2020届高考物理名校试题专题18 力学实验(一)(解析版)

2020年全国大市名校高三期末一模物理试题全解全析汇编（四）力学实验（一）1、（2020·山西省大同市市直学校高三第一次联考）某物理实验小组的同学安装“验证动量守恒定律”的实验装置如图所示。

先让质量为m1的小球A从斜面上某处自由滚下测出落地点的位置，然后再与静止在支柱上质量为m2的等体积小球B发生对心碰撞，测出两个球分别的落地点位置。

则：（1）下列关于实验的说法正确的是____________。

A.轨道末端的切线必须是水平的B.斜槽轨道必须光滑C.入射球m1每次必须从同一髙度滚下D.应满足入射球m1质量小于被碰小球m2（2）在实验中，根据小球的落点情况，该同学测量出OP、OM、ON、O’P、O’M、O’MN的长度，用以上数据合理地写出验证动量守恒的关系式为____________。

（3）在实验中，用20分度的游标卡尺测得两球的直径相等，读数部分如图所示，则小球的直径为____________mm。

【答案】(1). AC (2). m1·OP=m1·OM+m2·O′N(3). 11.70【解析】（1）[1]．A、要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故A正确；B、“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，对斜槽是否光滑没有要求，故B错误；C、要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确；D、为防止碰后m1被反弹，入射球质量要大于被碰球质量，即m1＞m2，故D错误。

故选AC。

（2）[2]．小球粒子轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相同，在空中的运动时间t相等，有：m1v1=m1v1′+m2v2′两边同时乘以时间t，则有：m1v1t=m1v1′t+m2v2′t即：m1•OP=m1•OM+m2•O′N；（3）[3]．游标卡尺是20分度的卡尺，其精确度为0.05mm，则图示读数为：11mm+14×0.05mm=11.70mm；2、（2020·安徽省淮北市高三一模）如图（甲）所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处从静止释放,下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H>>d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g．则：（1）如图（乙）所示，用游标卡尺测得小球的直径d =________mm．（2）小球经过光电门B 时的速度表达式为__________．（3）多次改变高度H ，重复上述实验，作出随H 的变化图象如图（丙）所示，当图中已知量t 0、H 0和重力加速度g 及小球的直径d 满足以下表达式：_______时，可判断小球下落过程中机械能守恒．【答案】 (1). 7.25 (2). d /t (3). 022012g H t d=或2gH 0t 02=d 2 【解析】(1)[1]游标卡尺的主尺读数为7mm ，游标读数为0.05×5mm=0.25mm ，则小球的直径d =7.25mm ．(2)[2]根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，小球在B 处的瞬时速度B d v t＝； (3)[3]小球下落过程中重力势能的减小量为mgH 0，动能的增加量22011()22k d E mv m t ＝＝ 若机械能守恒，有：2020112gH d t ⋅＝ 即022012g H t d=3、（2020·福建省福州市第一中学高三下学期开学质检）某实验小组采用图甲所示的装置“探究动能定理”即探究小车所受合外力做功与小车动能的变化之间的关系。

该小组将细绳一端固定在小车上，另一端绕过定滑轮与力传感器、重物相连。

实验中，小车在细绳拉力的作用下从静止开始加速运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，力传感器记录细绳对小车的拉力大小。

(1)实验中为了把细绳对小车的拉力视为小车的合外力，要完成的一个重要步骤是____________；(2)实验时，下列物理量中必须测量的是___________；A ．长木板的长度LB ．重物的质量mC ．小车的总质量M(3)实验中，力的传感器的示数为F ，打出的纸带如图乙。

将打下的第一个点标为O ，在纸带上依次取A 、B 、C 三个计数点。

已知相邻计数点间的时间间隔为T ，测得A 、B 、C 三点到O 点的距离分别为x 1、x 2、x 3。

则从打O 点到打B 点过程中，探究结果的表达式是：____________（用题中所给字母表示）。

【答案】 (1). 平衡摩擦力 (2). C (3). 23121()22x x Fx M T-=【解析】(1)[1]利用小车自身重力沿斜面向下的分力平衡下滑过程中的滑动摩擦力，这样小车下滑过程中，合外力就是绳子的拉力；(2)[2]A ．合外力做功的距离由纸带测出，不需要长木板的长度，A 错误；B ．力传感器测出绳子拉力，即合外力，不需要测量重物的质量，B 错误；C ．实验中需要计算小车动能的变化量，所以需要测出小车的质量，C 正确。

故选C ；(3)[3]从打O 点到打B 点过程中，合外力做功：2W Fx =在B 点时的速度，根据匀变速直线运动某段时间内，平均速度等于中间时刻速度：312x x v T-=从O 点到B 点动能的该变量： 21k 321()22021E M x M v x T∆--== 所以需要验证的表达式为：23121()22x x Fx M T-=。

4、（2020·广东省中山市中山纪念学校高三第一次质检）某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O 的正上方A 处，另一端系绳套1和绳套2.(a)主要实验步骤如下：①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O 处，记下弹簧测力计的示数F ； ②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O 点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下绳套1弹簧测力计的示数F 1；③根据力的平行四边形定则计算此时绳套1的拉力F 1′＝________；④比较F 1和F 1′，即可初步验证力的平行四边形定则；⑤只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤.(b)保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O 处不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是：________.A.逐渐增大B.先增大后减小C.逐渐减小D.先减小后增大【答案】（1）1'F =，1'F 和1F （2）A 【解析】（1）根据平行四边形定则可得tan 30F F ='o ，故有1'F =，因为两次情况下效果相同，而1'F 相当于合力F 的一个分力，如果1'F 和1F 大小相等，则验证； （2）因为结点在O 处不动，所以相当于两力的合力不变，如图所示：根据图像可得绳套1的拉力大小在逐渐增大，故A 正确；5、（2020·广东省中山市中山纪念学校高三第一次质检）.如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m ，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg ，将该力视为合外力F ，对应的加速度a 则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F 的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F 为横轴，以加速度a 为纵轴，画出a －F 图象，图象是一条过原点的直线．①a －F 图象斜率的物理意义是_________________________________________．②你认为把沙桶的总重力mg 当作合外力F 是否合理？答：______.(填“合理”或“不合理”)③本次实验中，是否应该满足M ≫m 这样的条件？答：_______(填“是”或“否”)；理由是________．(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量m 不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合外力不变．用图象法处理数据时，以加速度a 为纵横，应该以______倒数为横轴．【答案】 (1). (1) 1M m+ (2). 合理 (3). 否 (4). 因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg (5). M ＋m【解析】(1)①将车内的沙子转移到桶中，就保证了M m +不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，F mg a M m M m ==++，可见a -F 图象斜率的物理意义是1M m+．系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg ，不必满足M m >>这样的条件．②因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg ，当作合外力F 是合理的；③系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg ，不必满足M ≫m 这样的条件．(2)向小车内添加或去掉部分沙子，是改变系统的总质量M m +，而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力mg ，保证了合外力不变．所以用图象法处理数据时，以加速度a 为纵轴，应该以M m +倒数为横轴。

6、（2020·贵州省罗甸县第一中学高三上学期期末）如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B ．滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A 处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d ，如图乙所示，则d ＝________mm ．(2)实验时，将滑块从A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B 的时间t ，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是______________________．(3)下列不必要的一项实验要求是________．(填选项前的字母)A ．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B ．应使A 位置与光电门间的距离适当大些C ．应将气垫导轨调节水平D ．应使细线与气垫导轨平行(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F 和遮光条通过光电门的时间t ，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________填“t 2­-F”“ -­F”或“21t-­F”图象． 【答案】 (1). 2.30 (2). 遮光条到光电门的距离L (3). A (4). 21F t 【解析】①由游标卡尺的图示可知，d=2mm+5×0.05mm=2.25mm ；②由遮光条的宽度与时间t ，可计算出滑块经过光电门的速度，欲求滑块加速度，则还应该知道A 位置到光电门B 之间的距离L ；③由于绳上连接有力传感器，它可以直接测出绳上拉力的大小，故没有必要使滑块质量必须远大于钩码和力传感器的总质量，所以A 是不必要的；而B中使A位置与光电门间的距离适当大些、C中应将气垫导轨调节水平、D中使细线与气垫导轨平行等都是有必要的；④根据L=12at2可知，加速度a与t2是成反比的，故欲研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出的图像，如果该图像是一条直线，则说明加速度与力是成正比的．7、（2020·河北省承德第一中学高三第三次月考）.某同学利用图（a）的装置测量轻弹簧的劲度系数．图中，光滑的细杆和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂砝码（实验中，每个砝码的质量均为50.0gm=）．弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出．实验步骤如下：①在绳下端挂上一个硅码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触；②系统静止后，记录砝码的个数及指针的位置；③逐次增加砝码个数，并重复步骤②（保持弹簧在弹性限度内）：④用n表示砝码的个数，l表示相应的指针位置，将获得的数据记录在表格内．回答下列问题：（1）根据下表的实验数据在图（b）中补齐数据点并做出l n-图像__________．（2）弹簧的劲度系数k 可用砝码质量m 、重力加速度大小g 及l n -图线的斜率α表示，表达式为k =________．若g 取29.80m /s ，则本实验中k =________N /m （结果保留3位有效数字）．【答案】 (1). （1）图见解析； (2). （2）mg k a=； (3). 109N/m 【解析】（1）做出l n -图像如图；（2）由胡克定律：0()nmg k l l =-，即0mg l n l k =+，则mg a k =，解得mg k a=；由图形可知12.710.00.456a -==，解得20.059.80N/m 109N/m 0.4510k -⨯=≈⨯ 8、（2020·湖北省十堰市高三元月调研）某同学利用图甲所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。