第12講力學(xué)實驗（原卷版）

第12講力學(xué)實驗【選考真題】（2022?浙江）（1）①“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗裝置如圖1所示，長木板水平放置，細繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分，以計數(shù)點O為位移測量起點和計時起點，則打計數(shù)點B時小車位移大小為cm。由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點，求得加速度為m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。②利用圖1裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗，需調(diào)整的是（多選）。A．換成質(zhì)量更小的小車B．調(diào)整長木板的傾斜程度C．把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D．改變連接小車的細繩與長木板的夾角（2）“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖4所示，在該實驗中，①下列說法正確的是（單選）；A．拉著細繩套的兩只彈簧秤，穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B．在已記錄結(jié)點位置的情況下，確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠的兩點C．測量時彈簧秤外殼與木板之間不能存在摩擦D．測量時，橡皮條、細繩和彈簧秤應(yīng)貼近并平行于木板②若只有一只彈簧秤，為了完成該實驗至少需要（選填“2”、“3”或“4”）次把橡皮條結(jié)點拉到O點。（2022?浙江）在“研究平拋運動”實驗中，以小鋼球離開軌道末端時球心位置為坐標原點O，建立水平與豎直坐標軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處靜止釋放，使其水平拋出，通過多次描點可繪出小球做平拋運動時球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點A，讀取其坐標（x0，y0）。（1）下列說法正確的是。A.實驗所用斜槽應(yīng)盡量光滑B.畫軌跡時應(yīng)把所有描出的點用平滑的曲線連接起來C.求平拋運動初速度時應(yīng)讀取軌跡上離原點較遠的點的數(shù)據(jù)（2）根據(jù)題目所給信息，小球做平拋運動的初速度大小v0＝。A.2ghB.2gy0C.x0g（3）在本實驗中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是。（2022?浙江）“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。（1）實驗應(yīng)進行的操作有。A．測量滑軌的長度B．測量小車的長度和高度C．碰撞前將滑軌調(diào)成水平（2）下表是某次實驗時測得的數(shù)據(jù)：A的質(zhì)量/kgB的質(zhì)量/kg碰撞前A的速度大小/（m?s﹣1）碰撞后A的速度大小/（m?s﹣1）碰撞后B的速度大小/（m?s﹣1）0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動量大小是kg?m/s。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【方法指導(dǎo)】一、測量速度的工具、方法方法儀器器材方法說明、應(yīng)用舉例紙帶法交流電源、打點計時器、刻度尺測出計數(shù)點間距，由打出某點前、后兩點時間內(nèi)的平均速度替代打出該點時的速度光電門法光電門、螺旋測微器或游標卡尺由于擋光片的寬度很小，瞬時速度v＝eq\f(d,Δt)(d表示滑塊上擋光片的寬度，Δt表示擋光片的擋光時間)利用平拋運動法豎直平面內(nèi)末端水平的傾斜或弧形軌道、刻度尺(1)測出物體離開軌道末端后平拋運動的高度與射程，由平拋運動規(guī)律計算初速度(2)驗證動量守恒定律、探究彈性勢能等彈簧、刻度尺、天平利用圓周運動法豎直平面內(nèi)的圓弧軌道(或細線牽引的圓周運動)、力傳感器、天平等(1)由機械能守恒定律或動能定理計算最低點的速度(2)力傳感器測出物體經(jīng)過軌道最低點時對軌道的壓力，由牛頓運動定律計算物體經(jīng)過最低點時的速度(3)驗證機械能守恒定律、探究向心力等二、測定重力加速度的幾種常見方案利用落體測重力加速度(忽略阻力)運動組合物體系統(tǒng)打點計時器計時，利用逐差法測定g，也可以利用圖象法求g光電門計時，原理為v2－veq\o\al(2,0)＝2gx(也可以利用頻閃照片)滴水法計時，原理為h＝eq\f(gt2,2)，可以利用圖象求g勻速圓周運動計時，Δx＝gT2(也可以測量轉(zhuǎn)速)eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh再創(chuàng)新：可以驗證牛頓運動定律、機械能守恒定律三、實驗的創(chuàng)新與設(shè)計應(yīng)注意的幾點1.加強對實驗思想方法(如模擬法、轉(zhuǎn)換法、放大法、替代法等)的歸納，這樣在新的實驗情景下，才能設(shè)計合理的實驗方案。2.克服思維定式的影響，加強對已掌握的實驗原理的理解和儀器的正確使用方法的訓(xùn)練，才能在新情境下進行遷移利用?！纠}精析】考點一基本儀器的使用、誤差有效數(shù)字某同學(xué)用如圖1所示的螺旋測微器測量小球的直徑時，他應(yīng)先使F靠近小球，再轉(zhuǎn)動（填儀器部件字母符號，下同）使F夾住小球，直至聽到棘輪發(fā)出“嗒嗒”聲音為止，撥動使F固定后讀數(shù)。正確操作后，螺旋測微器的示數(shù)如圖2所示，則小球的直徑是mm。（1）用螺旋測微器測量金屬絲的直徑。為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊所示的部件（選填“A”“B”“C”或“D”）。從圖中的示數(shù)可讀出金屬絲的直徑為mm。（2）某同學(xué)測定一金屬桿的直徑，示數(shù)如圖所示，則該金屬桿的直徑為mm。在“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”實驗時，①下列用游標卡尺測小球直徑的操作最合理的是。②游標卡尺示數(shù)如圖所示，則該擺球的直徑d＝mm?？键c二通過測量“速度”進行探究、驗證的實驗在“用打點計時器測速度”實驗中（1）如圖1所示的打點計時器是（填“電磁打點計時器”或“電火花計時器”）工作時使用（填“交流220V”或“交流6V”）電源；（2）如圖2所示的紙帶中（填“AC”、“AD”或“AE”）兩點間的平均速度最接近B點的瞬時速度；（3）當(dāng)打點計時器的電源頻率低于50Hz時，如果仍按50Hz來計算，則測得的速度將比真實值（填“偏大”或“偏小”）。在小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，得到一條如圖所示的紙帶。已知實驗中打點計時器的打點周期為0.02s，圖中的點為計數(shù)點，每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，由此得D點的速度為vD＝m/s小車加速度的大小a＝m/s2（保留三位有效數(shù)字）?？键c三通過測量“力”進行探究、驗證的實驗?zāi)撑d趣小組用鐵架臺、彈簧、多個鉤碼做探究彈簧彈力和伸長量關(guān)系的實驗，如圖所示。先測出不掛鉤碼時彈簧的長度L0＝10.20cm，再將鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出鉤碼靜止時相應(yīng)的彈簧總長度L，再算出彈簧伸長的長度x，并將數(shù)據(jù)填在下面的表格中。（1）表格中第4次彈簧伸長量為cm。測量次序123456彈簧彈力F/N0.51.01.52.02.53.0彈簧的長度L/cm12.4514.7516.9519.2021.4523.75彈簧伸長最x/cm2.254.556.75′11.2513.55（2）請在方格紙上描出第4組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點并作出F﹣x圖像。（3）根據(jù)所作圖像求彈簧的勁度系數(shù)k＝N/m。（結(jié)果保留1位小數(shù)）曉宇同學(xué)為了探究物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，設(shè)計了如圖甲所示的實驗，實驗步驟如下：①將長木板的左端適當(dāng)墊高，將輕彈簧的一端固定在長木板上方的垂直擋板處；②用物塊將輕彈簧壓縮到長木板上的A位置并由靜止釋放，物塊在運動到長木板底端前與輕彈簧分離；③物塊由水平桌面的邊緣B離開桌面，最終落在水平地面上，測出物塊的落地點到桌面邊緣B點的水平距離x；④改變物塊的質(zhì)量，重復(fù)步驟②③；⑤記錄每次操作時物塊的質(zhì)量m和相對應(yīng)的x，以x2為縱軸、1m請回答下列問題（重力加速度用g表示，物塊與水平桌面間的摩擦以及物塊經(jīng)銜接處的能量損失可忽略不計）：（1）為了測量出物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，除了測量m、x外，還需要測量的量有。A．輕彈簧的自然長度L0B．A位置到長木板底端的距離LC．B到地面的垂直距離HD．長木板的傾角α（2）由圖乙分析可知物塊在A位置時，輕彈簧所儲存的彈性勢能應(yīng)為，物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)應(yīng)為（結(jié)果用已知量和測量量的符號表示）。某同學(xué)想測量滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)。如圖甲所示，表面粗糙、一端裝有定滑輪的長木板固定在水平實驗臺上；木板上有一滑塊，滑塊右端固定一個輕小動滑輪，鉤碼和拉力傳感器通過繞在滑輪上的輕細繩相連，細繩與長木板平行，放開鉤碼，滑塊在長木板上做勻加速直線運動（忽略滑輪的摩擦）。①實驗開始前打點計時器應(yīng)接在（填“交流電源”或“直流電源”）上。②如圖乙為某次實驗得到的紙帶，s1、s2是紙帶中兩段相鄰計數(shù)點間的距離，相鄰計數(shù)點時間為T，由此可求得小車的加速度大小為（用s1、s2、T表示）。③改變鉤碼的個數(shù)，得到不同的拉力傳感器示數(shù)F（N）和滑塊加速度a（m/s2），重復(fù)實驗。以F為縱軸，a為橫軸，得到的圖象是縱軸截距大小等于b傾角為θ的一條斜直線，如圖丙所示，則滑塊和輕小動滑輪的總質(zhì)量為kg；滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)μ＝。（設(shè)重力加速度為g）考點四通過“平拋運動”進行研究、驗證的實驗用如圖1所示裝置研究平地運動，將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼現(xiàn)落在擋板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點。（1）下面的做法可以減小實驗誤差的有。A．使用密度小、體積大的球B．實驗時讓小球每次都從同一高度由靜止開始滾下C．使斜槽末端的切線保持水平D．盡量減小鋼球與斜槽間的摩擦（2）為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系：a.取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的對應(yīng)白紙上的位置即為原點。b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖2所示，在軌跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為x，測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2，則y1y213（1）在“研究平拋運動”的實驗中，為了測量小球平拋運動的初速度，采用如圖甲所示的實驗裝置。實驗操作的主要步驟如下：a．將坐標紙用圖釘固定在木板上，并將木板豎直固定；b．將斜槽安裝在木板左端，調(diào)節(jié)斜槽末端軌道水平，同時將重錘線掛在水平軌道邊緣；c．在斜槽上端一固定位置靜止釋放小球，同時記錄拋出點位置O，記錄重錘線方向；d．小球從O點飛出后，撞到與木板平面垂直的豎直擋條上。小球撞擊擋條時，會在擋條上留下一個痕跡點。用鉛筆將痕跡點的投影點記錄在坐標紙上；e．向右移動豎直擋條，從斜槽上相同的位置無初速度釋放小球，小球撞擊擋條后，再次將擋條上痕跡點的投影點記錄在坐標紙上，重復(fù)以上操作；f．取下白紙，描繪平拋運動軌跡，研究軌跡的性質(zhì)，求出小球平拋運動的初速度大小。①實驗過程中，要建立直角坐標系。在下圖中，坐標原點選擇正確的是。A.B.C.D.②關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是。A．斜槽的末端一定要水平B．一定要使用秒表來測量平拋運動的時間C．豎直擋條每次向右移動距離一定要相等D．一定要記錄拋出點的位置，才能求出小球的初速度③某同學(xué)在實驗中，只記下斜槽末端懸掛重錘線的方向，根據(jù)實驗描繪出一段軌跡。如圖乙所示，選取A、B、C三點，測得三點離重錘線的距離分別為x1＝21.5cm、x2＝35.5cm、x3＝49.5cm，并測得AB兩點間的高度差hAB＝20.0cm、BC兩點間的高度差hBC＝30.0cm，則小球平拋的初速度v0＝m/s，小球的半徑R＝cm。（2）某同學(xué)用單擺測量重力加速度。改變擺長，并多次測量周期和擺長的大小。僅由于擺長測量的誤差，得到周期的平方與擺長的關(guān)系如圖丙所示。下列說法正確的是。A．圖線不過原點的原因可能是僅記錄擺線的長度作為擺長B．圖線不過原點的原因可能是將擺線的長度加上小球的直徑作為擺長C．由圖象所得的重力加速度一定小于重力加速度的真實值D．由圖象所得的重力加速度一定大于重力加速度的真實值在“研究小球平拋運動”的實驗中（1）如圖甲所示的演示實驗中，下面選項中說法正確和必要的是（單選）；A．要用眼睛看兩球是否同時落地B．調(diào)整A、B兩球釋放的高度，再次觀察兩球是否同時落地C．如果A、B兩球同時落地，說明A球運動規(guī)律可以看成豎直方向做自由落體運動，水平方向勻速運動D．該實驗?zāi)苷f明平拋運動的軌跡是一條拋物線（2）小李設(shè)計了如下圖乙的實驗：將兩個斜滑道固定在同一豎直面內(nèi)，末端水平，滑道2與光滑水平板銜接，把兩個質(zhì)量相等的小鋼球，從斜面的同一高度由靜止同時釋放，觀察到兩球在水平面相遇，這說明。（3）為了進一步研究平拋運動，小軍用如圖丙所示的裝置實驗．實驗操作是：讓小球多次沿同一軌道運動，描繪出小球平拋運動的軌跡。①為了準確地描繪出平拋運動的軌跡，下列操作正確的是（多選）；A．必須調(diào)整斜槽，使其末端水平B．小球運動時擋板及白紙應(yīng)保持豎直C．每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放小球D．斜槽末端必須是光滑的，以消除摩擦力的影響②描出小球平拋運動的軌跡如圖丙所示，O為拋出點，A、B為軌跡上的兩點，OA、AB豎直方向高度分別為y1、y2，按照自由落體規(guī)律，若y1：y2＝，則OA、AB段時間間隔相等；在誤差允許的范圍內(nèi)，若x1：x2＝，則可進一步說明小球在水平方向上的分運動是勻速直線運動。考點五力學(xué)創(chuàng)新實驗在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗”中。（1）在圖1中軌道上的安裝的水平儀，在平衡小車受到的阻力時，能不能用于判斷阻力是否平衡？（填“能”或“不能”）；當(dāng)水平儀的氣泡處于圖示位置時，假設(shè)要調(diào)節(jié)a端螺母，則應(yīng)使a端螺母（填“升高”或“降低”）；（2）圖為實驗中打出的紙帶，圖2中相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出，則打點計時器在打下計數(shù)點5時小車的速度為m/s；（保留兩位有效數(shù)字）（3）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)得到加速度與力的關(guān)系如圖3中實線所示，虛線為過原點的傾斜直線。為減小實驗誤差，細線下端所掛重物的質(zhì)量不超過。（填字母）A.10gB.25gC.40gD.50g（1）在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗”中。①在圖1中軌道上的安裝的水平儀，在平衡小車受到的阻力時，能不能用于判斷阻力是否平衡？（填“能”或“不能”）；當(dāng)水平儀的氣泡處于圖示位置時，假設(shè)要調(diào)節(jié)a端螺母，則應(yīng)使a端螺母（填“升高”或“降低”）。②圖2為實驗中打出的紙帶，圖中相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出，則打點計時器在打下計數(shù)點5時小車的速度為m/s。（保留兩位有效數(shù)字）③根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)得到加速度與力的關(guān)系如圖3中實線所示，虛線為過原點的傾斜直線。為減小實驗誤差，細線下端所掛重物的質(zhì)量不超過。（填字母）A.10gB.25gC.40gD.50g（2）在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，用撥桿撥動（填“單縫”或“雙縫”）來調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行；某同學(xué)的撥桿安裝如圖所示，則在左右撥動撥桿的過程中（填“能”或“不能”）有效調(diào)節(jié)單縫與雙縫平行?！緩娀瘜＞殹咳鐖D所示，A、B兩物塊系在一條跨過定滑輪的繩子兩端，孫同學(xué)要利用此裝置驗證機械能守恒定律。①為提高實驗結(jié)果的準確度，李同學(xué)給出了以下建議：A．繩的質(zhì)量要輕B．輪軸盡量光滑C．保證兩物塊在同一高度處釋放D．兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小你認為以上建議中確實對提高實驗結(jié)果的準確度有作用的是（多選）；②你認為滑輪質(zhì)量是否會影響實驗結(jié)果的準確度（選填“會”或“不會”）。趙同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗。正確補償阻力后，掛上裝有砂的砂桶，得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器所使用的交流電頻率為50Hz，則小車的加速度為m/s2（保留兩位有效數(shù)字），由此可判斷砂桶質(zhì)量（選填“滿足”或“不滿足”）本實驗要求。錢同學(xué)仍用圖甲裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗。重新調(diào)整實驗裝置后，獲取了一條新的紙帶，利用實驗數(shù)據(jù)繪制成如圖丙所示的“v﹣t”圖像，發(fā)現(xiàn)其圖線末端發(fā)生了彎曲，以下四個操作中，你認為最可能是（單選）。A．實驗前沒有補償阻力B．實驗前補償阻力時板墊起的太高C．砂桶質(zhì)量不滿足實驗要求D．沒有調(diào)節(jié)好定滑輪的高度在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中：①實驗室準備了以下實驗器材；一端帶有定滑輪的長木板、小車、電磁打點計時器、復(fù)寫紙、紙帶、帶細線的小盤。還需要選用的器材為圖甲中的（填器材所對應(yīng)的字母）；②在本實驗中，下列操作有利于減小實驗誤差的是。A．把長木板一端墊高以平衡摩擦力B．調(diào)整滑輪高度，使得拴小車的細線保持水平C．實際操作時，先接通計時器電源，再釋放小車D．用圖像研究a﹣F的關(guān)系時，應(yīng)多打幾條紙帶，使秒的點足夠多E．砝碼盤及砝碼總質(zhì)量可增至小車和車上砝碼總質(zhì)量的一半③如圖乙所示是實驗時打出的一條紙帶，A、B、C、D、……為每隔4個點取的計數(shù)點，據(jù)此紙帶可知打出該紙帶時的小車加速度為m/s2（保留兩位有效數(shù)字，電源頻率為50Hz）。用如圖甲所示裝置來做《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的實驗時。（1）下列說法中正確的是。A．連接沙桶和小車的細繩應(yīng)與長木板保持平行B．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源C．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力D．平衡摩擦力時，將空的沙桶用細繩通過定滑輪拴在小車上（2）本實驗中把沙和沙桶的總重量當(dāng)作小車受到的拉力，當(dāng)測得某一次小車連同車上的重物的總質(zhì)量M＝450g時，則圖乙的物體中能用來取代沙和沙桶的是。（3）實驗得到如圖丙所示的一條紙帶，打點計時器所接交流電源的頻率為50Hz，從0點開始每5個打印點取一個計數(shù)點，在紙帶上依次標出0、1、2、3、4，五個計數(shù)點，表格中記錄的是各計數(shù)點對應(yīng)的刻度數(shù)值，其中計數(shù)點3的刻度數(shù)為cm。計數(shù)點01234刻度數(shù)值/cm03.037.1118.55（4）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)試計算出小車的加速度大小為m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗中（1）下列實驗器材需要用到的是（多選）。（2）下列操作有利于減小實驗誤差的是（多選）。A．兩個分力的夾角盡量大于150°B．拉橡皮條時，拉力要適當(dāng)大些C．拉橡皮條時，橡皮條、細繩和彈簧測力計應(yīng)貼近并平行于木板D．確定拉力方向時，在細繩正下方描出的兩個點要適當(dāng)遠些（3）某次實驗時兩個分力大小分別為2.00N和1.50N，夾角小于90°，若實