2020--2022年全国高考物理三年真题汇编:力学实验
试卷更新日期:2022-07-11 类型:二轮复习
一、实验探究题
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1. 某同学利用如图所示的装置测量重力加速度,其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度,令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔 。(1)、除图中所用的实验器材外,该实验还需要(填“天平”或“刻度尺”);(2)、该同学测得遮光带(透光带)的宽度为 ,记录时间间隔的数据如表所示,
编号
1遮光带
2遮光带
3遮光带
…
73.04
38.67
30.00
…
根据上述实验数据,可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为 (结果保留两位有效数字);
(3)、某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为 ,则重力加速度 (用d、 表示);(4)、该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度,请写出一条可能的原因: 。2. 某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律,实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k,原长为L0 , 钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为 ,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,当地的重力加速度大小为g。(1)、在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为 , 钩码的动能增加量为 , 钩码的重力势能增加量为。
(2)、利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图3所示。由图3可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因是。3.(1)、①“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图1所示,长木板水平放置,细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分,以计数点O为位移测量起点和计时起点,则打计数点B时小车位移大小为cm。由图3中小车运动的数据点,求得加速度为m/s2(保留两位有效数字)。②利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验,需调整的是(多选)。
A.换成质量更小的车 B.调整长木板的倾斜程度
C.把钩码更换成砝码盘和砝码 D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角
(2)、“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示,在该实验中,
①下列说法正确的是(单选);
A.拉着细绳套的两只弹簧秤,稳定后读数应相同
B.在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点
C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦
D.测量时,橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板
②若只有一只弹簧秤,为了完成该实验至少需要(选填“2”、“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O。
4. 小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图(a)所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:⑴查找资料,得知每枚硬币的质量为 ;
⑵将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度 ,记录数据如下表:
序号
1
2
3
4
5
硬币数量 /枚
5
10
15
20
25
长度
10.51
12.02
13.54
15.05
16.56
⑶根据表中数据在图(b)上描点,绘制图线;
⑷取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示,此时橡皮筋的长度为cm;
⑸由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为g(计算结果保留3位有效数字)。
5. 某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图(a) 所示,将一根米尺竖直固定,在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球,小球下落途经某位置时,使用相机对其进行拍照,相机曝光时间为 s。由于小球的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H、小球在曝光时间内移动的距离 。计算出小球通过该位置时的速度大小v,进而得出重力加速度大小g。实验数据如下表∶次数
1
2
3
4
5
/cm
0.85
0.86
0.82
0.83
0.85
v/(m·s-1)
4.25
4.10
4.15
4.25
H/m
0.9181
0.9423
0.8530
0.8860
0.9231
(1)、测量该小球直径时,游标卡尺示数如图(b)所示,小球直径为mm。(2)、在第2次实验中,小球下落H =0.9423m时的速度大小v=m/s(保留3位有效数字);第3次实验测得的当地重力加速度大小g=m/s2(保留3位有效数字)。(3)、可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有_______。A、适当减小相机的曝光时间 B、让小球在真空管中自由下落 C、用质量相等的实心铝球代替实心钢球6. 某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:
⑴用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图(b)所示,h=cm;⑵接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平;
⑶在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度;
⑷在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a;
⑸在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表:
n
1
2
3
4
5
6
0.087
0.180
0.260
0.425
0.519
根据表中数据在图(c)上描点,绘制图线。
如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是 (保留三位有效数字)。7. 某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数,缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数 ,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。n
1
2
3
4
5
6
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
(1)、利用 计算弹簧的压缩量: , , cm,压缩量的平均值 cm;(2)、上述 是管中增加个钢球时产生的弹簧平均压缩量;(3)、忽略摩擦,重力加速度g取 ,该弹簧的劲度系数为N/m。(结果保留3位有效数字)8. 某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)
(1)、小球运动到图(b)中位置A时,其速度的水平分量大小为m/s,竖直分量大小为 m/s;(2)、根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为 m/s2。9. 为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒,某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验。此外可使用的实验器材还有:天平、游标卡尺、刻度尺。(1)、某同学设计了如下的实验步骤,其中不必要的步骤是;①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ,并连接数字毫秒计;
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m;
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l;
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态;
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处,由静止开始释放,从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间 、 ;
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度 、 ;
⑧改变气垫导轨倾斜程度,重复步骤⑤⑥⑦,完成多次测量。
(2)、用游标卡尺测量遮光条的宽度d时,游标卡尺的示数如图所示,则 ;某次实验中,测得 ,则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度 (保留3位有效数字);(3)、在误差允许范围内,若 (用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示,已知重力加速度为g),则认为滑块下滑过程中机械能守恒;(4)、写出两点产生误差的主要原因:。10.(1)、在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图1所示的装置,让重物从静止开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图2所示。O点是打下的第一个点,A、B、C和D为另外4个连续打下的点。①为了减小实验误差,对体积和形状相同的重物,实验时选择密度大的理由是。
②已知交流电频率为 ,重物质量为 ,当地重力加速度 ,则从O点到C点,重物的重力势能变化量的绝对值 J、C点的动能 J(计算结果均保留3位有效数字)。比较 与 的大小,出现这一结果的原因可能是。
A.工作电压偏高 B.存在空气阻力和摩擦力 C.接通电源前释放了纸带
(2)、图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:①观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是。(单选)
A.旋转测量头 B.增大单缝与双缝间的距离 C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距,正确的做法是 (单选)
A.减小单缝与光源间的距离 B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离 D.增大双缝与测量头间的距离
11.(1)、用如图所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车,盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出,以小车为研究对象,改变砝码质量,便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。①关于这个实验,下列说法正确的是;
A.需要补偿小车受到阻力的影响
B.该实验装置可以“验证机械能守恒定律”
C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行
D.需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量
②如图2所示是两条纸带,实验时打出的应是第条(填写“I”或“II”)纸带;
③根据实验数据,在坐标纸上画出的W-v2图象是一条过原点的直线,据此图象(填“能”或“不能”)求出小车的质量。
(2)、小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时,发现只有3枚大头针,他把大头针A、B、C插在如图所示位置,并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图 , 标出入射角i和折射角r,并写出折射率n的计算式。12. 某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图(b)给出的数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小vB=m/s,打出P点时小车的速度大小vP=m/s(结果均保留2位小数)。
若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为。
13.(1)、做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图甲是教材中的实验方案;图乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:(ⅰ)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ⅱ)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到 的关系。
①实验获得如图所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小 (保留两位有效数字);
②需要满足条件 的方案是(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”);在作 图象时,把 作为F值的是(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。
(2)、某同学用单摆测量重力加速度,①为了减少测量误差,下列做法正确的是(多选);
A.摆的振幅越大越好
B.摆球质量大些、体积小些
C.摆线尽量细些、长些、伸缩性小些
D.计时的起、止位置选在摆球达到的最高点处
②改变摆长,多次测量,得到周期平方与摆长的关系图象如图所示,所得结果与当地重力加速度值相符,但发现其延长线没有过原点,其原因可能是。
A.测周期时多数了一个周期
B.测周期时少数了一个周期
C.测摆长时直接将摆线的长度作为摆长
D.测摆长时将摆线的长度加上摆球的直径作为摆长
14.(1)、某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。①为了正确完成实验,以下做法必要的是。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次应使钢球从静止开始释放
C.使斜面的底边ab与桌边重合
D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动 ,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为 、 、 ,示意如图2。重力加速度 ,钢球平抛的初速度为m/s。
③图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是。
(2)、某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。电压表 (量程 ,内阻约为 )
电流表 (量程 ,内阻约为 )
滑动变阻器 ( ,额定电流 )
待测电池组 (电动势约为 ,内阻约为 )
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是。
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的端(填“a”或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为 的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出 图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为V,内阻为 。(结果均保留两位有效数字)
15. 2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:(i)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
(ii)调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
(iii)该同学选取部分实验数据,画出了 -t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6 m/s2。
(iv)再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)、当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示。由图像可得,物块过测量参考点时速度的大小为m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为m/s2。(结果均保留2位有效数字)(2)、根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为 m/s2。(结果保留2位有效数字,sin37°= 0.60,cos37°=0.80)16. 在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:(1)、为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是:________(选填选项前的字母)。A、小车质量相同,钩码质量不同 B、小车质量不同,钩码质量相同 C、小车质量不同,钩码质量不同(2)、某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度 与质量 的7组实验数据,如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出 图像。次数
1
2
3
4
5
6
7
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
(3)、在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是:__________(选填选项前的字母)。A、使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力 B、若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力 C、无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力 D、让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力二、综合题
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17. 某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器,另一端连接小钢球,如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放,使小钢球在竖直平面内摆动,记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置,重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线,如图乙所示。(1)、若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为。(2)、由图乙得:直线的斜率为 , 小钢球的重力为N。(结果均保留2位有效数字)(3)、该实验系统误差的主要来源是 (单选,填正确答案标号)。A、小钢球摆动角度偏大 B、小钢球初始释放位置不同 C、小钢球摆动过程中有空气阻力18. 在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨;
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为 ,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
回答以下问题(结果均保留两位有效数字):
(1)、弹簧的劲度系数为 。(2)、该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出 图像如图丙中I所示,由此可得滑块与加速度传感器的总质量为kg。(3)、该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的 图像Ⅱ,则待测物体的质量为kg。19. 利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为 的滑块A与质量为 的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小 和 ,进而分析磁通过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:
⑴调节导轨水平.
⑵测得两滑块的质量分别为 和 。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为kg的滑块作为A。
⑶调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离 与B的右端到右边挡板的距离 相等。
⑷使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间 和 。
⑸将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。
1
2
3
4
5
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33
⑹表中的 (保留2位有效数字)。
⑺ 的平均值为 , (保留2位有效数字)。
⑻理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是否为弹性碰撞可由 判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则 的理论表达式为(用 和 表示),本实验中其值为(保留2位有效数字),若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内,则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
20. 用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻( )开始的一段时间内,该飞行器可视为沿直线运动,每隔 测量一次其位置,坐标为x,结果如下表所示:0
1
2
3
4
5
6
0
507
1094
1759
2505
3329
4233
回答下列问题:
(1)、根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动,判断的理由是:;(2)、当 时,该飞行器速度的大小 ;(3)、这段时间内该飞行器加速度的大小 (保留2位有效数字)。