五年20162020高考物理真题专题点拨专题17力学实验含解析

1专题17力学实验【2020年】1.（2020·新课标Ⅰ）某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。实验步骤如下：（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小Δp=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）（6）某次测量得到的一组数据为：d=1.000cm，m1=1.5010-2kg，m2=0.400kg，△t1=3.90010-2s，Δt2=1.27010-2s，t12=1.50s，取g=9.80m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）（7）定义Δ=100%IpI，本次实验δ=________%（保留1位有效数字）。【答案】(1).大约相等(2).m1gt12(3).221()ddmtt(4).0.221(5).0.212(6).4【解析】（1）[1]当经过A,B两个光电门时间相等时，速度相等，此时由于阻力很小，2可以认为导轨是水平的。（5）[2]由I=Ft，知112Imgt[3]由21pmvmv知2222121()ddddpmmmtttt6)[4]代入数值知，冲量2112=1.5109.81.5Ns0.221NsImgt[5]动量改变量1221()0.212kgmsddpmtt（7）[6]||0.2250.212100%100%4%0.225IpI2.（2020·新课标Ⅱ）一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0=0.590m，下降一段距离后的高度h=0.100m；由h0下降至h所用的时间T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小为a=_______m/s2（保留3位有效数字）。从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g，当地重力加速度大小为g=9.80m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′=_______m/s2（保留3位有效数字）。可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__________。【答案】(1).1.84(2).1.96(3).滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑轮有质量）【解析】①有题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有2012hhaT-=代入数据解得a=1.84m/s2；②根据牛顿第二定律可知对小球A有AATmgma¢-=3对小球B有BBmgTma¢-=带入已知数据解得21.96m/sa¢=；③在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小。3.（2020·新课标Ⅲ）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。【答案】(1).0.36(2).1.80(3).B、P之间的距离【解析】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度2(4.002.56)10m/s=0.36m/s0.04Bv2P(57.8650.66)10m/s=1.80m/s0.04v[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以需要测量对应的B、P之间的距离。4.（2020·浙江卷）做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验4方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：（ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；（ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到aF的关系。①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小dv_____m/s（保留两位有效数字）；②需要满足条件Mm的方案是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作aF图象时，把mg作为F值的是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。【答案】(1).0.18～0.19(2).甲(3).甲和乙【解析】①[1]．打点计时器打点周期0.1sT由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d点时小车的速度2(38.1030.70)10m/s0.19m/s440.1dbfvT②[2][3]．在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得()mgMma则magmM则绳子对小车的拉力MFMamgmM当Mm时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力。故甲需要满足Mm。在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f，则有sinMgfmg5取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得sinMgfMa即mgMa故乙方案中，不需要满足Mm。在甲乙方案中，均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速的直线运动的合力及F。5.（2020·浙江卷）某同学用单摆测量重力加速度，①为了减少测量误差，下列做法正确的是_____（多选）；A．摆的振幅越大越好B．摆球质量大些、体积小些C．摆线尽量细些、长些、伸缩性小些D．计时的起、止位置选在摆球达到的最高点处②改变摆长，多次测量，得到周期平方与摆长的关系图象如图所示，所得结果与当地重力加速度值相符，但发现其延长线没有过原点，其原因可能是_____。A．测周期时多数了一个周期B．测周期时少数了一个周期C．测摆长时直接将摆线的长度作为摆长D．测摆长时将摆线的长度加上摆球的直径作为摆长【答案】(1).BC(2).C【解析】①[1]．单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动，单摆的摆角不能太大，一般不能超过5°，否则单摆将不做简谐振动，故A做法错误；实验尽量选择质量大的、体积小的小球，减小空气阻力，减小实验误差，故B做法正确；为了减小实验误差，摆线应轻且不易伸长的细线，实验选择细一些的、长度适当、伸缩性小的绳子，故C做法正确；物体再平衡位置（最低点）速度最大，计时更准确，故D做法错误。6②[2]．单摆的周期2lTg，即224Tlg但是实验所得2Tl没过原点，测得重力加速度与当地结果相符，则斜率仍为24g；则2204()Tllg，故实验可能是测量是直接将摆线的长度作为摆长了。6.（2020·江苏卷）疫情期间“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片，利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如题图1所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是_____。(2)下列主要操作步骤的正确顺序是_____。（填写各步骤前的序号）①把刻度尺竖直固定在墙上②捏住小球，从刻度尺旁静止释放③手机固定在三角架上，调整好手机镜头的位置④打开手机摄像功能，开始摄像(3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如题图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为16s，刻度尺的分度值是1mm，由此测得重力加速度为_____2m/s。(4)在某次实验中，小明释放小球时手稍有晃动，视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片，_____（选填“仍能”或“不能”）用(3)问中的方法测出重力加速度。【答案】(1).小钢球(2).①③④②(3).9.61（9.5~9.7）(4).仍能【解析】(1)要测量当地重力加速度需要尽量减小空气阻力的影响，所以密度大体积小7的小钢球最适合；(2)要完成实验首先应该将刻度尺竖直固定在墙上，安装好三脚架，调整好手机摄像头的位置；因为下落时间很短，所以一定要先打开摄像头开始摄像，然后在将小球从刻度尺旁静止释放，故顺序为①③④②；(3)由三张图片读出小球所在位置的刻度分别为2.50cm，26.50cm，77.20cm；小球做自由落体运动，根据2xgT，可得g=9.612m/s。(4)因为就算小球偏离了竖直方向，但是小球在竖直方向上的运动依然是自由落体运动，对实验结果无影响，故仍能用前面的方法测量出重力加速度。7.（2020·山东卷）2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：（i）如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺（图中未画出）。（ii）调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小8物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。（iii）该同学选取部分实验数据，画出了2Lt-t图像，利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6m/s2。（iv）再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验。回答以下问题：(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为_____m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为_____m/s2。（结果均保留2位有效数字）(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为_____m/s2。（结果保留2位有效数字，sin37°=0.60，cos37°=0.80）【答案】(1).0.32或0.33(2).3.1(3).9.4【解析】(1)[1][2]根据2012Lvtat可得022Lvatt则由2-Ltt图像可知2026510m/sv则v0=0.33m/s2222(19065)10m/s3.1m/s4010ak(2)[3]由牛顿第二定律可知sincosmgmgma即sincosagg当θ=53°时a=5.6m/s2，即sin53cos535.6gg当θ=37°时a=3.0m/s2，即sin37cos373.1gg联立解得g=9.4m/s28.（2020·天津卷）某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。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ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。9①为了正确完成实验，以下做法必要的是________。A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从静止开始释放C.使斜面的底边ab与桌边重合