2023学年高考物理复习专题16力学实验真题训练含解析.doc

专题16 力学试验 1.（2023年全国卷Ⅰ）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间.实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示.实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车.在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置.（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴） （1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的. （2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动.小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2.（结果均保留2位有效数字） 答案：（1）从右向左 （2）0.19 0.037 解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的.(2)滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为 .根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为 .由Δx=aT2和逐差法可得，小车运动的加速度大小为 . 2.（2023年全国卷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. 实验步骤如下： ①如图（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∆t； ③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出； ④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③； ⑤多次重复步骤④； ⑥利用实验中得到的数据作出–∆t图，如图（c）所示. 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，则与vA、a和∆t的关系式为= . （2）由图（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2.（结果保留3位有效数字） 答案：（1） （2）52.1 16.3(15.8~16.8) 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: ，则 t.(2)由结合题图(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，即 ，求得a=16.3 cm/s2. 3.（2023年全国卷Ⅲ）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_______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，然后按平形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行四边形定则. 答案：（1）4.0 （2）（i）如图 （ii）4.0 0.05 解析：（1）由图可知，F的大小为4.0 N. （2）作力F1、F2的图示，作出合力F合，F合长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为0.05. 4.（2023年江苏卷）利用如题10–1图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电． （1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________． （2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题10–2图所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s． （3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力对小车做的功W．利用算出小车动能，并求出动能的变化量．计算结果见下表． 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出图象． （4）实验结果表明，总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________N． 答案：（1）小车做匀速运动 （2）0.228 （3） （4）0.093 解析：本题考查探究恒力做功与物体动能变化关系的实验. (1)挂钩码前，调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车，观察到小车做匀速直线运动，表明此时已消除了摩擦力的影响.(2)打出计数点“1”时小车的速度 .(3)根据题表格中的数据，描点作图.(4)由于W=mgΔx，ΔEk=FΔx，则有 . 5.（2023年北京卷）如图1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 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 （3）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.在纸带上依次取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2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点到打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=_________. （4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3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_________. （5）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4中正确反映v2–W关系的是________. 答案：（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=(4.5~5.0) kg–1 质量 （5）A 解析：(1)打点计时器使用的电源是交流电源,故选B. (2)实验中,平衡摩擦力和其它阻力时,应先不挂重物,把长木板右端适当垫高,在小车后面挂上纸带,接通电源,在打点计时器打点的情况下,轻推一下小车,给小车一个初速度,若小车拖着纸带做匀速运动,则表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响. （3）小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离，又小车所受拉力约等于重物重力，因此W=mgx2；小车做匀变速直线运动，因此打B点时小车的速度为打AC段的平均速度，则. （4）由图3可知，图线斜率k≈4.7 kg–1，即v2=4.7 kg–1·W；设小车质量为M，根据动能定理有，变形得，即k=，因此与图线斜率有关的物理量为质量. （5）若m不满足远小于M，则由动能定理有，可得，v2与W仍然成正比关系，选A. 6.（2023年天津卷）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. ①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 ②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz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 答案：（2）①AB ②BC 解析：①选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以降低摩擦阻力对实验结果造成的误差，所以A、B正确；动能与重力势能表达式中都含有质量m，可以约去，故不需要测量出质量m的具体数值，C错误；重锤下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重锤， D错误.②测出BC和CD的长度就可以计算出打下C点时的速度vC，再测出OC的长度，就可验证 是否成立，所以B正确；测出BD、EG的长度可计算出打下C、F两点时的速度vC和vF，再测出CF的长度，就可验证 是否成立，所以C正确. 7.（2023年海南卷）某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图（a）和图（b）所示．由图可读出，圆管内壁的直径为　 　cm，圆管外壁的直径为　 　cm；由此可计算出金属圆管横截面的面积． 答案：2.23，2.99. 解析：图a中游标卡尺的主尺读数为22mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为3×0.1mm=0.3mm，所以最终读数为：22mm+0.3mm=22.3mm=2.23cm． 图b中游标卡尺的主尺读数为29mm，游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为9×0.1mm=0.9mm，所以最终读数为：29mm+0.9mm=29.9mm=2.99cm． 8.（2023年浙江卷）在研究“平抛运动”实验中，(1)图1是横档条，卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端时的 . A.球心 B.球的上端 C.球的下端 在此实验中，下列说法正确的是 .（多选） A. 斜槽轨道必须光滑 B.记录的点应适当多一些 C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重垂线确定 （2）图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运