2022届高三物理二轮复习卷：实验题专题练习（十）

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一、实验探究题
1．（2021高三上·福建月考）某同学设计了如图所示实验装置“验证机械能守恒定律”，绕过固定光滑圆环的细线，一端连接小球A，一端连接放在力传感器上的重物B，当地的重力加速度为g。
（1）对实验的要求，下列说法正确的是______。
A．小球A选用密度大、体积小的球
B．重物B的质量必须等于小球A的质量
C．细线选用不可伸长的轻质细线
D．OA段细线越长越好
（2）实验时将小球A拉至与O等高的位置，OA段和OB段细线均刚好伸直，由静止释放小球A，力传感器记录物块B对力传感器的压力大小，得到最小压力为 F1 、最大压力为 F2 ，则重物B的质量为 ；（选用题中给出的合适物理量字母表示）
（3）要验证机械能守恒，还需要测量的物理量为______。
A．小球A的质量 mAB．OA段细线长 L1
C．小球A的半径rD．OB段细线长 L2
（4）当表达式 成立时，机械能守恒定律得到验证。（用题中所给以及测量的物理量字母表示）
【答案】（1）A；C
（2）F2g
（3）A
（4）F2−F1=3mAg
【考点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）A．为了减小空气阻力的影响，小球A选用密度大、体积小的球，A项正确；
B．重物B的质量等于小球A的质量不行，必须大于等于3倍小球A的质量，B项错误；
C．细线要不可伸长，质量忽略不计，C符合题意；
D．OA段细线并不是越长越好，如果与B相碰，影响实验结果，D项错误。
（2）（3）（4）开始时压力最大，等于B的重力，即 mBg=F2
得到 mB=F2g
小球运动到最低点时 F2−F1−mAg=mAv2L
当机械能守恒成立时 mAgL=12mAv2
即验证 F2−F1=3mAg
成立即可,因此还需要测量的物理量为小球A的质量 mA ，A项正确．
【分析】（1）利用牛顿第二定律结合B的平衡方程可以判别两个物体质量的关系；其OA绳子不能太长避免AB发生碰撞；
（2）利用牛顿第二定律结合开始时压力的大小及机械能守恒定律可以判别需要测量的物理量；
（3）利用牛顿第二定律结合机械能守恒定律可以判别机械能守恒的表达式。
2．（2021高三上·吕梁月考）某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度a用纸带上打出的点求得。（相邻两计数点间还有两个点没有画出），已知实验所用电源的频率为50Hz。
根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：
（1）在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为 m/s。在打出D点时，物块的速度大小为 m/s。（保留两位有效数字）
（2）物块的加速度大小为 m/s2。（保留两位有效数字）
（3）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a-F图象可能是图中的图线（______）
A．B．C．
【答案】（1）0.93；1.6
（2）5.6
（3）C
【考点】验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）
【解析】【解答】(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为 vB=4.61+×6×0.01m/s≈0.93m/s
在打出D点时，物块的速度大小为 vD=8.61+×6×0.01m/s≈1.6m/s
(2)由逐差法可得，物块的加速度大小为 a=8.61+10.61−(4.61+6.59)(0.02×6)2×0.01m/s2≈5.6m/s2
(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，由牛顿第二定律可得 F−μmg=ma
整理得 a=1mF−μg
图线与横轴有交点，他测量得到的a-F图象可能是C所画图线。
故答案为：C。
【分析】（1）利用平均速度公式可以求出瞬时速度的大小；
（2）利用逐差法可以求出加速度的大小；
（3）利用牛顿第二定律结合存在摩擦力可以判别对应的图线。
3．（2021高三上·重庆月考）利用如图1所示装置进行“探究合外力一定时物体的加速度与质量之间的关系”的实验。
（1）实验装置需要对小车进行平衡摩擦力．其目的是使细线的拉力为打点计时器纸带小车做匀加速运动的合外力。
实验中小桶质量m和小车质量M之间应满足的关系为 。
（2）保持小桶质量m和其他条件不变，只改变小车质量M，多次实验小师口测出相应加速度大小a，记录在下列表格中：
其中，在第3次实验中，忘记了记录加速度X的数值，该次实验的部分纸带如题图2所示，O、A、B、C、D、E、F为7个连续的计数点，相邻两计数点间还有四个实际打点未画出，打点计时器的打点频率为 50Hz ，测得A、B、C、D、E、F与O点间距分别为 0.50cm、1.27cm、2.34cm、3.67cm、5.30cm、7.20cm ，可计算加速度的数值 X= 。
（3）在如题图3所示坐标纸上，根据表格数据描点，并作出图线 ，得出实验结论： 。
【答案】（1）m