高考物理 真题和模拟题分项汇编 专题18 力学实验（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

专题18 力学实验1（2019·新课标全国卷）某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是 点，在打出C点时物块的速度大小为 m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为 m/s2（保留2位有效数字）。【答案】（1）A （2）0.233 （3）0.75【解析】分析可知，物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A到E，间隔越来越大，可知，物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点瞬间，物块的速度；根据逐差法可知，物块下滑的加速度。2（2019·新课标全国卷）如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：（1）铁块与木板间动摩擦因数= （用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为 （结果保留2位小数）。【答案】（1） （2）0.35【解析】（1）由mgsin-mgcos=ma，解得：=（2）由逐差法a= 得：SII=（76.39-31.83）×10-2 m，T=0.15 s，SI=（31.83-5.00）×10-2m，故a= m/s2=1.97 m/s2，代入式，得：=0.353（2019·新课标全国卷）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_。（填正确答案标号）A米尺B秒表C光电门D天平（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：_。（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g=_m/s2。（保留2位有效数字）【答案】（1）A （2）将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺 （3）9.7【解析】此实验用数码相机替代打点计时器，故实验原理是相同的，仍然需要米尺来测量点与点之间的距离；就本实验而言，因为是不同照片，所以是测量连续几张照片上小球位置之间的距离；加速度求解仍然用逐差法计算，注意是bc与ab之间的距离差。4（2019·北京卷）用如图1所示装置研究平地运动。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点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下列实验条件必须满足的有_。A斜槽轨道光滑B斜槽轨道末段水平C挡板高度等间距变化D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。a取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行。b若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则_（选填“大于”、“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为_（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。（3）为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_。A从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹 C将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹（4）伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_。A在水平方向上做匀速直线运动B在竖直方向上做自由落体运动C在下落过程中机械能守恒（5）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因。【答案】（1）BD （2）球心 需要 大于 （3）B （4）B （5）利用平抛运动的轨迹的抛物线和圆周运动知识证明即可【解析】根据平抛运动的规律：水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动解答。（1）本实验中要保证小球飞出斜槽末端时的速度为水平，即小球做平抛运动，且每次飞出时的速度应相同，所以只要每次将小球从斜槽上同一位置由静止释放即可，故BD正确；（2）a.平抛运动的起始点应为钢球静置于Q点时，钢球的球心对应纸上的位置，由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动，所以在确定y轴时需要y轴与重锤线平行；b.由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为可知，由于A点不是抛出点，所以；设AB，BC间所用的时间为T，竖直方向有：，水平方向有：，联立解得：；（3）A项：从细管水平喷出稳定的细水柱，由于细水柱射出后受到空气阻力的作用，；且水的液面高的时候速度大，液面低的时候速度小，故不可行；B项：用频闪照相在同一底片上记录小球不同时刻的位置即平抛运动的轨迹上的点，平滑连接在一起即为平抛运动轨迹，所以此方案可行；C项：将铅笔垂直于竖直的白板放轩，以一定初速度水平抛出，笔尖与白纸间有摩擦阻力的作用，所以铅笔作的不是平抛运动，故此方案不可行；（4）由平抛运动竖直方向运动可知，时间，所以只要高度相同，时间相同，故B正确；（5）由平抛运动可知，竖直方向：，水平方向：，联立解得：，即抛出物体的轨迹为抛物线，当抛出的速度越大，在抛物线上某点的速度足以提供该点做圆周运动的向心力时，物体的轨迹从抛物线变为圆。5（2019·江苏卷）某兴趣小组用如题10-1图所示的装置验证动能定理（1）有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：A电磁打点计时器B电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择 （选填“A”或“B”）；（题10-1图）（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动看法正确的同学是 （选填“甲”或“乙”）；（3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码接通打点计时器电源，松开小车，小车运动；纸带被打出一系列点，其中的一段如题10-2图所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA= m/s；（题10-2图）（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L小车动能的变化量可用Ek=算出砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；实验中，小车的质量应 （选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出，多次测量，若W与Ek均基本相等则验证了动能定理。【答案】（1）B （2）乙 （3）0.31（0.300.33都算对） （4）远大于【解析】（1）为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选电火花打点计时器即B；（2）当小车开始运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力，由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，所以甲同学的看法错误，乙同学的看法正确；（3）由图可知，相邻两点间的距离约为0.62 cm，打点时间间隔为0.02 s，所以速度为；（4）对小车由牛顿第二定律有：，对砝码盘由牛顿第二定律有：，联立解得：，当时，有：，所以应满足：。6（2019·浙江选考）（1）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是A在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行B每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可C橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上D描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些（2）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前段各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图1所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。请指出图2中错误之处：_。调整好装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2，则两车的加速度之比为_。【答案】（1）AD （2）拉小车的细绳与木板没有平衡，托盘和砝码的总质量m没有远小于小车的质量M 【解析】（1）弹簧秤是否与木板平面平行，将会影响弹簧秤的读数，即力的大小，A正确；两次拉橡皮筋，要使橡皮筋的结点到达同一位置，并不是两次拉橡皮筋的伸长量相同，也不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上，BC错误；在记录力的方向时，同一细绳方向的两点要远些，作图时产生的角度误差会减小，D正确；（2）实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力，则必须满足托盘和砝码的总质量远远小于小车的质量，从图2可知托盘的质量150 g，小车的质量200 g，达不到要求；拉小车的细绳与木板没有平行；两小车的运动时间相同，根据位移时间公式可得。7（2019·浙江选考）小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动。图1 图2（1）小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_mm。又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h。为完成实验，还需要测量的物理量有：_。（2）若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_（选填“小于”、“等于”或“大于”）粘合前单摆的周期（摆角小于5°）。【答案】（1）14.40 （2）小球B质量m2，碰后小球A摆动的最大角 （3）大于【解析】（1）球的直径为d=14 mm+×8 mm=14.40 mm；根据机械能守恒定律可得碰撞前瞬间球A的速度（），碰撞后仍可根据机械能守恒定律计算小球A的速度，所以需要小球A碰后摆动的最大角；小球B碰撞后做平抛运动，根据根据平抛运动规律可得小球B的速度，要求B的动量所以需要测量小球B的质量；（2）黏在一起后，球的重心发生变化，如图所示，摆长发生变化，故根据单摆周期可得周期变大。8（2019·陕西省西安市高三第三次质量检测）某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒。（1）对于该实验，下列说法正确的是_A入射小球和被碰小球应该质量相同、半径相同B要确保斜槽轨道光滑，其末端水平C入射小球可以斜槽上不同位置释放，但必须由静止释放D实验只需要直尺和天平两个测量工具即可E在地面上要依次铺上复写纸、白纸，以确定小球的落点F在调整斜槽末端水平时，将小球放在斜槽末端不同位置都能静止即可G槽口必须悬挂一个重锤线，以便确定槽口在地面的投影位置H实验必须测出离地面的高度，以便求出小球做平抛运动的时间I实验需要用游标卡尺测出小球直径，以便准确求出小球做平抛运动的时间J图中标出小球落点是小球多次实验落点中最清晰的点（2）未放被碰小球和放上被碰小球时入射小球前后两次的落地位置分别为图中的_、_两点；若入射小球的质量为，被碰小球的质量为，则实验需要验证的表达式为_。【答案】（1）DFG （2）P M 【解析】（1）入射小球质量大于被碰小球质量相同、两球半径相同，A错误；入射小球以同一速度碰撞被碰小球，然后做平抛运动，BC错误；在地面上要依次铺上白纸、复写纸，以确定小球的落点，E错误；小球落地时间相同，等式两边可以约去，不需测量，HI错误；图中标出小球落点M、N、P是小球多次实验落点的平均值，J错误。（2）入射小球前后两次的落地位置分别为图中的P、M两点；若入射小球的质量为，被碰小球的质量为，则实验需要验证的表达式为。9（2019·广东省揭阳市高三模拟）某实验小组采用图甲所示的装置“探究动能定理”即探究小车所受合外力做功与小车动能的变化之间的关系。该小组将细绳一端固定在小车上，另一端绕过定滑轮与力传感器、重物相连。实验中，小车在细绳拉力的作用下从静止开始加速运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，力传感器记录细绳对小车的拉力大小。（1）实验中为了把细绳对小车的拉力视为小车的合外力，要完成的一个重要步骤是_；（2）若实验中小车的质量没有远大于重物的质量，对本实验_影响（填“有”或“没有”）； （3）实验时，下列物理量中必须测量的是_。A长木板的长度LB重物的质量mC小车的总质量M（4）实验中，力的传感器的示数为F，打出的纸带如图乙。将打下的第一个点标为O，在纸带上依次取A、B、C三个计数点。已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C三点到O点的距离分别为x1、x2、x3。则从打O点到打B点过程中，探究结果的表达式是：_（用题中所给字母表示）。【答案】（1）平衡摩擦力 （2）没有 （3）C （4）【解析】（1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使细线的拉力等于其合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力；（2）由于有力传感器测量绳的拉力，则没必要使小车质量远大于重物和力传感器的总质量，即对实验没有影响；（3）由题可知，小车的合力即力传感器的示数，由纸带可求得小车运动某段距离时对应的速度，由原理，所以一定要测量的物理量为小车的质量，故C正确；（4）从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功，B点的速度，小车动能的增加量，探究结果的表达式是：。10（2019·福建省厦门外国语学校高三最后模拟）某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律，在铁架台上安装有一电磁铁（固定不动）和一光电门（可上下移动），电磁铁通电后将钢球吸住，然后断电，钢球自由下落，并通过光电门，计时装置可测出钢球通过光电门的时间。（1）用10分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图乙所示，可知钢球的直径D=_cm。 （2）多次改变光电门的位置，测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h（hD），并计算出小球经过光电门时的速度v，若空气阻力可以忽略不计，则下列关于v2-h的图象正确的是_（3）钢球通过光电门的平均速度_（选填“大于”或“小于”）钢球球心通过光电门的瞬时速度。【答案】（1）0.96 （2）B （3）小于【解析】（1）游标卡尺的主尺读数为：0.9 cm，游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.1×6 mm=0.6 mm，所以最终读数为：0.96 cm；（2）利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故：根据机械能守恒的表达式有：，那么关于v2-h的图象应该是一条过原点的倾斜直线，故B正确；（3）根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。11（2019·河北省承德一中模拟）（1）实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。下列表述正确的是_；Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比（2）另一实验小组在在同一实验的研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为h=35.0 cm，且开口向下的小筒中（没有外力作用时弹簧的下端位于筒内，用测力计可以同弹簧的下端接触），如图甲所示，若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力F，作出F-l图象如图乙所示，则弹簧的劲度系数为k =_N/m，弹簧的原长l0=_cm【答案】（1）B （2）200 25【解析】（1）在图象中横截距表示弹簧的原长，故a的原长比b的短，故A错误； 在图象中斜率表示弹簧的劲度系数k，故a的劲度系数比b的大，故B正确、C错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误，故选B。（2）根据胡克定律F与l的关系式为：F=k（l+h-l0）=kl+k（h-l0），从图象中可得直线的斜率为2 N/cm，截距为20 N，故弹簧的劲度系数为：k=2 N/cm=200 N/m；由k（h-l0）=20 N；于是：l0=25 cm。12（2019·新疆自治区新疆兵团第二师华山中学模拟）某同学利用图甲所示的实验装置，探究加速度与力、质量的关系。实验中打点计时器电源的频率为50 Hz。（1）实验过程中，某同学发现操作有误，当砝码盘及砝码下降一段时间后，赶紧用手托住砝码盘，小车继续拖着纸带在木板上运动，但没有到达滑轮处。打出的纸带如图乙所示，从纸带上点迹分析，该同学在实验操作中发现的问题可能是_。（2）图乙中，相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s。则计数点3对应的速度大小是_，小车减速运动过程中加速度的大小是_。（结果保留两位有效数字）（3）该实验中，改变拉力或小车质量后，在实际操作过程中，对小车所放的位置、接通电源与放开小车的先后顺序及小车运动的控制等描述，你认为正确的是_。A小车应尽量远离打点计时器，先放开小车后接通电源，在小车到达滑轮前按住小车B小车应尽量靠近打点计时器，先接通电源后放开小车，让小车一直到与滑轮相撞为止C小车应尽量靠近打点计时器，先接通电源后放开小车，在小车到达滑轮前按住小车D小车应尽量放在打点计时器与滑轮的中间，先接通电源后放开小车，在小车到达滑轮前按住小车【答案】（1）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 （2）0.30 m/s 0.40 m/s2 （3）C【解析】（1）由题意知，第5点以后，间距是逐渐减小的，显然小车在做减速直线运动，则小车是未平衡摩擦力或平衡不足；（2）根据匀变速直线运动的推论，则有打下3点的速度m/s，根据匀变速直线运动的推论公式，得：m/s2，则加速度的大小为0.40 m/s2；（3）根据打点计时器的使用要求，就先通电再释放小车，且小车应尺量靠近打点计时器，C合理。13（2019·辽宁省辽南协作体高三模拟）如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置。（1）请把下面的实验步骤补写完整三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示.你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗?答_（选填“有”或“没有”，不必说明理由）记录_以及_。三段绳子上的拉力FA、FB、FC才可用钩码数量来表示，根据记录的数据作出力的图示FA、FB、FC以FA、FB不为邻边，画出平行四边形，如果平行边形的对角线所表示的力与_（选填FA、FB、FC）近似相等，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则（2）在图中A、B、C三段绳子上分别悬挂了5、4、5个钩码而静止不动，图中OA、OB两段绳子与竖直方向的夹角分别为、，如果本实验是成功的，那么应接近于_。【答案】（1）没有 三段绳子悬挂的钩码个数 三段绳子的方向 FC （2）【解析】（1）实验中钩码都是相同的，一个钩码受到的重力为一个单位力，只要计钩码的个数即可，故没有必要测量钩码的重力。该实验采用等效法，需要记录三段绳子上挂的钩码数，以及三段绳子的方向；以FA、FB为邻边，画出平行四边形，如果FA、FB所夹的对角线与FC，近似共线等长，说明FA、FB所夹的对角线表示的力即为FA、FB的合力，即验证了力的平行四边形定则。（2）作图几个力的关系如图所示：根据正弦定理有：，且，解得：。