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专题分层突破练16　力学实验
A组
1.(2025广西南宁模拟)某实验小组利用带滑轮的长木板,按图1所示的装置安装器材探究“物体加速度与质量、加速度与力的关系”。
图1
(1)实验中给打点计时器接220 V交变电流,说明使用的是　　　　　(选填“电磁打点”或“电火花”)计时器。
(2)调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳始终与长木板保持平行,稍垫高长木板的另一侧,平衡摩擦后,逐步在木板上增加钩码,探究“木块加速度与质量的关系”。以下说法正确的是　　　　。
A.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
B.平衡摩擦时需将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.通过增减木块上的钩码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图1所示的装置放在水平桌面上,木块上均不放钩码,在没有平衡阻力的情况下,探究加速度a与拉力F的关系,分别得到图2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲　　　m乙,μ甲　　　μ乙(均选填“大于”“小于”或“等于”)。
图2
2.(2024四川成都高三月考)在用单摆测量重力加速度实验中,某同学进行如下步骤:
甲
乙
(1)用游标为10分度(测量值可准确到0.1 mm)的卡尺测量小球的直径。某次测量的示数如图甲所示,读出小球直径d的值为　　　　 mm。
(2)把摆球从平衡位置拉开一个小角度由静止释放,使单摆在竖直平面内摆动,用停表测出单摆做n次全振动所用的时间t,停表读数如图乙所示,读数为　　　　 s。
(3)如果测得的g值偏大,可能的原因是　　　　。
A.先将单摆放在水平桌面上测出摆长l,后把单摆悬挂起来
B.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了
C.摆球不在同一竖直平面内运动,成为圆锥摆运动
D.测周期时,当摆球通过最低点时启动停表并数“1”,数到摆球第40次通过平衡位置时按下停表,读出时间t,得周期T=
B组
3.用如图甲所示的装置探究物体的加速度与质量的关系,把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上,小车的左端连接穿过打点计时器的纸带,右端连接细线,细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码,通过垫块调节木板左端高度以平衡小车受到的阻力。
甲
(1)下列实验操作中正确的有　　　　。
A.先释放小车后接通电源
B.调整定滑轮使细线与长木板平行
C.平衡小车受到的阻力时必须移去纸带
D.平衡小车受到的阻力时必须移去托盘和砝码
(2)某次实验打出的一条纸带如图乙所示,测得计数点1、2、3、4与计数点0间的距离分别为x1=3.60 cm、x2=9.61 cm、x3=18.01 cm、x4=28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s,相邻计数点间有四个计时点未画出,则小车的加速度a=　　　　 m/s2(结果保留三位有效数字)。
乙
(3)实验中保持托盘和砝码的总质量为20 g不变,改变小车和车内沙子的总质量m,进行实验打出纸带,算出相应的加速度a,数据如下表所示,请在图丙中根据描出的点作出a-图像。由图像可得出的结论是 　。
a/(m·s-2) 2.40 1.99 1.43 1.25 1.11 0.77 0.62 0.48 0.24
m/kg 0.06 0.08 0.12 0.14 0.16 0.24 0.30 0.40 0.80
/kg-1 16.67 12.50 8.33 7.14 6.25 4.17 3.33 2.50 1.25
丙
丁
(4)某小组在实验中作出-m图像如图丁所示,图像斜率的物理意义是　　　　　　　　;若图像纵截距为b,斜率为k,则托盘和砝码的总质量为　　　　(用字母b、k表示)。
4.某物理兴趣小组的同学利用图甲所示的装置验证小球做圆周运动时机械能守恒。细线上端固定在竖直铁架台上的O点,下端悬挂一个小球,将小球拉起一定高度,由静止释放,摆到最低点时,恰好通过固定在铁架台上的光电门。已知当地的重力加速度为g。
(1)用游标卡尺测出小球的直径,如图乙所示,则小球的直径d=　　　　 mm。
(2)关于实验仪器的选择以及实验的操作,下列说法正确的是　　　　。
A.应该选择较粗的线悬挂小球
B.小球应选密度较小的塑料球
C.小球的质量一定要用天平测量
D.小球运动的平面一定要在竖直面内
(3)该小组同学将小球从不同高度释放,测出释放点到小球摆至最低点的高度h、小球挡光时间t。以h为纵坐标、为横坐标,作出h-图像,图像是一条过原点的倾斜直线,在实验误差允许的范围内若该图像的斜率等于　　　　(用题中已知物理量的字母表示),则验证小球在摆动的过程中满足机械能守恒。
5.(2024湖南长沙模拟)小红设计了探究平抛运动水平分运动特点的实验,装置如图甲所示。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边与桌子边缘及木板平行。将木板插入自制水平槽中,槽口间距相等用以改变木板到桌边的距离,让小球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录小球的落点,重力加速度为g。
甲
(1)小红家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中平抛物体的是　　　　。
(2)为了完成实验,以下做法错误或不必要的是　　　　。
A.实验时应保持桌面水平
B.斜面的底边必须与桌边重合
C.将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球的落点记为O
D.依次将木板插入卡槽2、3、4,小球从同一位置由静止释放,白纸上的落点分别记为a、b、c
E.选择对小球摩擦力尽可能小的斜面
F.更换白纸,多次实验
(3)选取落点清晰的白纸如图乙所示,用刻度尺测出相邻两点之间的距离分别为y1、y2、y3及相邻槽口间的距离x,若y1∶y2∶y3=　　　　,说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动。小球平抛的初速度v0=　　　　(用测量所得的物理量y1、y2及x、g表示)。
乙
(4)在图甲中,木板上悬挂有一条铅垂线,其作用是　　　　　　　　　　　　　。
答案：
1.答案 (1)电火花　(2)C　(3)小于　大于
解析 (1)电磁打点计时器使用的是8 V交变电流,而电火花计时器使用的是220 V交变电流。
(2)实验时,应先接通打点计时器的电源再放开木块,A错误;平衡木块和木板间的摩擦时,不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上,B错误;平衡摩擦后,改变木块上的钩码数量改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度,C正确。故选C。
(3)由于没有平衡阻力,根据牛顿第二定律可知F-μmg=ma,整理得a=F-μg,根据图像的斜率和截距可知m甲μ乙。
2.答案 (1)15.2　(2)100.0　(3)CD
解析 (1)游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标读数为2×0.1 mm=0.2 mm,则小球的直径为d=15 mm+0.2 mm=15.2 mm。
(2)停表的读数等于大盘读数加上小盘读数,则读数为90 s+10.0 s=100.0 s。
(3)根据单摆的周期公式T=2π,变形可得g=,先将单摆放在水平桌面上测出摆长l,后把单摆悬挂起来,测得的摆长偏小,则最终测得重力加速度偏小,故A错误。摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了,则测量的摆长偏小,则最终测得的重力加速度偏小,故B错误。摆球不在同一竖直平面内运动,成为圆锥摆运动,实际摆长lcos θ变短,而测量摆长偏大,所测重力加速度偏大,故C正确。测周期时,当摆球通过最低点时启动停表并数“1”,数到摆球第40次通过平衡位置时按下停表,读出时间t,实际周期T=,则测量周期偏小,重力加速度偏大,故D正确。
3.答案 (1)BD
(2)2.40
(3)如图所示　合力一定时,当托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量时,小车和车内沙子的加速度与质量成反比
(4)托盘和砝码的总重力的倒数　
解析 (1)应先通电再释放小车,A错误。调整定滑轮使细线与长木板平行,以保证小车在运动过程中合力不变,B正确。平衡小车受到的阻力时必须连接纸带,C错误。平衡小车受到的阻力时必须移去托盘和砝码,使小车重力分力等于摩擦力,D正确。
(2)小车的加速度a==2.40 m/s2。
(4)根据牛顿第二定律可知,图像斜率的物理意义是托盘和砝码的总重力的倒数。设托盘和砝码的总质量为m',受力分析可得m'g=(m'+m)a,即m+,所以=k,=b,联立解得m'=。
4.答案 (1)11.3　(2)D　(3)
解析 (1)游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标尺的第3条刻度线与主尺的某刻度线对齐,游标尺是10分度,则读数为3×0.1 mm=0.3 mm,则小球的直径为d=11 mm+3×0.1 mm=11.3 mm。
(2)悬线应该细而长,故A错误。为了减小空气阻力的影响,小球应选择密度大、体积小的球,故B错误。验证机械能守恒时,由于小球的质量在等式两边都有,可以消去,所以小球的质量不一定要测量,故C错误。由于铁架台竖直,光电门固定在铁架台上,为了保证小球挡光的宽度是小球的直径,小球运动的平面一定要在竖直面内,故D正确。
(3)若机械能守恒,根据机械能守恒定律可得mgh=mv2,小球挡光时间为t,小球的直径为d,则小球的速度为v=,可得h=,所以h-图像是一条过原点的倾斜直线,直线的斜率为。
5.答案 (1)小钢球　(2)BE　(3)1∶3∶5　x　(4)将木板调整到竖直平面
解析 (1)为减小空气阻力的影响,实验中最适合用作平抛物体的是小钢球。
(2)为保证小球做平抛运动,则实验时应保持桌面水平,选项A正确。斜面的底边不能与桌边重合,否则小球就不能做平抛运动了,选项B错误。将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球的落点记为O,选项C正确。依次将木板插入卡槽2、3、4,小球从同一位置由静止释放,白纸上的落点分别记为a、b、c,选项D正确。斜面的摩擦力对实验无影响,只需让小球到达斜面底端时速度相等即可,选项E错误。更换白纸,多次实验,选项F正确。
(3)根据题意,若y1∶y2∶y3=1∶3∶5,则说明相邻各点间的时间相等,因木板水平方向移动的距离相等,可知水平速度不变,即平抛运动在水平方向是匀速直线运动;根据x=v0T,y2-y1=gT2,可得小球平抛的初速度v0=x。
(4)在题图中,木板上悬挂有一条铅垂线,其作用是将木板调整到竖直平面。

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