人教版高三第二轮专题复习（十四） 力学实验

一、实验题

1. 难度：简单

图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．

①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________．

②ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距s __________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．

2. 难度：简单

使用如图所示的气垫导轨装置进行实验测物体加速度a．其中G₁、G₂为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器M通过G₁、G₂光电门时，光束被遮挡的时间△t₁、△t₂都可以被测量并记录．挡光片宽度为d，光电门间距离为s，回答下列问题：

（1）物体通过G₁的速度为______（用d、△t₁表示）

（2）物体的加速度a=______（用d、s、△t₁和△t₂表示）

3. 难度：中等

某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。

（1）如图甲所示，将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在________方向（填“水平”或“竖直”）。

（2）弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L₀，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L_x；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L₁至L₆，数据如下表：

代表符号	L0	L x	L 1	L 2
数值（cm）	23.35	27.35	29.35	31.30
代表符号	L 3	L 4	L 5	L 6
数值（cm）	33.4	35.35	37.40	39.30

表中有一个数值记录不规范，代表符号为________。由表可知所用刻度尺的分度值为________。

（3）如图乙是该同学根据表中数据所作的图象，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值（填“L₀”或“L_x”）。

（4）由图乙可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过表中数据可知砝码盘的质量为________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s²）。

（5）该同学在测量时没有考虑弹簧的自重，则弹簧劲度系数的测量值与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“相等”）。

4. 难度：中等

在进行“探究共点力合成的规律”的实验中，用如图(a)所示的两个力拉弹簧使之伸长至某一位置，并适当调整力的方向，使两力之间的夹角为90°。(图中钩码规格相同)

(1)换用一根线牵引弹簧(图(b)，使弹簧的伸长量与两个力作用时相同，此时需要挂___________个与图甲中相同规格的钩码。

(2)你对合力与分力遵循什么样的规律作出的猜想是___________。

(3)本实验采用的科学方法是___________。

A.理想实验    B.等效替代    C.控制变量    D.物理模型

5. 难度：中等

某研究性学习小组分别用如图所示的装置进行以下实验：“探究加速度与合外力的关系”．装置中，小车质量为M，砂桶和砂的总质量为m，通过改变m来改变小车所受的合外力大小，小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出．现保持小车质量M不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量m进行多次实验，得到多组a、F值（F为弹簧测力计的示数）．

（1）为了减小实验误差，下列做法正确的是______________．

A．需平衡小车的摩擦力

B．砂桶和砂的总质量要远小于小车的质量

C．滑轮摩擦足够小，绳的质量要足够轻

D．先释放小车，后接通打点计时器的电源

（2）某同学根据实验数据画出了如图所示的一条过坐标原点的倾斜直线，其中纵轴为小车的加速度大小，横轴应为______________．

A．           

B．             

C．            

D．

（3）当砂桶和砂的总质量较大导致a较大时，图线______________．

A．逐渐偏向纵轴

B．逐渐偏向横轴

C．仍保持原方向不变

（4）图为上述实验中打下的一条纸带，A点为小车刚释放时打下的起始点，每两点间还有四个计时点未画出，测得AB=2.0 cm、AC=8.0 cm、AE=32.0 cm，打点计时器的频率为50 Hz，小车的加速度为________m/s²．

6. 难度：简单

某同学设计如图所示装置来探究动能定理。带有水平部分的斜槽固定在地面上(固定部分没有画出)，斜槽面倾角为θ，在E点与水平部分平滑连接。水平部分高度为H，末端F点在水平地面上的投影点记为O点。O点右侧铺一张白纸，上面铺上复写纸以记录落点位置。先让可视为质点的滑块从斜槽面上的某一点释放，恰好运动到F点，该释放点记为M点。在斜槽上作出N、P、Q点，且MN=NP=PQ。然后分别让滑块从N点、P点、Q点由静止释放落到水平地面白纸上的A₁、A₂、A₃点。已知斜槽面各处粗糙程度相同。则

(1)利用“倍增法”来探究动能定理的过程中，斜槽面的倾角θ，斜槽水平部分的高度H是否必须测量____(填“是”或“否”)？在实验误差允许的范围内，满足OA₁：OA₂：OA₃= __________，动能定理得到验证。

(2)若斜槽的倾角θ，桌面高度H在实验前已被测定。有人想借助该装置测定斜槽面与滑块间的动摩擦因数μ，必须要测定的物理量（______）

A.滑块质量                          B.当地的重力加速度g

C.释放点到M点的距离x₁             D.滑块落地点到O点的距离x₂

7. 难度：中等

某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度为g=9.80m/s²．实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图（b）所示．纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离h_A、h_B和h_C的值．回答下列问题（计算结果保留3位有效数字）

（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小v_B=_____m/s；

（2）通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据_________________________．

8. 难度：困难

用如图1实验装置验证m₁、m₂组成的系统机械能守恒。m₂从高处由静止开始下落，m₁上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，经过数据分析即可验证机械能守恒定律。图2给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示。已知m₁＝50 g、m₂＝150 g，则（结果保留两位有效数字）

（1）在纸带上打下记数点5时的速度v＝________ m/s。

（2）在0～5过程中系统动能的增量ΔE_k＝________ J，系统势能的减少量ΔE_p＝________ J（计算时g取10 m/s²）。由此得出的结论是：______________________。

（3）若某同学作出­h图象如图3，则当地的重力加速度g＝________ m/s²。

9. 难度：简单

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）．

10. 难度：中等

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0.1s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=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=___m/s²．（保留2位有效数字）

11. 难度：中等

如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．

现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s²，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．

12. 难度：困难

.某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．

(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为4.0 N.

(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F₁＝4.2 N和F₂＝5.6 N.

(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F₁、F₂的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F_合；（____）

(ⅱ)F_合的大小为________N，F_合与拉力F的夹角的正切值为________．

若F_合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平等四边行定则

13. 难度：简单

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μ=______（用木板与水平面的夹角θ、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θ=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）．

14. 难度：困难

如图所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．

 

(1)打点计时器使用的电源是_________（选填选项前的字母）．

A.直流电源    B.交流电源

(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是_______（选填选项前的字母）．

A.把长木板右端垫高       B.改变小车的质量

(3)在不挂重物且______（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．

A.计时器不打点     B.计时器打点

(4)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O．在纸带上依次去A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T．测得A、B、C……各点到O点的距离为x₁、x₂、x₃……，如图所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点打B点的过程中，拉力对小车做的功W=_______，打B点时小车的速度v=________．

(5)以v²为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作如图所示的v²–W图象．由此图象可得v²随W变化的表达式为_________________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v²这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_________．

(6)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映v²–W关系的是______________．

A.  B.  C.  D.

15. 难度：中等

如图所示，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．

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.两限位孔在同一竖直面内上下对正

C.精确测量出重物的质量

D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物

某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有______．

A.OA、AD和EG的长度          

B、OC、BC和CD的长度

C.BD、CF和EG的长度           

D、AC、BD和EG的长度

16. 难度：中等

用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．

主要实验步骤如下：

a．安装好实验器材．接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．

b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示．

c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v₁、v₂、v₃、v₄、v₅……

d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示．

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)．

A．电压合适的50 Hz交流电源

B．电压可调的直流电源

C．刻度尺

D．秒表

E．天平(含砝码)

（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v-t图像_____________．

（3）观察v-t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________．v-t图像斜率的物理意义是______________________．

（4）描绘v-t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)．

（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的．当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想．请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_____________________．

17. 难度：中等

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)(多选题)下列能减小实验误差的措施是___________。(请填写选项前对应的字母)

A.让重物M的质量适当大一些

B.弹簧测力计应在使用前校零

C.弹簧测力计B所拉的细绳套应尽可能保持水平方向

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，请你提出两个解决办法。

方法一：___________________________，方法二：______________________________。

18. 难度：简单

某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示．

该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算．

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________.

（2）已测得=8.89cm，=9.5.cm，=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%．由此推算出为________ Hz．

19. 难度：中等

如图甲所示为阿特武德机的示意图，它是早期测量重力加速度的器械，由英国数学家和物理学家阿特武德于1784年制成．他将质量均为M的两个重物用不可伸长的轻绳连接后，放在光滑的轻质滑轮上，处于静止状态．再在一个重物上附加一质量为m的小物块，这时，由于小物块的重力而使系统做初速度为零的缓慢加速运动并测出加速度，完成一次实验后，换用不同质量的小物块，重复实验，测出不同m时系统的加速度．

⑴所产生的微小加速度可表示为a=________(用M、m、重力加速度g表示)；

⑵若选定如图甲所示左侧重物从静止开始下落的过程进行测量，想要求出重力加速度g则需要测量的物理量有：__________

A．小物块的质量m           

B．重物下落的距离及下落这段距离所用的时间

C．绳子的长度               

D．滑轮半径

⑶经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出图像，如图乙所示，已知该图像斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g=_____，并可求出每个重物质量M=_______．

20. 难度：中等

某同学在验证合外力一定，物体的质量与加速度的关系时，采用图甲所示的装置及数字化信息系统获得了小车的加速度a与小车质量M(包括所放砝码及传感器的质量)的对应关系图象，如图乙所示．实验中所挂钩码的质量20g，实验中选用的是不可伸长的轻绳和光滑的轻质定滑轮．

(1)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的轻绳与木板平行．他这样做的目的是下列哪一个_____________；(填字母代号)

A．可使位移传感器测出的小车的加速度更准确

B．可以保证小车最终能够做直线运动

C．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车所受的合力

(2)由图乙可知，图线不过原点O，原因是_____________________________；

(3)该图线的初始段为直线，该段直线的斜率最接近的数值是_____________．

A．30            B．0.3            C．20            D．0.2

21. 难度：简单

用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方．

(1) 某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________ mm.

(2) 实验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，A、B间的距离为L．在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与___________________(用直接测量的物理量符号表示)相等，则机械能守恒．

(3) 下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)．

A. 滑块必须由静止释放     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     D. 应使细线与气垫导轨平行

22. 难度：中等

如图甲，某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律。实验完成后，该小组又把水平木板改为竖直木板再次实验，如图乙所示。图中小球半径均相同、质量均已知，且m_A>m_B，B、B′ 两点在同一水平线上。

(1)若采用图甲所示的装置，实验中还必须测量的物理量是___________。

(2)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是___________。

A．必需测量B′O、BN、BP和BM的距离

B．必需测量B′N、B′P和B′M的距离

C．若，则表明此碰撞动量守恒

D．若，则表明此碰撞动量守恒

23. 难度：困难

如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，遮光条的宽度为d，滑块与遮光条的总质量为M，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，钩码的质量为m，每次滑块都从A处由静止释放。

（1）实验时，接通气源，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，已知A位置到光电门的距离为L，用d、t、L表示滑块运动的加速度a＝________。

（2）下列不必要的一项实验要求是________。

A．应使滑块与遮光条的总质量远大于钩码和力传感器的总质量

B．应使A位置与光电门间的距离适当大些

C．应将气垫导轨调节水平

D．应使细线与气垫导轨平行

（3）改变钩码的质量，记录对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出____(填“t²-F”“”或“”)图象，则图线的斜率为________（用d、L、M表示）。

（4）有一位同学想测得在断开气源的情况下，滑块与导轨之间的动摩擦因数，他调整气垫导轨水平，断开气源时，测得滑块在轨道上运动的加速度为a₁，此时钩码的质量为m₀，不改变钩码的质量，接通气源，测得滑块在轨道上运动的加速度为a₂，用a₁、a₂、m₀、M表示滑块与导轨间的动摩擦因数μ＝________。

24. 难度：中等

如图1所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G₁和G₂为两个光电门，A、B均为弹性滑块，质量分别为m_A、m_B，且选择m_A大于m_B，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下；

（1）调节气垫导轨成水平状态；

（2）轻推滑块A，测得A通过光电门G₁的遮光时间为t₁；

（3）A与B相碰后，B和A先后经过光电门G₂的遮光时间分别为t₂和t₃．

回答下列问题：

①用螺旋测微器测得遮光片宽度如图2所示，读数为：_____mm；

②实验中选择m_A大于m_B的目的是：_____；

③利用所测物理量的符号表示动量守恒成立的式子为：_____．