2025屆高考物理二輪復習專題強化練十五力學實驗含解析

PAGE6-專題強化練(十五)1．(2024·全國卷Ⅲ)甲、乙兩同學通過下面的試驗測量人的反應時間．試驗步驟如下：(1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未遇到尺)，打算用手指夾住下落的尺．(2)甲在不通知乙的狀況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應時間為__________________(用L、L1和g表示)．(3)已知當?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反應時間為__________s(結果保留兩位有效數(shù)字)．(4)寫出一條能提高測量結果精確程度的建議：__________________________________________________________________________________________________________________________. 解析：依據(jù)題述，在乙的反應時間t內(nèi)，尺子下落高度h＝L－L1，由自由落體運動規(guī)律，h＝eq\f(1,2)gt2，解得t＝eq\r(\f(2（L－L1）,g))，代入數(shù)據(jù)得：t＝0.20s.答案：(2)eq\r(\f(2（L－L1）,g))(3)0.20(4)多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子．2．(2024·唐山模擬)現(xiàn)用頻閃照相方法來探討物塊的變速運動．在一小物塊沿斜面對下運動的過程中，用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示，拍攝時頻閃頻率是10Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4.已知斜面頂端的高度h和斜面的長度x數(shù)據(jù)如表所示．重力加速度大小g取9.80m/s2.單位：cmx1x2x3x4hx10.7615.0519.3423.6548.0080.00依據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)物塊的加速度a＝________m/s2(保留三位有效數(shù)字)．(2)因為______________________________，可知斜面是粗糙的．解析：(1)依據(jù)逐差法求出加速度a＝eq\f(（x3＋x4）－（x1＋x2）,4T2)＝4.30m/s2.(2)設斜面傾角為θ，依據(jù)牛頓其次定律，物塊沿光滑斜面下滑的加速度a′＝gsinθ＝geq\f(h,x)＝5.88m/s2，由于a<a′，可知斜面是粗糙的．答案：(1)4.30(2)物塊加速度小于geq\f(h,x)≈5.88m/s2(或：物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)3．(2024·揭陽模擬)用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能．將彈簧放置在水平氣墊導軌上，左端固定，右端在O點；在O點右側的B、C位置各安裝一個光電門，計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連．先用米尺測得B、C兩點間距離x1，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，由靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間為t，用米尺測量A、O之間的距離x2.(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是v＝________．(2)為求出彈簧的彈性勢能，還須要測量________(選填字母序號)．A．彈簧原長B．當?shù)刂亓铀俣菴．滑塊(含遮光片)的質量(3)若氣墊導軌左端比右端略高，彈性勢能的測量值與真實值比較將________(選填字母序號)．A．偏大B．偏小C．相等解析：(1)滑塊離開彈簧后的運動可視為勻速運動，故可以用BC段的平均速度表示離開時的速度，則有v＝eq\f(x1,t).(2)由系統(tǒng)機械能守恒可知彈簧的彈性勢能等于滑塊增加的動能，故應求解滑塊的動能，依據(jù)動能表達式Ek＝eq\f(1,2)mv2可知，應測量滑塊的質量，故A、B錯誤，C正確．(3)若氣墊導軌左端比右端略高，導致通過兩光電門的時間將減小，那么測得速度偏大，因此彈性勢能的測量值也偏大，故A正確，B、C錯誤．答案：(1)eq\f(x1,t)(2)C(3)A4．(2024·石家莊模擬)小明同學利用如圖甲所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律，其中紅外線放射器、接收器可記錄小球的擋光時間．小明同學進行了如下操作：(1)用螺旋測微器測小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑為________mm.(2)該小球質量為m、直徑為d.現(xiàn)使小球從紅外線的正上方高h處自由下落，記錄小球擋光時間t，已知重力加速度為g，則小球下落過程中動能增加量的表達式為____________；重力勢能削減量的表達式為________(用所給字母表示)．(3)變更小球下落高度h，多次重復試驗，發(fā)覺小球動能的增加量總是小于重力勢能的削減量，你認為可能的緣由是____________(至少寫出一條)．解析：(1)螺旋測微器的固定刻度為18.0mm，可動刻度為30.5×0.01mm＝0.305mm，所以讀數(shù)為18.0mm＋0.305mm＝18.305mm.(2)已知經(jīng)過光電門時的時間，小球的直徑，可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時的速度，即v＝eq\f(d,t)，則小球下落過程中動能增加量的表達式為ΔEk＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)，重力勢能削減量的表達式為ΔEp＝mgh.(3)依據(jù)能量守恒定律分析，重力勢能的削減量ΔEp往往大于動能的增加量ΔEk的緣由是阻力做負功．答案：(1)18.305(2)eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)mgh(3)阻力做負功5．(2024·長沙模擬)某同學利用圖甲所示試驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖，如圖乙所示．試驗中小車(含放射器)的質量為200g，試驗時選擇了不行伸長的輕質細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到．回答下列問題：(1)依據(jù)該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質量成________(選填“線性”或“非線性”)關系．(2)由圖乙可知，a-m圖線不經(jīng)過原點，可能的緣由是__________．(3)若利用本試驗裝置來驗證“在小車質量不變的狀況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并干脆以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則試驗中應實行的改進措施是_________________．鉤碼的質量應滿意的條件是________________．解析：(1)由描點作圖可知小車的加速度與鉤碼的質量成非線性關系．(2)由題給圖象可知，當小車的加速度為0時，砝碼質量不為0，說明此時存在摩擦力．(3)對小車受力分析，有FT－Ff＝Ma，mg－FT＝ma.聯(lián)立兩式可得a＝eq\f(mg,M＋m)－eq\f(Ff,M＋m).可知應平衡摩擦力，平衡摩擦力后a＝eq\f(mg,M＋m)，F(xiàn)T＝eq\f(Mmg,M＋m).為使FT＝mg，應使m?M.答案：(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調整軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質量6．(2024·鄭州模擬)如圖甲所示為驗證機械能守恒定律的試驗裝置．現(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平．(1)為完成試驗，還須要的器材有________．A．刻度尺 B．0～6V直流電源C．秒表 D．0～6V溝通電源(2)某同學用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，依據(jù)紙帶計算出打下D點時重物的速度大小為________m/s(結果保留三位有效數(shù)字)．(3)采納重物下落的方法，依據(jù)公式eq\f(1,2)mv2＝mgh驗證機械能守恒定律，對試驗條件的要求是______________________________________________________________________________________，為驗證和滿意此要求，所選擇的紙帶第1、2點間的距離應接近________(重力加速度g取10m/s2)．(4)該同學依據(jù)紙帶算出了相應點的速度，作出v2-h圖；象如圖丙所示，則圖線斜率的物理意義是_________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)通過打點計時器計算時間，不須要秒表，打點計時器應當與溝通電源連接，須要刻度尺測量紙帶上兩點間的距離，故A、D正確，B、C錯誤．(2)由圖可知CE間的距離為x＝19.41cm－12.40cm＝7.01cm＝0.0701m，則由平均速度公式得D點的速度vD＝eq\f(x,2T)＝eq\f(0.0701,0.04)m/s≈1.75m/s.(3)用公式eq\f(1,2)mv2＝mgh時，對紙帶上起點的要求是重物是從初速度為零起先下落，打點計時器的打點頻率為50Hz，打點周期為0.02s，重物起先下落后，在第一個打點周期內(nèi)重物下落的高度h＝eq\f(1,2)gT2＝eq\f(1,2)×10×0.022m＝2mm，所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2mm.(4)由機械能守恒mgh＝eq\f(1,2)mv2得v2＝2gh，由此可知圖象的斜率是k＝2g.答案：(1)A、D(2)1.75(3)重物的初速度為零2mm(4)當?shù)刂亓铀俣鹊?倍7．(2024·天津卷)某探討小組做“驗證力的平行四邊形定則”的試驗，所用器材有：方木塊一塊，白紙，量程為5N的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)．(1)詳細操作前，同學們提出了如下關于試驗操作的建議，其中正確的有________．A．橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B．重復試驗再次進行驗證時，結點O的位置可以與前一次不同C．運用測力計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應正對測力計刻度D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必需都小于只用一個測力計的拉力(2)該小組的同學用同一套器材做了四次試驗，白紙上留下的標注信息有結點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖所示．其中對于提高試驗精度最有利的是________．解析：(1)試驗結果應具有普遍性，在試驗過程中