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2021届高考物理二轮复习专题突破：实验专题复习之力学实验

更新时间：2021-02-03 浏览次数：150 类型：二轮复习

一、实验探究题

1. (2020高一上·重庆期末) 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、 $\text{[math]}$ 7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出。打点计时器接频率为 $\text{[math]}$ 的交流电源。
1. （1）每相邻两个计数点间的时间间隔为s；
2. （2）若测得 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 打下E点时纸带的速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；物体的加速度a= $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ 结果均保留两位有效数字 $\text{[math]}$
3. （3）如果当时电网中交变电流的频率 $\text{[math]}$ ，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值比真实值 $\text{[math]}$ 选填“偏大”或“偏小” $\text{[math]}$ 。
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2. (2020高一上·拉萨期末) 有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F₁、F₂和F₃ ，回答下列问题：
1. （1）改变钩码个数，实验能完成的是________（填正确答案标号）。
  
  A . 钩码的个数N₁＝N₂＝2，N₃＝4 B . 钩码的个数N₁＝N₃＝3，N₂＝4 C . 钩码的个数N₁＝N₂＝N₃＝4 D . 钩码的个数N₁＝3，N₂＝4，N₃＝5
2. （2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是________（填选项前字母）。
  
  A . 标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向 B . 量出OA、OB、OC三段绳子的长度 C . 用量角器量出三段绳子之间的夹角 D . 用天平测出钩码的质量
3. （3）在作图时，你认为图示中（填“甲”或“乙”）是正确的。
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3. (2020高一上·拉萨期末) 为了探究加速度与力的关系，某同学设计了如图所示的实验装置，带滑轮的长木板水平放置。
1. （1）电火花打点计时器工作电压为V的交流电；
2. （2）在该实验中必须采用控制变量法，应保持不变；
3. （3）下图为某次实验得到的纸带，各计数点之间的距离已经经标在纸带上，交流电的频率为50Hz，由此可求得木块的加速度的大小是m/s² ，打点计时器在打下D点时木块的速度为m/s；（结果保留三位有效数字）
4. （4）一组同学在保持钩码质量一定时，探究加速度与质量的关系，以下做法正确的是______；
  
  A . 平衡摩擦力时，应将钩码用细绳通过定滑轮系在木块上 B . 每次改变木块的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C . 实验时，要保证绳和纸带均与木板平行以减小误差 D . 木块运动的加速度可用天平测出钩码质量m以及木块质量M，直接用公式 $\text{[math]}$ 求出
5. （5）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，CA段不过原点的可能原因是：
  
  ②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是。
  
  A．小木块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．所用小木块的质量太大
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4. (2020高一上·和平期末) 用如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度与力的关系。将一端带有定滑轮的长木板放在水平实验桌面上，实验小车在平衡摩擦力后，通过轻细绳跨过定滑轮与槽码（包含槽码盘）相连，小车后方与纸带相连，打点计时器所用交流电的频率为f=50Hz。接通打点计时器的电源，放开小车，小车加速运动。在保持实验小车质量M不变的情况下，改变槽码的质量m，重复实验多次。
1. （1）实验过程中打出的一条理想纸带如图乙所示，图中O、A、B、C、D、E、F为相邻的计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，对纸带运用逐差法求出小车运动的加速度a=m/s²（结果保留3位有效数字）；也可求出纸带各计数点的瞬时速度运用v-t图像法得到加速度，那么v_A=m/s（结果保留3位有效数字）。
2. （2）某学生把槽码的重力当作小车的合力F，根据实验数据作出了如图丙所示的a-F图像，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲现象，产生这两种现象的原因可能有______。
  
  A . 木板右端垫起的高度过小（即平衡摩擦力不足） B . 木板右端垫起的高度过大（即平衡摩擦力过度） C . 槽码质量m始终满足远小于小车质量M（即m<<M） D . 槽码质量m并未始终满足远小于小车质量M
3. （3）如图丁为该同学根据正确实验操作的实验数据描绘出的小车加速度a与槽码质量m之间的 $\text{[math]}$ 关系图像，则小车的质量M=kg，（g=10m/s²）
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5. (2020高一上·沈阳期末) 利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示。
1. （1）下列关于该实验的说法，错误的是______；
  
  A . 做实验之前必须平衡摩擦力 B . 小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多 C . 应调节定滑轮的高度使细线与木板平行 D . 为了实验安全，打点计时器接直流电源
2. （2）从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图所示，已知打点计时器每间隔0.02s打一个点；
  
  ①从图可知A、B两点间的距离s₁=cm；
  
  ②该小车的加速度作a=m/s²（计算结果保留2位有效数字）；
3. （3）利用测得数据在坐标系中作出了图乙所示的a—F图象；
  ①图线不过坐标原点的原因是；
  
  ②小车和传感器的总质量为kg；（计算结果保留2位有效数字）
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6. (2020高一上·邹城月考) 某同学在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验。
1. （1）用如图甲所示的装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验，下列说法正确的是______；
  
  A . 每次增加的钩码数量必须相等 B . 任何弹簧的弹力与伸长量之比都相等 C . 通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的长度成正比 D . 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧竖直且处于平衡状态
2. （2）该同学通过实验得到如图乙所示的弹簧长度x与弹力大小F的关系图线。由此图线可得该弹簧的原长x₀=cm，劲度系数k=N/m。（结果均保留三位有效数字）
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7. (2020高一上·哈尔滨期末) 实验小组用图甲所示的装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz，实验步骤如下：

①安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直

②调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动

③挂上砝码盘，接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度

④改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度

根据以上实验过程，回答下列问题：
1. （1）保持小车的总质量M不变，通过改变所挂钩码的质量m，多次重复测量来研究小车加速度a与F的关系。这种研究方法叫________；（填下列选项前的字母）
  
  A . 微元法 B . 等效替代法 C . 控制变量法 D . 科学抽象法
2. （2）实验时，应该______；
  
  A . 先接通电源，后释放小车 B . 先释放小车，后接通电源
3. （3）下列说法正确的是______；
  
  A . 小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等 B . 实验过程中砝码盘处于超重状态 C . 与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 D . 弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半
4. （4）实验中（选填“需要”或“不需要”）砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．若实验中打出的一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E、F、G这些点的间距如图中标示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算：小车运动的加速度大小为m/s²；(结果保留三位有效数字)
5. （5）由实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是______。
  
  A . B . C . D .
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8. (2020高一上·兰州期末) 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。
1. （1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛。
2. （2）图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球作平抛运动的初速度为m/s。（g取9.8 m/s²）
3. （3）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝5cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为m/s；B点的竖直分速度为m/s。（g取10m/s²）
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9. (2020高二上·江北期中) 两位同学用如图所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．
1. （1）实验中必须满足的条件是________．
  
  A . 斜槽轨道尽量光滑以减小误差 B . 斜槽轨道末端的切线必须水平 C . 入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下 D . 两球的质量必须相等
2. （2）测量所得入射球A的质量为m_A ，被碰撞小球B的质量为m_B ，图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON．当所测物理量满足表达式时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞．
3. （3）乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图12所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点．实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P′；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与球B相撞，确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M′和N′．测得B′与N′、P′、M′各点的高度差分别为h₁、h₂、h₃ ．若所测物理量满足表达式时，则说明球A和球B碰撞中动量守恒．
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10. (2020高三上·安徽月考) 某学生想利用气垫导轨、光电门及质量为m的小车来做一些力学实验。如图，他将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上的两点处分别安装光电门A和B，然后将小车从导轨上端释放，光电门自动记录小车经过A和B光电门时的挡光时间 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，用游标卡尺测得挡光片宽度d，两光电门中心的距离为s。重力加速度为g。
1. （1）如果他想验证小车在运动过程中机械能守恒：
  ①小车由光电门A运动到光电门B的过程中，动能的变化量 $\text{[math]}$ =；（用已知量符号表示）
  
  ②若所用小车的质量 $\text{[math]}$ ，其他数据如下： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，小车由光电门A运动到光电门B的过程中，小车重力势能的减少量 $\text{[math]}$ =J；（保留三位有效数字）
  
  ③该实验中，没有测量挡光片的质量，对验证机械能守恒（填“有”或“无”）影响。
2. （2）如果气垫导轨左端垫高H可调，不计挡光片的质量。该同学用该装置探究“在质量不变时，物体的加速度与合力的关系”：
  ①改变气垫导轨左端的高度，则可以改变小车所受的合力。若某次测量的高度为 $\text{[math]}$ ，则小车所受合力F=；（用已知和测量的物理量符号表示）
  
  ②小车的加速度a=（用d、s、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）
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11. (2020高三上·安徽月考) 某同学用图甲所示的实验装置验证动能定理，具体实验步骤如下：

A．按图甲所示安装器材，调整垫块的位置，使长木板的倾角大小适当

B．接通电源，调整小盘中沙子的质量，轻推滑块，使滑块恰好能匀速下滑

C．取下细线和小盘，用天平称出小盘和盘中沙子的总质量m和滑块的质量M

D．保持长木板的倾角不变，接通电源，由静止释放滑块，打出一条纸带

E．改变长木板倾角，重复上述实验步骤

已知打点计时器所用的交流电源的频率是 $\text{[math]}$ ，重力加速度 $\text{[math]}$ 。
1. （1）取下细绳和小盘后，滑块下滑过程中受到的合外力F（填“大于”、“小于”或“等于”） $\text{[math]}$ ；
2. （2）在某次操作中， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，打出的一条纸带如图乙所示，每隔4个点选取一个计数点，相邻计数点之间的距离已经标注在纸带上（单位是 $\text{[math]}$ ），则打下A点时滑块的速度为 $\text{[math]}$ ，打下F点时滑块的速度为 $\text{[math]}$ 。从打下A点到打下F点的过程中，滑块受到合外力做的功 $\text{[math]}$ J，滑块动能的变化量 $\text{[math]}$ J。（结果保留三位有效数字）
3. （3）若相对误差 $\text{[math]}$ ，则本次实验的相对误差 $\text{[math]}$ %。（结果保留三位有效数字）
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12. (2020高一上·重庆期末) 某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小 $\text{[math]}$ 和弹簧长度 $\text{[math]}$ 的关系如图1所示，则由图线可知：
1. （1）弹簧的劲度系数为。
2. （2）为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数 $\text{[math]}$ ，两同学分别设计了如图2所示的甲、乙两种方案。
  ①为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案更合理。
  
  ②甲方案中，若A和B的重力分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。当A被拉动时，弹簧测力计 $\text{[math]}$ 的示数为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的示数为 $\text{[math]}$ ，则A和B间的动摩擦因数为。
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13. (2020高一上·中山月考) 某同学利用如图甲所示的实验装置探究自由落体运动的规律。
1. （1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误：
  ①；
  
  ②。
2. （2）该同学经正确操作得到如图乙所示的纸带，取连续的六个计数点A、B、C、D、E、F，测得h₁、h₂、h₃、h₄、h₅。若他分别计算了出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画出v²与h的关系图线，如图丙所示，则图线的斜率代表的物理含义是，进一步可得当地的重力加速度g=m/s²（计算结果保留两位有效数字）。
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14. (2020高二上·洮南期中) 为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：

Ⅰ．将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；

Ⅱ．将木板向右平移适当的距离固定，再使小球a 从原固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹B；

Ⅲ．把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端，让小球a 仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两小球分别撞到木板并在白纸上留下痕迹A和C；

Ⅳ．用天平测出A，B两个小球的质量分别为m_a和m_b ，用刻度尺测量白纸上O点到A，B、C三点的距离分别为y₁、y₂和y₃ ．

根据上述实验，请回答下列问题：
1. （1）小球a和b发生碰撞后，小球a在图中痕迹应是点．
2. （2）小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果产生误差（选填“会”或“不会”）
3. （3）用本实验中所测得的物理量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为：．
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15. (2020高三上·南漳期中) 图甲为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置，将导轨调至水平，滑块装有宽度为d的遮光条，滑块包括遮光条的总质量为M。细绳下端挂钩码，钩码的质量为m。静止释放滑块，在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1和2各自的时间，可以计算出滑块通过光电门的速度v₁和v₂ ，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x，重力加速度为g。
1. （1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图乙，则d=mm。
2. （2）写出滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，验证机械能守恒定律的表达式（用题中给出的物理量表示）。
3. （3）下列不必要的实验要求是____________（请填写选项前对应的字母）。
  
  A . 滑块必须在同一个位置静止释放 B . 应使滑块的质量远大于钩码的质量 C . 已知当地重力加速度g D . 应适当减小遮光条的宽度
4. （4）增加绳子下端钩码的个数，多次实验，然后作出 $\text{[math]}$ 图象，如图丙所示，其斜率为k=（用题中所给的物理量表示）。
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16. (2021高二下·驻马店期中) 如图1所示，用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O．

接下来的实验步骤如下：

步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上．重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；

步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞．重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；

步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．
1. （1）上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有．（写出物理量及相应符号）
2. （2）实验中造成误差的可能情况有______．
  
  A . 用直尺测量的线段OM、OP、ON长度值 B . 轨道不光滑 C . 轨道末端不水平 D . 轨道末端到地面的高度未测量
3. （3）若测得各落点痕迹到O点的距离：OM＝2.68cm，OP＝8.62cm，ON＝11.50cm，并知小球1、2的质量比为2︰1，则系统碰撞前总动量P与碰撞后总动量P的百分误差 $\text{[math]}$ %（结果保留一位有效数字）．
4. （4）完成上述实验后，实验小组成员小红对上述装置进行了改造，小红改造后的装置如图2所示．使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，得到两球落在以斜槽末端为圆心的 $\text{[math]}$ 圆弧上，平均落点M′、P′、N′．测量轨道末端到M′、P′、N′三点的连线与水平方向的夹角分别为 $\text{[math]}$ ，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 (用所测物理量的符号表示)．
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17. (2021高三上·扬州期中) 某兴趣小组探究平抛运动的特点，尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。
1. （1）在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被释放，自由下落，由两球撞击水平地面的声音判断出两球同时落地。改变装置的高度和小锤打击的力度，多次实验，发现两球仍然同时落地，由此可初步得出结论∶平抛运动的_______
  
  A . 竖直分运动是自由落体运动 B . 水平分运动是匀速直线运动 C . 竖直分运动是自由落体运动，水平分运动是匀速直线运动
2. （2）用如图乙所示的装置进行定量研究。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点水平飞出，由于挡板MN靠近硬板一侧较低，钢球落到挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹，上下调节挡板，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
  取平抛运动的起始点为坐标原点O，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。下列操作正确的有____________。
  
  A . 钢球静置于Q点时，取钢球的球心作为坐标原点O B . 确定y轴时，需要y轴与重锤线平行 C . 可以将重锤线当作尺直接画出y轴 D . 应该先确定x轴，再确定y轴
3. （3）如图丙所示，根据印迹描出平抛运动的轨迹。在轨迹上取C、D两点，OC与CD的水平间距相等且均为x，测得OC与CD的竖直间距分别是y₁和 $\text{[math]}$ ；重复上述步骤，测得多组数据，计算发现始终满足 $\text{[math]}$ =，由此可初步得出结论∶平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，算出钢球平抛的初速度大小为（结果用x、 $\text{[math]}$ 、当地重力场速度g表示）。
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