挑战高考压轴题-专题12：力学实验

试卷更新日期：2021-05-07 类型：三轮冲刺

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一、单选题

1. 如图所示，在竖直玻璃管的水中有一红蜡块正在匀速上升，若红蜡块在A点时开始使玻璃管从AB位置水平向右做匀加速直线运动，则红蜡块实际运动轨迹是图中的（）

A、轨迹P B、轨迹Q C、轨迹R D、轨迹P、Q、R都有可能

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二、实验探究题

2. 某实验小组在做“探究小车速度随时间的变化规律”的实验时，通过打点计时器得到一条记录小车运动情况的纸带，每隔四个点取一个计数点，测量数据如图所示。（结果均保留三位有效数字）

(1)、由图可得小车运动的加速度大小为；

(2)、D点的瞬时速度大小为 $m/s$ ；

(3)、若实验时，交流电的实际频率为51Hz，则测最出的加速度（“偏大”“偏小”或“不变”）。

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3. 伽利略斜面实验被誉为物理学史上最美实验之一、研究小组尝试使用等时性良好的“节拍法”来重现伽利略的斜面实验，研究物体沿斜面运动的规律。实验所用节拍频率是每秒2拍，实验装置如图（a）所示。在光滑倾斜的轨道上装有可沿轨道移动的框架，框架上悬挂轻薄小金属片，滑块下滑撞击金属片会发出“叮”的声音（金属片对滑块运动的影响可忽略）。实验步骤如下：

①从某位置（记为A₀）静止释放滑块，同时开始计拍调节框架的位置，使相邻金属片发出的“叮”声恰好间隔1个拍，并标记框架在轨道上的位置A₁、A₂、A₃……；

②测量A₁、A₂、A₃……到A₀的距离s₁、s₂、s₃……如图（b）所示。

③将测量数据记录于下表，并将节拍数n转换成对应时间t的平方。

n	1	2	3	4	5	6
s/cm	9.5	38.5	86.2	153.2	240.3	346.4
t²/s²	0.25	1.00	C	4.00	6.25	9.00

(1)、表格中“C”处的数据应为；

(2)、由表中数据分析可得，s与t²成关系（填“线性”或“非线性”）；

(3)、滑块的加速度大小为m/s²（结果保留2位小数）。

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4. “探究平抛运动的特点”实验装置图如图所示，通过描点法画出平抛小球的运动轨迹。

(1)、在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、重垂线、铅笔、三角板、图钉、坐标纸之外，下列实验器材中还需要的有_________。（填入正确选项前的字母）

A、刻度尺 B、秒表 C、天平

(2)、引起实验结果出现误差的原因可能是_________。

A、实验中使用密度较小的小球 B、斜槽不光滑，有摩擦 C、小球自由滚下时起始位置不完全相同 D、以斜槽末端紧贴着槽口处作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点O

(3)、实验中，某同学安装实验装置时斜槽末端的切线不水平，导致斜槽的末端Q斜向上与水平方向所成的夹角为θ。该同学在某次实验时，小球离开斜槽的速度大小为v₀ ，建立xQy平面直角坐标系。请根据平抛运动规律写出小球水平方向的位移x与时间t关系式和竖直方向的位移y与时间t关系式。

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5. 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T_OA、T_OB和T_OC ，回答下列问题∶

(1)、改变钩码个数，实验能完成的是_________。

A、钩码的个数N₁ = N₂ = 2，N₃ = 3 B、钩码的个数N₁ = N₃ = 3，N₂ = 6 C、钩码的个数N₁ = N₂ = N₃ = 5 D、钩码的个数N₁ = 3，N₂ = 4，N₃ = 9

(2)、在拆下钩码和绳子前，必要的步骤是__________。

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、记录钩码的个数N₁、N₂、N₃ E、用天平测出钩码的质量

(3)、在作图时，你认为下图中是正确的。（填“甲”或“乙”）

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6. 在用如图所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度α与合力F的关系。

(1)、为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是______；

A、调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行 B、在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上

(2)、某同学得到了如图所示的一条纸带，已知打点计时器的工作频率为50Hz，由此得到小车加速度的大小a=m/s²（结果保留三位有效数字）；

(3)、在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力mg，由此造成系统误差。设拉力的真实值为 $F_{真}$ ，小车的质重为M，为了使 $\frac{m g - F_{真}}{F_{真}} < 5 \frac{0}{0}$ ，应当满足的条件是 $\frac{m}{M} <$ 。

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7. 在“探究加速度与力、质量的关系”时，某班A小组同学按教材中的实验方案组装了一套实验装置如图甲所示，B小组同学自己设计了另一套实验装置如图乙所示。其中B小组同学将拉力传感器测出的拉力F直接认为等于小车所受的合力。

(1)、为了让细线的拉力等于小车所受的合力，A小组同学将木板右侧垫高以补偿小车运动过程中所受的阻力．你认为B小组同学是否应将木板右侧垫高以补偿小车运动过程中所受的阻力：（填“是”、“否”或“无影响”）。

(2)、为了让小盘和重物所受的重力等于细线的拉力，A小组同学让小盘和重物的总质量m远小于小车的总质量M．你认为B小组同学是否必须让小盘和重物的总质量m远小于小车的总质量 $M$ （填“是”或“否”）。

(3)、B小组同学通过对另一条清晰纸带的分析，在 $\frac{s}{t} - t$ 图像中描出了一些点，如图丙所示．则小车运动的加速度大小 $a =$ ${m/s}^{2}$ （结果保留两位有效数字）。

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8. 某实验小组研究小车匀变速直线运动规律的实验装置如图甲所示，打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示，相邻两个计数点之间还有四个计时点未标出。

(1)、图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T=s。

(2)、计数点3对应的瞬时速度大小计算式为v₃=。

(3)、为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a=。

(4)、若计时器工作频率大于50Hz，则根据表达式和题中数据计算出v₃的结果比实际值（填“相等”“偏大”或“偏小”）。

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9. 图1为“验证加速度与质量关系”的实验装置，图2为同时释放小车甲、乙后打出的两条纸带（相邻计数点间均有4个点并未画出）。忽略绳子的质量以及滑轮与绳子间的摩擦。

(1)、测量得到各相邻计数点间的距离如下表所示（单位：cm）：

	S₁（S₁′）	S₂（S₂′）	S₃（S₃′）	S₄（S₄′）	S₅（S₅′）	S₆（S₆′）
纸带甲	3.13	4.38	5.63	6.87	8.13	9.37
纸带乙	3.50	4.49	5.51	6.49	7.51	8.51

可以判断小车（填“甲”或“乙”）的加速度较大。请通过定量分析，说明你的判断依据：。

(2)、测得甲、乙两车质量分别为M₁、M₂ ，加速度分别为a₁、a₂ ，若在误差允许范围内满足（用a₁、a₂、M₁、M₂表示），则验证了加速度与质量的关系。

(3)、欲得到（2）中的实验结论，下列操作必要的有___________。

A、连接小车的细绳与桌面平行 B、平衡两小车和桌面间的摩擦力 C、用天平测量动滑轮和钩码的总质量

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10. 某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”，弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置，分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．

(1)、本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为N；

(2)、下列不必要的实验要求是______；（请填写选项前对应的字母）

A、应测量重物M所受的重力 B、弹簧测力计应在使用前调零 C、拉线方向应与木板平面平行 D、改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

(3)、某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，在保证现有器材不变的情况下怎样调整水平拉力 $F_{B}$ ：。

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11. 如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。某同学在一次实验中打出了一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E、F是纸带上6个依次打的点，打点计时器的电源频率为 $50Hz$ 。该同学用毫米刻度尺测量A点到其它各点的距离，并记录。

(1)、对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______

A、重物选用质量和密度较大的金属锤 B、实验前重物应该靠近打点计时器 C、精确测量出重物的质量 D、用手托稳重物，释放重物后，接通电源

(2)、本实验数据发现重物下落过程重力势能的减少量动能的增加（填“大于”“小于”、“等于”）。为了求出物体在运动过程中受到的阻力，还需测量的物理量是（说明含义并用字母表示）。用还需测得的量及加速度 $a$ 表示物体在运动过程中所受阻力的表达式 $f =$ （当地重力加速度为g）；

(3)、利用以上纸带还可求出当地的重力加速度是 ${m/s}^{2}$ （保留两位有效数字）。

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12. 用如图甲所示的实验装置探究“质量不变时，加速度与合外力的关系”。

(1)、在平衡摩擦力后，测出砂与砂桶的质量m，小车挂上砂与砂桶进行实验，实验中得到的一段纸带如图乙所示，图中x₁=1.39cm，x₂=1.88cm，x₃=2.37cm，x₄=2.87cm，x₅=3.39cm，x₆=3.88cm，已知打点计时器所接的交流电源频率为50Hz，则可求得小车加速度a=m/s²（结果保留两位有效数字）。

(2)、在保持小车质量不变的情况下，改变砂和砂桶质量，重复上述实验。用砂和砂桶的重力。作为小车所受的合力大小F，作出a-F图像，如图所示。由图像可知质量一定时，物体加速度a与合外力F成正比。某同学利用该图像求出小车的质量为kg（结果保留两位有效数字）；由于用砂和砂桶的重力作为小车所受的合力F，所以求得的小车质量与真实值相比（填“偏大”、“偏小”或“相等”）。

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13. 为了探究加速度与力、质量的关系，设计了如图所示的实验装置，小车总质量用M表示（M包括小车和与小车固定的滑轮），钩码总质量用m表示。

(1)、关于实验操作，下列说法正确的是_____________

A、要调整木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力 B、平衡摩擦力时既不要给小车加任何的牵引力，也不要让小车拖着纸带 C、平衡摩擦力后，无论如何改变钩码和小车的质量，都要满足钩码的质量远小于小车的质量 D、改变钩码或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并先接通电源，后放开小车

(2)、在满足实验的操作要求下，改变钩码质量重复多次实验，以传感器的示数F为横坐标，通过纸带计算出的加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，求得图线的斜率为k，则滑块的质量M =

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14. 如图甲所示，是“探究加速度与物体受力和质量的关系”的实验装置。部分实验步骤如下：
⑴将一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，有定滑轮的一端伸出桌面，并将电火花计时器固定在木板的另一端，并接好电源；

⑵将力传感器固定在木板上的小车前端，然后，通过--轻细线跨过定滑轮与砂桶连接在一起，并在小车另一端固定一条光滑的纸带，同时将纸带穿过电火花计时器的限位孔；

⑶保证小车的质量不变，先往砂桶中添上适当的砂后接通电源，将小车由靠近电火花计时器处由静止释放，打出一条纸带，并记下此时力传感器的示数F，通过打出的纸带计算出小车运动的加速度a；

⑷再在砂桶中添加适当的砂，换用新的纸带，重复步骤(3)，得到多组 $F 、 a$ 数据，并作出小车运动的 $a - F$ 图像。则：

①实验中，若F要作为小车受到的合外力，那么，缺少了一个重要的步骤是；

②为了使实验结果更加准确或合理，下列说法中正确或必须的是；(填正确答案标号)

A．实验中必须满足砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M

B．实验前可将小车由木板上任意位置释放，然后再接通电源

C．实验中应通过调节定滑轮的高度使细线与木板平面平行

D．实验中为了测出小车所受的合力应测出砂和砂桶的总质量m

③如图乙所示，为某次实验得到的一纸带，打出的每5个点作为一个计数点，其中， $A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F$ 为计数点，只测出了计数点 $A B$ 和 $E F$ 间的距离，所用电源的频率为 $50Hz$ ，则由纸带数据测得小车运动的加速度大小为 ${m/s}^{2}$ (保留两位有效数字)；

④如图丙所示，是根据实验测得的多组 $a 、 F$ 数据做出的 $a - F$ 图像，由图可知，小车和力传感器的总质量m为kg，小车与木板间的滑动摩擦力为N。

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15. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，

(1)、某组同学用如图所示装置（图中小车的质量远大于塑料桶及桶内砝码的质量），采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系。下列措施中需要的是______；

A、平衡擦擦力使小车受到的合力就是细蝇对小车的拉力 B、平衡擦擦力的方法就是在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动 C、每次改变小车拉力后都需要重新平衡摩擦力 D、实验中通过在塑料桶内增加砝码来改变小车受到的拉力

(2)、某组同学实验得出数据，画出的a— $\frac{1}{M}$ 的关系图线如图所示。从图象中可以看出，作用在物体上的恒力F = N。当物体的质量为2.5kg时，它的加速度为m/s²。

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16. 某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连。

实验步骤如下：

①接通M的开关，吸住小球；

②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h₁；

③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h₁的时间，平均值为t₁；

④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h₂ ，重复测量3次对应于h₂的时间，平均值为t₂。

完成下列问题：

(1)、本实验所用器材有；铁架台、电源电磁铁、光电门、数字计时器，小球和___________（填入正确选项前的字母）。

A、天平 B、刻度尺 C、游标卡尺

(2)、重力加速度大小可表示为g=（用h₁、t₁、h₂、t₂表示）。

(3)、另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不变而改变A的位置，那么该组同学（填“能”或“不能”）正确测得重力加速度。

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17. 用如图1所示的实验装置测量木块与长木板间的动摩擦因数 $μ$ 。把左端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，载有砝码的木块右端连接穿过打点计时器的纸带，左端连接细线，细线绕过定滑轮挂有槽码，木块在槽码的牵引下运动通过纸带测量木块的加速度，并测出木块与砝码的总质量M，槽码的总质量m，计算木块与木板之间的摩擦力f。改变M和m进行多次实验。

(1)、下列实验操作步骤，正确顺序是；
①释放木块

②接通打点计时器电源

③将木板固定在水平桌面上

④调节滑轮高度使细线与木板平行

⑤将纸带穿过打点计时器的限位孔并固定在木块上

(2)、实验打出的一段纸带如图2所示打点计时器的工作频率为50Hz，图中纸带按实际尺寸画出，则木块的加速度为m/s²；

(3)、甲同学测得的数据见下表。

M/kg

0.700

0.600

0.500

0.400

0.300

f/N

2.48

2.18

1.80

1.50

1.16

请根据表中的数据，在方格纸上作出f-M图像；

(4)、已知重力加速度g=9.80m/s² ，可求得该木块与木板的动摩擦因数 $μ$ =；

(5)、乙同学用(3)问表中的数据逐一计算出每次测量的 $μ$ 值，取其平均值作为测量结果。他发现该值比甲同学在(4)问中得出的 $μ$ 值大。你认为哪位同学的结果更准确，请简要说明理由。

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18. 某同学利用如图（a）所示的装置测量滑块与长金属板之间的动摩擦因数和当地重力加速度。金属板固定于水平实验台上，一轻绳跨过轻滑轮，左端与放在金属板上的滑块（滑块上固定有宽度为d=2.000cm的遮光条）相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=6个，每个质量均为m₀=0.010kg。
实验步骤如下：

①在金属板上适当的位置固定光电门A和B，两光电门通过数据采集器与计算机相连。

②用电子秤称量出滑块和遮光条的总质量为M=0.150kg。

③将n（依次取n=1，2，3，4，5，6）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码固定在滑块上。用手按住滑块，并使轻绳与金属板平行。接通光电门，释放滑块。计算机自动记录：

i.遮光条通过光电门A的时间△t₁；

ii.遮光条通过光电门B的时间△t₂；

iii.遮光条的后端从离开光电门A到离开光电门B的时间△t₁₂；

④经数据处理后，可得到与n对应的加速度a并记录。

回答下列问题：

(1)、在n=3时，△t₁=0.0289s，△t₂=0.0160s，△t₁₂=0.4040s。
i.忽略遮光条通过光电门时速度的变化，滑块加速度的表达式为a₁= ，其测量值为m/s²（计算结果保留3位有效数字。通过计算机处理得到 $\frac{1}{Δ t_{1}}$ =34.60s^-1 ， $\frac{1}{Δ t_{2}}$ =62.50s^-1）；

ii.考虑遮光条通过光电门时速度的变化，滑块加速度的测量值a₂a₁（填“大于”“等于”或“小于”）。

(2)、利用记录的数据拟合得到a-n图象，如图（b）所示，该直线在横轴上的截距为p、纵轴上的截距为q。用已知量和测得的物理量表示滑块与长金属板之间动摩擦因数的测量值 $μ$ = ，重力加速度的测量值g=（结果用字母表示）。

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