1、专题分层突破练16力学实验A组1.(2022山东省实验中学模拟预测)(1)某同学买了一辆电动自行车,骑了一段时间后发现电动车减震弹簧的减震效果不好。该同学将减震弹簧卸下,然后把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0,他将刻度尺零刻度对准弹簧一端,另一端位置如图甲所示,读数为 cm。甲(2)该同学想测量减震弹簧的劲度系数。他先把弹簧竖直放在水平桌面上,在上端压上一只10 kg的哑铃,每增加一只哑铃均记下此时哑铃的个数和对应的弹簧的长度L,如下表所示。请你在图乙坐标图中描点,作出F-L图线,并通过图线确定该弹簧劲度系数为k= N/m(g取10 m/s2)。F/N100200300400L/c
2、m5.004.504.003.80乙2.(2022山西太原高三一模)在用图甲所示的装置测当地的重力加速度时,进行了如下操作,完成步骤中的填空:甲乙(1)安装器材时,将长木板的右侧适度垫高,(选填“挂上”或“不挂”)砂桶,轻推小车,使小车恰能匀速运动;(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示。已知打点计时器的频率为50 Hz,相邻两计数点间还有四个点未画出,则小车的加速度a= m/s2(保留两位有效数字);(3)不改变砂及砂桶质量,在小车上增减砝码改变小车的总质量m,重复步骤(2),测得多组数据描绘出1a-m图像。已知图线的斜率为k、纵截距为b,则当地的重力加速度为(用物理量的符号表示)。3.(20
3、22湖北黄冈中学二模)某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水总质量m=0.55 kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材,设计如下实验验证力的平行四边形定则,同时测出弹簧的劲度系数k。重力加速度g取10 m/s2,其操作如下:a.将弹簧P上端固定,让其自然下垂,用刻度尺测出此时弹簧P的长度l0=12.50 cm;b.将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端,待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度l1,如图甲所示;c.在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油,将细绳搭在挂钩上,缓慢地拉起弹簧Q,使弹簧P偏离竖直方向夹角为74,测出弹簧Q的长度l2及其轴线与竖直方向夹角为,如图乙所示。已知s
4、in 74=0.96。(1)由图可得l1= cm;则弹簧P的劲度系数k= N/m。(2)当l2= cm,=时,就验证了力的平行四边形定则。4.(2022广东江门高三一模)某同学利用一根压缩的弹簧来弹开带有遮光片的滑块测量滑块与木板间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示,将木板水平固定在桌面上,弹簧的左端固定在挡板上,右端与滑块刚好接触(但不连接),然后将光电门固定在木板上靠近滑块处。实验步骤如下:(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d,其示数如图乙所示,d= cm;(2)将光电门连接计时器,让滑块压缩弹簧至P点(图甲中未画出),释放后滑块被弹开并沿木板向右滑动,计时器记录遮光片通过光电门的时间t,再测
5、量滑块停止时的位置与光电门的距离x,则可用表示滑块经过光电门时速度的大小;(3)改变P点的位置,多次重复步骤(2);(4)若用1(t)2-x图像处理数据,所得图像如图丙所示,设重力加速度为g,则由图线可得滑块与木板间的动摩擦因数=(用物理量的符号表示)。丙B组5.(2022山东济宁高三一模)某兴趣小组的同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。他们将一根粗细忽略不计的轻杆水平固定在铁架台上,用两根等长轻绳共同将小球吊在轻杆上,两根轻绳分别固定于O1、O2两点,在小球自然悬垂的位置安装一个光电门(图中没有画出),光电门接通电源发出的光线与小球的球心在同一水平线上。实验时将小球拉至使其球心与轻杆
6、处于同一水平面处,两轻绳刚好伸直,由静止释放小球,记录小球通过光电门的时间。(1)该兴趣小组用游标卡尺测量小球的直径,由图乙可知小球的直径为d= mm。(2)关于该实验,下列说法正确的是。A.固定小球的两根轻绳一定要互相垂直B.应选用密度较大的小球做实验C.必须用天平测出小球的质量D.若光电门发出的光线高于小球自然下垂的球心位置,经计算,小球重力势能的减少量一定大于动能的增加量(3)如果测得小球自然下垂时球的上沿到轻杆的垂直距离为L,小球通过光电门的时间为t。若当地重力加速度为g,小球的直径为d,当实验所得数据满足关系式1t2=时,可以验证机械能是守恒的。6.(2022福建四地市高三第一次质量
7、检测)某同学用如图甲所示的装置研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。其中O是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。(1)关于本实验,下列说法正确的是。A.斜槽末端的切线必须水平B.入射小球和被碰小球的半径必须相同C.入射小球和被碰小球的质量必须相等D.必须测量出小球碰撞后下落的高度(2)该同学在实验中得到小球的落点情况如图乙所示,测得OM、OP、ON的长度分别为13.50 cm、43.50 cm、45.00 cm,则入射小球和被碰小球的质量之比为。(3)此次碰撞是弹性碰撞吗?。请简述你的理由: 。7.(2022北京东城二模)用如图所示实验装置做用单摆测重力加速度的实验。(1)在摆球自然悬垂的状态下,用
8、米尺测出摆线长为l,用游标卡尺测得摆球的直径为d,则单摆摆长为(用字母l、d表示)。(2)为了减小测量误差,下列说法正确的是(选填字母代号)。A.将钢球换成塑料球B.当摆球经过平衡位置时开始计时C.把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放D.记录一次全振动的时间作为周期,根据公式计算重力加速度g(3)若测得的重力加速度g值偏小,可能的原因是(选填字母代号)。A.把悬点到摆球下端的长度记为摆长B.把摆线的长度记为摆长C.摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动D.实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次(4)某同学利用质量分布不均匀的球体作摆球测定当地重力加速度,摆球的重心不在球心,但是
9、在球心与悬点的连线上。他仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出T2-L图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标分别为(LA,TA2)(LB,TB2),如图所示。由图可计算出重力加速度g=。答案：专题分层突破练16力学实验1.答案 (1)5.50(2)作图见解析20 000解析 (1)厘米刻度尺要估读到0.01 cm,刻度尺读数为5.50 cm。(2)描点作图如图所示,图像的斜率绝对值表示劲度系数,即k=100-300(5-4)10-2 N/m=20 000 N/m。2.答案 (1)不挂(2)0.64(3)1b解析 (1)为平衡摩擦力,应将长木板的右
10、侧适度垫高,不挂砂桶,轻推小车,使小车恰能匀速运动。(2)相邻两计数点间还有四个点未画出,则相邻两计数点间时间间隔为T=0.025 s=0.1 s,由逐差法可得a=12.37-4.91-4.9140.1210-2 m/s2=0.64 m/s2。(3)根据牛顿第二定律m砂g=(m+m砂)a,整理得1a=1m砂gm+1g,故g=1b。3.答案 (1)17.50110(2)18.5053解析 (1)由题图甲知,刻度尺上1 cm之间有10个小格,所以一个小格代表1 mm,即刻度尺的分度值为1 mm,则题图甲所示的长度为l1=17.50 cm;根据平衡条件可知,弹簧弹力F=mg=5.5 N,则弹簧劲度系
11、数k=Fx=5.50.175 0-0.125 0 N/m=110 N/m。(2)由力的平行四边形定则作图如图所示,弹簧P的大小与矿泉水瓶重力相等,则=53,由几何知识知mgsin53=k(l2-l0)sin74,解得l2=18.50 cm。4.答案 (1)1.02(2)dt(4)ad22bg解析 (1)游标卡尺的示数d=1 cm+20.1 mm=1.02 cm。(2)滑块经过光电门时速度的大小为v=dt。(4)物块从光电门到停止运动,由牛顿第二定律得mg=ma,由匀变速直线运动速度和位移的关系得v2=2ax,联立可得1(t)2=2gxd2,结合题图丙可得图像的斜率ab=2gd2,解得=ad22
12、bg。5.答案 (1)9.60(2)B(3)g(2L+d)d2解析 (1)由题图乙可知,游标为20分度,且第12个小格与主尺对齐,则小球的直径为d=9 mm+120.05 mm=9.60 mm。(2)固定小球的两根轻绳不一定要互相垂直,A错误;选用密度较大的小球做实验,从而减少阻力的影响,B正确;实验要验证的关系是小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量,即mgh=12mv2,式子两边的m可以消掉,故不需要测量小球的质量,则不需要天平,C错误;若光电门发出的光线高于小球自然下垂的球心位置,则小球通过光电门的时间的测量值比真实值小,根据v=dt可知,测量的速度比真实值偏大,动能的增加量偏大,则小
13、球重力势能的减少量一定小于动能的增加量,D错误。(3)根据题意可知,小球通过光电门的速度为v=dt,则小球动能的增加量为Ek=12mv2=md22t2,小球重力势能的减少量为Ep=mgL+d2,小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量,即md22t2=mgL+d2,整理得1t2=g(2L+d)d2。6.答案 (1)AB(2)32(3)不是碰后两球动能小于碰前入射小球动能,碰撞过程机械能损失,所以不是弹性碰撞解析 (1)为使小球离开斜槽后做平抛运动,斜槽轨道末端的切线必须水平,A正确;为使两球发生正碰,入射小球和被碰小球半径必须相同,B正确;为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量
14、,C错误;两球在竖直方向上都做一样的自由落体运动,运动时间相等,水平方向都是匀速直线运动,所以碰撞前后两球的速度之比可以通过平抛的水平位移之比表示出来,不需要测出碰后下落的高度,D错误。(2)小球碰撞过程中水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,小球离开斜槽后做平抛运动,由于平抛运动的高度相等,小球做平抛运动的时间t相等,则有m1lOP=m1lOM+m2lON,代入数据可得m1m2=32。(3)碰前入射小球的动能Ek0=12m1v02=12m1lOPt2,碰后两球的动能Ek=12m1v12+12m2v22=12m1lOMt2+12m2lONt2,代入数据
15、可以得出Ek0Ek,说明碰后两球动能小于碰前入射小球动能,碰撞过程机械能损失,所以不是弹性碰撞。7.答案 (1)l+d2(2)B(3)BC(4)42(LB-LA)TB2-TA2解析 (1)在摆球自然悬垂的状态下,摆线长为l,摆球的直径为d,则单摆摆长为l+d2。(2)将钢球换成塑料球,会增加阻力的影响从而增加误差,A错误;摆球经过平衡位置时速度最大,此时开始计时,可减小测定周期时产生的误差,B正确;单摆的摆角要小于5,否则就不是简谐运动了,所以把摆球从平衡位置拉开一个很大的角度后释放,会增加实验误差,C错误;应该记录至少30次全振动的时间,来测量周期,用记录一次全振动的时间作为周期误差会较大,D错误。(3)根据T=2Lg可知g=42LT2,把悬点到摆球下端的长度记为摆长,则L测量值偏大,测得的g偏大,A错误;把摆线的长度记为摆长,则L测量值偏小,测得的g偏小,B正确;摆线上端未牢固地系于悬点,在振动过程中出现松动,则实际摆长变大,计算所用的摆长偏小,所以测得的g偏小,C正确;实验中误将摆球经过平衡位置49次记为50次,则周期测量值偏小,测得的g偏大,D错误。