統(tǒng)考版2024屆高考物理二輪專項(xiàng)分層特訓(xùn)卷第二部分核心熱點(diǎn)專項(xiàng)練專項(xiàng)12力學(xué)實(shí)驗(yàn)

專項(xiàng)12力學(xué)實(shí)驗(yàn)1．[2023·全國(guó)甲卷]某同學(xué)利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)平均速度與時(shí)間的關(guān)系．讓小車左端和紙帶相連．右端用細(xì)繩跨過(guò)定滑輪和鉤碼相連．鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶．某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示．(1)已知打出圖(b)中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔均為0.1s．以打出A點(diǎn)時(shí)小車位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生對(duì)應(yīng)位移所用時(shí)間和平均速度分別為Δt和eq\o(v,\s\up6(－))0，表中ΔxAD＝________cm，eq\o(v,\s\up6(－))AD＝________cm/s.eq\a\vs4\al()位移區(qū)間ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.30eq\o(v,\s\up6(－))(cm/s)66.073.0eq\o(v,\s\up6(－))AD87.394.6(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度eq\o(v,\s\up6(－))隨時(shí)間Δt的變化關(guān)系，如圖(c)所示．在圖中補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)．(3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的eq\o(v,\s\up6(－))-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程eq\o(v,\s\up6(－))＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，得到打出A點(diǎn)時(shí)小車速度大小vA＝________，小車的加速度大小a＝________．(結(jié)果用字母k、b表示)2．[2023·新課標(biāo)卷]一學(xué)生小組做“用單擺測(cè)量重力加速度的大小”實(shí)驗(yàn)．(1)用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測(cè)微器測(cè)量擺球直徑．首先，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器，擰動(dòng)微調(diào)旋鈕使測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動(dòng)刻度上的零刻度線未對(duì)齊，如圖(a)所示，該示數(shù)為_(kāi)_______mm；螺旋測(cè)微器在夾有擺球時(shí)示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為_(kāi)_______mm，則擺球的直徑為_(kāi)_______mm.(2)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖(c)所示，其中角度盤(pán)需要固定在桿上的確定點(diǎn)O處，擺線在角度盤(pán)上所指的示數(shù)為擺角的大?。魧⒔嵌缺P(pán)固定在O點(diǎn)上方，則擺線在角度盤(pán)上所指的示數(shù)為5°時(shí)，實(shí)際擺角________5°(填“大于”或“小于”).(3)某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm，則擺長(zhǎng)為_(kāi)_______cm.實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到從擺球第1次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s，則此單擺周期為_(kāi)_______s，該小組測(cè)得的重力加速度大小為_(kāi)_______m/s2.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.870)3．[2022·湖南卷]小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量冰墩墩玩具的質(zhì)量．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g；(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測(cè)量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長(zhǎng)度l，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號(hào)12345硬幣數(shù)量n/枚510152025長(zhǎng)度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(b)上描點(diǎn)，繪制圖線；(4)取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長(zhǎng)度的示數(shù)如圖(c)所示，此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為_(kāi)_______cm；(5)由上述數(shù)據(jù)計(jì)算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為_(kāi)_______g(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).4．[2022·廣東卷]某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的裝置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈．調(diào)節(jié)光電門(mén)位置，使小球從光電門(mén)正上方釋放后，在下落和反彈過(guò)程中均可通過(guò)光電門(mén)．(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球的直徑，示數(shù)如圖(b)所示，小球直徑d＝________mm.(3)測(cè)量時(shí)，應(yīng)________(選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”，B為“先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球”).記錄小球第一次和第二次通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間t1和t2.(4)計(jì)算小球通過(guò)光電門(mén)的速度，已知小球的質(zhì)量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE＝________(用字母m、d、t1和t2表示).(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門(mén)的高度，將會(huì)________(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測(cè)量誤差．5．[2023·八省市八校3月第二次聯(lián)考]某實(shí)驗(yàn)小組用如圖(a)所示裝置測(cè)量重力加速度．將小球A和手機(jī)B分別系在一條跨過(guò)定滑輪的不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩兩端．打開(kāi)手機(jī)B的phyphox軟件，令小球A和手機(jī)B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時(shí)釋放小球A和手機(jī)B，通過(guò)phyphox軟件測(cè)得手機(jī)的加速度隨時(shí)間變化的圖線如圖(b)所示，實(shí)驗(yàn)室提供的物理量有：小球A的質(zhì)量mA＝50.0g，手機(jī)B的質(zhì)量mB＝150.0g，當(dāng)?shù)貙?shí)際重力加速度g＝9.8m/s2.(1)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重力加速度大小為_(kāi)_______m/s2.(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的重力加速度與實(shí)際重力加速度有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，請(qǐng)寫(xiě)出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：________________________________________________________________________.(3)有同學(xué)提出本實(shí)驗(yàn)還可以研究機(jī)械能是否守恒，在小球A上方h高處安裝光電門(mén)和配套的數(shù)學(xué)計(jì)時(shí)器．令小球A和手機(jī)B靜止，細(xì)繩拉緊，然后同時(shí)釋放小球A和手機(jī)B，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄小球A通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t，除實(shí)驗(yàn)室提供的物理量外，還需要測(cè)量的物理量有______________(寫(xiě)出物理量的名稱和符號(hào))，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi)___________(用實(shí)驗(yàn)室提供的物理量符號(hào)和測(cè)量的物理量符號(hào)表示).6．[2022·全國(guó)甲卷]利用圖示的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)碰撞過(guò)程進(jìn)行研究．讓質(zhì)量為m1的滑塊A與質(zhì)量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導(dǎo)軌上發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)間極短，比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2，進(jìn)而分析碰撞過(guò)程是否為彈性碰撞．完成下列填空：(1)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平；(2)測(cè)得兩滑塊的質(zhì)量分別為0.510kg和0.304kg.要使碰撞后兩滑塊運(yùn)動(dòng)方向相反，應(yīng)選取質(zhì)量為_(kāi)_______kg的滑塊作為A；(3)調(diào)節(jié)B的位置．使得A與B接觸時(shí)，A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等；(4)使A以一定的初速度沿氣墊導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰撞時(shí)刻開(kāi)始到各自撞到擋板所用的時(shí)間t1和t2；(5)將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復(fù)步驟(4).多次測(cè)量的結(jié)果如下表所示．12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k＝eq\f(v1,v2)0.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝____________(保留2位有效數(shù)字)；(7)eq\f(v1,v2)的平均值為_(kāi)_________(保留2位有效數(shù)字)；(8)理論研究表明，對(duì)本實(shí)驗(yàn)的碰撞過(guò)程，是否為彈性碰撞可由eq\f(v1,v2)判斷．若兩滑塊的碰撞為彈性碰撞，則eq\f(v1,v2)的理論表達(dá)式為_(kāi)_______(用m1和m2表示)，本實(shí)驗(yàn)中其值為_(kāi)_______(保留2位有效數(shù)字)，若該值與(7)中結(jié)果間的差別在允許范圍內(nèi)，則可認(rèn)為滑塊A與滑塊B在導(dǎo)軌上的碰撞為彈性碰撞．7．[2022·山東卷]在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)．受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示．主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊．彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)．A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示．回答以下問(wèn)題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)：(1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m.(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫(huà)出a-F圖像如圖丙中Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為_(kāi)_______kg.(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫(huà)出新的a-F圖像Ⅱ，則待測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_______kg.8．[2023·全國(guó)乙卷]在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干．完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：①用圖釘將白紙固定在水平木板上．②將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上．將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)．用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________．(多選，填正確答案標(biāo)號(hào))A．用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B．用刻度尺量出兩細(xì)線的長(zhǎng)度C．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向③撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到________，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向．④選擇合適標(biāo)度，由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫(huà)出力F的圖示．⑤比較F′和F的________，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．專項(xiàng)12力學(xué)實(shí)驗(yàn)1．解析：（1）根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)可得ΔxAD＝xAB＋xBC＋xCD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm平均速度為eq\o(v,\s\up6(－))AD＝eq\f(xAD,3T)＝80.0cm/s（2）根據(jù)第（1）小題結(jié)果補(bǔ)充表格和補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)點(diǎn)圖像得（3）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，小車運(yùn)動(dòng)的eq\o(v,\s\up6(－))-Δt圖線可視為一條直線，圖像為此直線用方程eq\o(v,\s\up6(－))＝kΔt＋b表示，由圖像可知其中k＝eq\f(101.0－59.0,0.6)cm/s2＝70.0cm/s2，b＝59.0cm/s（4）小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，由位移公式x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，整理得eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at即eq\o(v,\s\up6(－))＝vA＋eq\f(1,2)at故根據(jù)圖像斜率和截距可得vA＝b，a＝2k答案：（1）24.0080.0（2）（3）70.059.0（4）b2k2．解析：（1）測(cè)量前測(cè)微螺桿和測(cè)砧相觸時(shí)，圖（a）的示數(shù)為d0＝0mm＋0.7×0.01mm＝0.007mm螺旋測(cè)微器讀數(shù)是固定刻度讀數(shù)（0.5mm的整數(shù)倍）加可動(dòng)刻度（0.5mm以下的小數(shù)）讀數(shù)，圖中讀數(shù)為d1＝20mm＋3.4×0.01mm＝20.034mm則擺球的直徑為d＝d1－d0＝20.027mm（2）角度盤(pán)的大小一定，即在規(guī)定的位置安裝角度盤(pán)，測(cè)量的擺角準(zhǔn)確，但將角度盤(pán)固定在規(guī)定位置上方，即角度盤(pán)到懸掛點(diǎn)的距離變短，同樣的角度，擺線在角度盤(pán)上掃過(guò)的弧長(zhǎng)變短，故擺線在角度盤(pán)上所指的示數(shù)為5°時(shí)，實(shí)際擺角大于5°；（3）單擺的擺線長(zhǎng)度為81.50cm，則擺長(zhǎng)為l＝l0＋eq\f(d,2)＝81.50cm＋eq\f(2.0027,2)cm＝82.5cm；一次全振動(dòng)單擺經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)兩次，故此單擺的周期為T(mén)＝eq\f(2t,N)＝eq\f(54.60,30)s＝1.82s由單擺的周期表達(dá)式T＝2πeq\r(\f(l,g))得，重力加速度g＝eq\f(4π2l,T2)＝9.83m/s2答案：（1）0.007（0.007～0.009均可）20.034（20.034～20.036均可）20.027（20.025～20.029均可）（2）大于（3）82.51.829.833．解析：（3）利用描點(diǎn)法得出圖像如圖．（4）根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則知，橡皮筋的長(zhǎng)度l＝15.35cm.（5）由胡克定律可得nmg＝k（l－l0），變化為l＝eq\f(mg,k)n＋l0.l-n圖象的斜率eq\f(mg,k)＝eq\f(6.05,20)×10－2，解得k＝20.0N/m.代入數(shù)據(jù)解得橡皮筋原長(zhǎng)l0＝9.00cm.掛上冰墩墩玩具，有Mg＝k（l－l0），解得M＝127g.答案：（3）如圖所示（4）15.35（5）1274．解析：（2）根據(jù)螺旋測(cè)微器讀數(shù)規(guī)則可知，小球直徑d＝7.5mm＋0.385mm＝7.885mm.（3）由于小球自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短，所以測(cè)量時(shí)，應(yīng)該先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球．（4）小球第1次通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v1＝eq\f(d,t1)，第2次通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v2＝eq\f(d,t2)，小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))－eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＝eq\f(md2,2)（eq\f(1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))－eq\f(1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))）.（5）若適當(dāng)調(diào)高光電門(mén)高度，將會(huì)增大因空氣阻力引起的測(cè)量誤差．答案：（2）7.885（3）B（4）eq\f(md2,2)（eq\f(1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))－eq\f(1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))）（5）增大5．解析：（1）由圖（b）讀出手機(jī)的加速度大小為a＝4.7m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有（mB－mA）g1＝（mA＋mB）a，代入數(shù)據(jù)解得g1＝9.4m/s2.（2）測(cè)量的重力加速度小于實(shí)際值，除偶然誤差外，也可能是系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的，例如滑輪的軸不光滑，滑輪有質(zhì)量，細(xì)繩有質(zhì)量，手機(jī)和小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受空氣阻力，手機(jī)在下落過(guò)程中發(fā)生擺動(dòng)等．（3）由于還需要算出小球運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)時(shí)的速度，則還需要測(cè)量小球A的直徑d，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為（mB－mA）gh＝eq\f(1,2)（mA＋mB）eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2).答案：（1）9.4（2）見(jiàn)解析（3）小球A的直徑d（mB－mA）gh＝eq\f(1,2)（mA＋mB）eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)6．解析：（2）在一動(dòng)一靜的彈性碰撞中，質(zhì)量小的滑塊碰撞質(zhì)量大的滑塊才能反彈，故應(yīng)選質(zhì)量為0.304kg的滑塊作為A.（6）滑塊A、B碰后的速度v1＝eq\f(s1,t1)、v2＝eq\f(s2,t2)，因s1＝s2，故有eq\f(v1,v2)＝eq\f(t2,t1)，則k2＝eq\f(0.21,0.67)≈0.31.（7）eq\f(v1,v2)的平均值eq\o(k,\s\up6(－))＝eq\f(2×0.31＋3×0.33,5)≈0.32.（8）設(shè)滑塊A碰前的速度為v0，若為彈性碰撞，則有：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m1v0＝－m1v1＋m2v2①,\f(1,2)m1veq\o\al(\s\up1(2),