
可以看出,a′与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
【答案】1.84 1.96 滑轮的轴不光滑(或滑轮有质量)
【解析】B小球在0.730s时间内下落距离s=0.590m-0.100m=0.490m
初始时速度为零,根据s=
at2得a=
=
m/s2≈1.84m/s2.
根据牛顿第二定律
对B球:
mBg-FT=mBa′①
对A球:
mAg-FT=mA(-a′)②
联立①②两式得a′=
g=
×9.8m/s2=1.96m/s2.
可见实验结果比理论结果小一些,可能是滑轮的轴不光滑或滑轮有质量.
3.某实验小组用如图3所示的实验装置测当地的重力加速度,图中A、B是两个光电门,钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,钢球通过光电门A时与光电门相连的光电计时器开始计时,通过光电门B时就停止计时,得到钢球从A运动到B所用的时间t,用刻度尺测出A、B间的高度h,保持钢球下落的位置不变,光电门B的位置不变,改变光电门A的位置,重复前面的实验,测出多组h、t的值.
图3
(1)根据测得的多组h、t的值,算出每组的
,作出
-t图象,则图象应是下列选项图中的________.
(2)图线在纵轴上的截距表示________,要求出重力加速度,必须求出图线的________,若求出的图线的这个量用k表示,则当地的重力加速度为________.
【答案】
(1)D
(2)见解析
【解析】
(1)由题意可知,小球每次下落的位置和光电门B的位置不变,所以小球每次到达光电门B时的速度vB不变,将小球的运动反向看成是从光电门B处向上的匀减速运动,由运动学公式可知,h=vBt-
gt2,所以
=vB-
gt,故D项正确,A、B、C错误.
(2)由
(1)可知,
=vB-
gt,结合函数表达式的意义可知,图线在纵轴上的截距表示小球通过光电门B时的速度;要求出重力加速度,必须求出图线斜率的绝对值;根据
=vB-
gt可知,k=
g,所以g=2k.
4.(2020·陕西西安中学高三四模)为了探究质量一定时加速度与力的关系.一同学设计了如图4甲所示的实验装置.其中M为带滑轮的小车的质量,m为砂和砂桶的质量.(滑轮质量不计)
图4
(1)实验时,一定要进行的操作或保证的条件是________.
A.用天平测出砂和砂桶的质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数
D.改变砂和砂桶的质量,打出几条纸带
E.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电源,根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字).
(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标,加速度为纵坐标,画出的a-F图象是一条直线,如图丙所示,图线与横轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为________.
A.2tanθB.
C.kD.
【答案】
(1)BD
(2)1.3 (3)D
【解析】
(1)本实验中细线的拉力可由弹簧测力计直接测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M,故A、E错误;先拿下砂桶,然后将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,故B正确;打点计时器运用时,应先接通电源,待打点稳定后,再释放纸带,该实验探究质量一定时加速度与力的关系,要同时记录弹簧测力计的示数,故C错误;要改变砂和砂桶的质量,从而改变拉力的大小,打出几条纸带,研究加速度与力的关系,故D正确.
(2)由于两计数点间还有两个点没有画出,故相邻计数点的时间间隔为T=0.06s,根据公式Δx=aT2,依据逐差法可得小车的加速度.
a=
×10-2m/s2≈1.3m/s2
(3)由2F=Ma,得a=
对a-F图来说,图象的斜率k=
,得M=
对于斜率k,不能根据k=tanθ求解,所以不能根据M=
求小车的质量M.故A、B、C错误,D正确.
5.(2020·安徽合肥市一模)某实验小组为了测量滑块与水平轨道间的动摩擦因数,设计了如图5(a)所示的实验装置,弹簧左侧固定在挡板A上,处于原长的弹簧右端位于C,弹簧与滑块接触但不拴接,滑块上安装了宽度为d的遮光片,轨道B处装有光电门.
图5
(1)实验的主要步骤如下:
①用游标卡尺测量遮光片的宽度d,如图(b)所示,d=________cm;
②将滑块向左压缩弹簧,由静止释放滑块,同时记录遮光片通过光电门的时间t;
③测量并记录光电门与滑块停止运动时位置之间的距离x;
④改变弹簧压缩量,多次重复步骤②和③.
(2)实验收集的数据并处理如下:
序号
1
2
3
4
5
6
时间t/s
0.04
0.05
0.06
0.08
0.10
0.12
距离x/cm
17.01
10.88
7.57
4.26
2.73
1.88
图6
①实验小组根据上表数据在图6所示的v2-x图中已描绘出五个点,请描绘出余下的点并作出v2-x图象.
②根据所作图象,可得滑块与水平轨道间的动摩擦因数为__________(g取10m/s2,结果保留两位有效数字).
【答案】
(1)1.650
(2)①见解析图 ②0.050(0.048~0.052均可)
【解析
】
(1)游标卡尺的主尺读数为1.6cm,游标尺上第10条刻度线和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为10×0.05mm=0.50mm,所以最终读数为1.6cm+0.50mm=1.650cm;
(2)①余下的点的速度为v2=
×10-2m/s=0.33m/s
则v22=0.1089m2/s2
将余下的点描在坐标纸上,且将所有点拟合成直线,如图所示
②由2μgx=v2可知,图象斜率k=2μg
由图象可得k=
=1,解得μ=0.050,由于误差,则0.048~0.052均可.
6.(2020·湘赣皖长郡中学十五校高三第二次联考)用图7所示装置测量重锤的质量,在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片,重锤下端贴一遮光片,铁架台上安装有光电门.调整重锤的高度,使其从适当的位置由静止开始下落,读出遮光片通过光电门的挡光时间t0;从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上,让重锤每次都从同一位置由静止开始下落,计时器记录的挡光时间分别为t1、t2…,计算出t02、t12、t22….
图7
(1)挡光时间为t0时,重锤的加速度为a0.从左侧取下i块铁片置于右侧重锤上时,对应的挡光时间为ti,重锤的加速度为ai.则
=____________.(结果用t0和ti表示)
(2)作出
-i的图线是一条直线,直线的斜率为k,则重锤的质量M=________.
(3)若重锤的质量约为300g,为使实验测量数据合理,铁片质量m0比较恰当的取值是________.
A.1gB.5gC.40gD.100g
【答案】
(1)
(2)
m0 (3)C
【解析】
(1)设遮光片的宽度为d,则重锤到达光电门时的速度v=
则挡光时间为t0时重锤的速度v0=
挡光时间为ti时重锤的速度vi=
重锤在竖直方向做匀加速直线运动,则有2a0h=v02
2aih=vi2
解得
=
(2)根据牛顿第二定律得a0=
,ai=
解得
=
i+1,作出
-i的图线的斜率为k,则
=k
解得M=
m0
(3)重锤的质量约为300g,为了使重锤的加速度不至于太大,或把铁片取下放到重锤上时,加速度产生明显的变化,则铁片的质量不能太小,也不能太大,所以1g、5g和100g都不适合,故C正确,A、B、D错误.
7.(2020·山西太原市高三模拟)为测量弹簧压缩时具有的弹性势能和滑块B的质量,某同学用如图8所示的装置进行实验.气垫导轨上有A、B两个滑块,A上固定一遮光片,左侧与被压缩且锁定的弹簧接触,右侧带有橡皮泥.已知A的质量为m1,遮光片的宽度为d;打开电源,调节气垫导轨使滑块A和B能静止在导轨上.解锁弹簧,滑块A被弹出后向右运动,通过光电门1后与B相碰,碰后粘在一起通过光电门2.两光电门显示的遮光时间分别为Δt1和Δt2,由此可知碰撞前滑块A的速度为____________,锁定时弹簧具有的弹性势能为Ep=________,B的质量m2=____________.(用已知和测得的物理量的符号表示)
图8
【答案】
m1(
)2 m1
【解析】由滑块A通过光电门1的运动时间可知,碰撞前滑块A的速度v1=
,解锁弹簧后,弹簧的弹性势能转化为A碰撞前的动能,故锁定时弹簧具有的弹性势能Ep=
mv12=
m1(
)2,由碰撞后AB整体通过光电门2的时间,可求得碰撞后AB整体的速度为v2=
,A、B碰撞过程中动量守恒,所以m1v1=(m1+m2)v2,联立解得m2=m1
.
8.如图9所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置.
图9
(1)下图是实验时平衡阻力的情形,其中正确的是______.(选填字母)
(2)在平衡阻力后,当小盘及盘内物体的总质量________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车总质量时,小盘及盘内物体的总重量近似等于小车运动时所受的拉力.实验中可以通过增减小盘中________(选填“50g钩码”或“1g砝码”)的个数来改变拉力的大小.
(3)图10是对一条纸条处理后得到的v-t图象,根据图象可求得加速度大小为_______m/s2.(结果保留三位有效数字)
图10
【答案】
(1)C
(2)远小于 1g砝码 (3)2.00(1.95~2.05均可)
9.某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及物体质量间关系的实验,图11(a)为实验装置图,A为小车,B为打点计时器,C为装有沙的沙桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板.实验中认为细绳对小车的拉力F等于沙和沙桶的总重力,小车运动的加速度a可由打点计时器在纸带上打出的点求
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考 物理 二轮 重点 专题 整合 强化 14 力学 实验