2023学年高考物理二轮复习第一部分专题复习训练课时作业十二力学实验含解析.doc

课时作业十二　力学实验 1．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图1甲所示，此示数为________ mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图1乙所示，此示数为________ mm. 图1 解析：螺旋测微器的固定刻度读数6 mm，可动刻度读数为0.01 mm×12.5＝0.125 mm，所以最终读数为6 mm＋0.125 mm＝6.125 mm；游标卡尺的主尺读数为6.3 cm＝63 mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05 mm×12＝0.60 mm，所以最终读数为63 mm＋0.60 mm＝63.60 mm. 答案：6.125(±0.002均可)　63.60 2．(2017年高考·课标全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器． 图2 实验步骤如下： ①如图2(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑； ②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt； ③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度(如图2(b)所示)，v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出v； ④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③； ⑤多次重复步骤④； ⑥利用实验中得到的数据作出v－Δt图，如图2(c)所示． 图2 完成下列填空： (1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v与vA、a和Δt的关系式为v＝________． (2)由图2(c)可求得，vA＝________ cm/s，a＝________ cm/s2.(结果保留3位有效数字) 解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得v Δt＝vAΔt＋a(Δt)2，则v＝vA＋aΔt.(2)由v＝vA＋aΔt结合题图(c)可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA，将图线延长与纵轴相交，得vA＝52.1 cm/s，图线的斜率等于a，即a＝ cm/s2，求得a＝16.3 cm/s2. 答案：(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.3 3．在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A、B，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为m1和m2.如图3a所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块A、B通过光电门的时间分别为t1、t2. 图3 (1)图3b所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d时所得的不同情景．由该图可知甲同学测得的示数为________ mm，乙同学测得的示数为________ mm. (2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式为________(用m1、m2、t1、t2、d表示)，被压缩弹簧开始贮存的弹性势能Ep＝________． 解析：(1)题图b中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为3.5 mm，可动刻度读数为0.01 mm×0.5＝0.005 mm，所以最终读数为3.5 mm＋0.005 mm＝3.505 mm.同理，乙的读数为3 mm＋0.485 mm＝3.485 mm. (2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为0＝－m1v1＋m2v2，即m1v1＝m2v2，根据光电门的性质可知v1＝，v2＝，代入上式可得＝，根据功能关系可知，压缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块A、B获得的动能，则有Ep＝m1v12＋m2v22＝()2＋()2. 答案：(1)3.505(3.503～3.507均可) 3．485(3.483～3.487均可) (2)＝　()2＋()2 4．(2016年高考·课标全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图4(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能． 图4 (1)实验中涉及下列操作步骤： ①把纸带向左拉直　②松手释放物块　③接通打点计时器电源　④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)． (2)图4(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s.比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大． 解析：(1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，再接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑动，因此步骤为④①③②.(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此M纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为v＝＝1.29 m/s.由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推开物块后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大． 答案：(1)④①③②　(2)1.29　M 5．利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图5所示． 图5 实验主要步骤如下： ①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平； ②用游标卡尺测量遮光条的宽度d； ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L； ④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，通过光电门2的时间Δt2； ⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M. 回答下列问题： (1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理； (2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是 ________； A．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度 B．牵引滑块的细绳应与导轨平行 C．需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响 D．托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M (3)不计空气阻力，已知重力加速度g和实验测得的物理量，根据“mg－F＝ma”，可以计算托盘和砝码的总质量m.若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m1；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m2，则m1________m2(选填“大于”“等于”或“小于”)． 解析：(1)滑块经过两光电门的速度分别为v1＝、v2＝，对滑块运用动能定理有FL＝M()2－M()2. (2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故A正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功，导致计算结果不准确，故B正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，故C错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量m不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M，故D错误． (3)不考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a1，则()2－()2＝2a1L 考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a2，则 ＝v1＋a2，＝v2＋a2，2a2L＝v22－v12 联立以上几式得 2a2L＝()2－()2－a22[(Δt1)2－(Δt2)2] 故2a1L>2a2L，a1>a2，由m＝，得m1>m2. 答案：(1)FL＝M()2－M()2 (2)AB　(3)大于 6．某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球(小球与弹簧不连接)，压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中(管径略大于两球直径)，金属管水平固定在离地面一定高度处，如图6所示．解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射．现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，并按下述步骤进行实验： ①用天平测出两球质量分别为m1、m2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；③解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点M、N. 根据该小组同学的实验，回答下列问题： 图6 (1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有________． A．弹簧的压缩量Δx B．两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2 C．小球直径 D．两球从弹出到落地的时间t1、t2 (2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为________________ ___________________________________________________________________________________________________________. (3)用测得的物理量来表示，如果满足关系式________，则说明弹射过程中系统动量守恒． 解析：(1)弹簧弹出两球过程中，系统机械能守恒，要测定压缩弹簧的弹性势能，可转换为测定两球被弹出时的动能，实验中显然可以利用平抛运动测定平抛初速度以计算初动能，因此在测出平抛运动下落高度的情况下，只需测定两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2，所以选B.(2)平抛运动的时间t＝ ，初速度v0＝，因此初动能Ek＝mv02＝，由机械能守恒定律可知，压缩弹簧的弹性势能等于两球平抛运动的初动能之和，即Ep＝＋.(3)若弹射过程中系统动量守恒，则m1v01＝m2v02，代入初速度得m1x1＝m2x2. 答案：(1)B　(2)Ep＝＋　(3)m1x1＝m2x2 7．某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则． 实验步骤：①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向． ②如图7甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示： F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 图7 ③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′. ④在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图7乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.完成下列作图和填空： 图8 (1)利用表中数据在图8甲中画出F－l图线，根据图线求得l0＝________ cm. (2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则FOA的大小为 ________N. (3)根据给出的标度，在图8乙中作出FOA和FOB的合力F′的图示． (4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论． 解析：(1)根据表格数据，作出F－l图线，如图9，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0 c