专题05 实验（期中真题汇编，湖南专用）高一物理下学期

专题05 实验 3大高频考点概览 考点01 探究平抛运动的特点 考点02 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 考点03 摩擦力 考点04 验证机械能守恒定律 地 城 考点01 探究平抛运动的特点 1．(24-25高一下·湖南怀化·期中)图甲是“探究平抛运动的规律”实验装置，用印有小方格的纸来记录平抛物体的运动轨迹，已知当地重力加速度为g。 (1)下列操作必要的是________ A．调节斜槽，保证其末端切线水平 B．小球每次从斜槽同一位置由静止释放 C．斜槽必须光滑 D．测量平抛小球的质量 (2)小球在平抛运动过程中的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，已知小方格的边长为L，位置a________（填写“是”或“不是”）小球的抛出点，小球的初速度大小________（用L、g表示）； (3)操作人员以水平向右为正方向建立x轴，以竖直向下为正方向建立y轴，没有以抛出时小球的重心为坐标原点，而是以轨道末端为坐标原点，描绘出了小球重心运动轨迹（由（2）图乙中描的点用平滑曲线连接得到），得轨迹方程为，其中________（用L表示）。 2．(24-25高一下·湖南名校联考联合体·期中)利用饮料瓶等生活中常见的材料也可以探究平抛运动特点，装置如图甲所示。 (1)进行的操作如下，请将空白处补充完整： A．在饮料瓶内装入红墨水，用橡皮塞塞住，插入进气管，封住进气管，插入出水管按图所示安装好仪器； B．调节喷嘴，使固定在水准仪上的喷嘴方向___________； C．利用铁架台将木板固定在竖直方向，将白纸固定在木板上，调整铁架台使木板靠近水准仪，用重垂线在白纸上定出轴，喷嘴的喷水处在白纸上的投影记为点，过点且垂直于轴的水平线为轴； D．打开进气管，让水从喷嘴射出，待水流稳定后，用油性笔将水的流动轨迹描绘在白纸上； E．封住进气管，取下白纸，根据水的流动轨迹求出水从喷嘴流出时的初速度； (2)为了确保实验顺利进行，应该满足___________； A．水流平抛初速度稳定 B．水流的流速大 C．水流时间长 (3)图乙是某同学根据实验画出的水流运动轨迹，在轨迹上任取三点，测得两点竖直坐标为为，两点水平间距为，则水流平抛的初速度为___________m/s；若点的竖直坐标为，则小球在点的速度为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度） 地 城 考点02 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 3．(24-25高一下·湖南邵东第三中学·期中)小李用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素，实验时用手拨动旋臂产生匀速圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量角速度和向心力。 (1)下列实验与小李的实验中采用的实验方法一致的是 A．探究弹簧弹力与形变量的关系 B．探究两个互成角度的力的合成规律 C．探究加速度与力、质量的关系 (2)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间Δt，并由挡光杆的宽度d、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则计算其角速度的表达式为_____； (3)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知，曲线②对应的砝码质量_____（选填“大于”或“小于”）曲线①对应的砝码质量。 (4)为了进一步明确向心力和角速度的关系，可以作向心力F与_______关系的图像。该图像为线性图像，更容易观察。 4．(24-25高一下·湖南湘潭湘潭县第一中学等多校·期中)下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 (1)某物理兴趣小组用如图甲所示装置探究自由落体运动的规律。该小组在某次实验中打出一条纸带如图丁，他们在纸带上取连续的7个点进行研究，并用刻度尺测出相邻两点之间的距离，，，，，，，电磁打点计时器的电源频率为。 ①根据实验数据计算，该重锤自由下落的加速度是__________m/s²（保留3位有效数字）。 ②由于有阻力的存在，使得重物运动的实际加速度小于重力加速度，所以重力加速度的测量值通常会偏小，属于_______误差。 (2)“验证力的平行四边形定则”的实验如图乙所示，同学们在操作过程中有如下议论，其中对减少实验误差有益的说法是________。 A．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行 B．两根细绳必须等长 C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上 D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些 (3)“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置如图丙所示。在探究“向心力与半径之间的关系”过程中，将皮带绕在左右塔轮上，并选择左右塔轮半径________（填“相同”或“不同”），将质量相同的两个小球分别放在________（填“A、B”“A、C”或“B、C”）位置，然后摇动手柄进行观察和记录。 5．(24-25高一下·湖南湘一名校联盟·期中)为探究“向心力大小与质量、角速度、半径的关系”，某同学设计了如图1所示的实验装置，竖直转轴固定在电动机上（未画出），光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，在水平直杆的左端套一带孔滑块P，用轻杆将滑块P与固定在转轴上的力传感器连接，当转轴转动时，直杆随转轴一起转动，力传感器可以记录轻杆上的力，直杆的另一端安装有挡光条，在挡光条经过的位置安装一光电计数器，光电计数器可以记下被遮挡的次数，通过秒表记录时间。 (1)从光电计数器第1次被遮挡开始计时，直到第n次被遮挡共用时t，则挡光条的周期T=_________，滑块的角速度ω=_________（用题目所给字母表示）。 (2)某次实验中，该同学多次改变转速后，记录了一系列力与对应周期数据，通过数据处理描绘出了F-图线如图2所示，若滑块转动半径r=0.1m，则滑块的质量m=_________kg（π2取10）。 6．(24-25高一下·湖南长沙第一中学·期中) (1)用如图甲所示的向心力演示仪探究向心力的表达式，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1。探究向心力大小F与角速度的关系时，选择两个质量____（选填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板____（选填“A”或“B”）和挡板C处。 (2)如图乙所示，一类似于实验装置的皮带传动装置，A、B、C三点到各自转轴的距离分别为、、，已知，若在传动过程中，皮带不打滑。则A点与C点的角速度之比______，B点与C点的向心加速度大小之比_____。 地 城 考点03 探究动能定理 7．(24-25高一下·湖南湘潭湘潭县第一中学等多校·期中)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置可用于“探究物体所受合力做功与动能变化的关系”，某实验小组成员用将图甲装置改进为图乙所示的装置做“探究外力做功与物体动能变化关系”实验。 (1)本实验________（填“需要”或者“不需要”）满足m远小于M的条件。 (2)实验前测出砂和砂桶的总质量m。接通打点计时器的电源，静止释放砂和砂桶，带着小车开始做加速运动，读出运动过程中力传感器的读数T，通过纸带得出起始点O（初速度为零的点）到某点A的位移L，并通过纸带算出A点的速度v，已知重力加速度为g，以m为研究对象，所需验证的动能定理的表达式为__________。 A． B． C． D． (3)实验小组成员也采用图甲进行实验，但实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤，该同学画出小车动能变化与拉力对小车所做的功的关系图像，已知小车与木板间动摩擦因数恒定不变，他得到的实验图线（实线）应该是__________。 A． B． C． D． 地 城 考点04 验证机械能守恒定律 8．(24-25高一下·湖南长沙雅礼集团八校联考·期中)某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50Hz，重物质量为0.5kg，重力加速度g取9.8m/s2。 (1)由纸带数据计算可得：重物在计数点2的速度v2=_____m/s，在计数点5的速度，进而可求得在打2~5计数点过程中重物动能的增加量∆Ek，打2~5计数点过程中重物重力势能的减少量∆EP=_____J，重复实验得出实验结论（以上两空结果都保留2位有效数字）。 (2)实验中，重物获得的动能往往__________（填“大于”或“小于”或“等于”）减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_____________。 (3)根据实验判断下列图像正确的是__________。（其中∆Ek表示重物动能的变化量，∆h表示物体下落的高度） A． B． C． D． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题05 实验 3大高频考点概览 考点01 探究平抛运动的特点 考点02 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 考点03 摩擦力 考点04 验证机械能守恒定律 地 城 考点01 探究平抛运动的特点 1．(24-25高一下·湖南怀化·期中)图甲是“探究平抛运动的规律”实验装置，用印有小方格的纸来记录平抛物体的运动轨迹，已知当地重力加速度为g。 (1)下列操作必要的是________ A．调节斜槽，保证其末端切线水平 B．小球每次从斜槽同一位置由静止释放 C．斜槽必须光滑 D．测量平抛小球的质量 (2)小球在平抛运动过程中的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，已知小方格的边长为L，位置a________（填写“是”或“不是”）小球的抛出点，小球的初速度大小________（用L、g表示）； (3)操作人员以水平向右为正方向建立x轴，以竖直向下为正方向建立y轴，没有以抛出时小球的重心为坐标原点，而是以轨道末端为坐标原点，描绘出了小球重心运动轨迹（由（2）图乙中描的点用平滑曲线连接得到），得轨迹方程为，其中________（用L表示）。 【答案】(1)AB (2) 不是 (3) 【详解】（1）A．需调节斜槽，保证其末端切线水平，以保证小 球做平抛运动，故A正确； BC．斜槽不一定要必须光滑，但是小球每次要从斜槽同 一位置由静止释放，以保证到达底端时的速度相同，故B正确，C错误； D．小球做平抛运动的加速度恒为重力加速度，与小球质量无关，不需要测量小球的质量，故D错误。 故选AB。 （2）[1]若位置a是小球的抛出点，则小球竖直方向的运动满足初速度为零的匀变速直线运动的规律，竖直方向连续相等时间内的位移之比满足1∶3∶5·，根据题图可知比例不满足1∶3∶5·，则位置α不是小球的抛出点； [2]竖直方向有 水平方向有 代入题中数据，解得 （3）根据平抛运动规律有 联立解得 没有以抛出时小球的重心为坐标原点，而是以轨道末端为坐标原点，描绘出了小球重心运动轨迹不影响值， 对比题中轨迹方程可知 联立以上解得 2．(24-25高一下·湖南名校联考联合体·期中)利用饮料瓶等生活中常见的材料也可以探究平抛运动特点，装置如图甲所示。 (1)进行的操作如下，请将空白处补充完整： A．在饮料瓶内装入红墨水，用橡皮塞塞住，插入进气管，封住进气管，插入出水管按图所示安装好仪器； B．调节喷嘴，使固定在水准仪上的喷嘴方向___________； C．利用铁架台将木板固定在竖直方向，将白纸固定在木板上，调整铁架台使木板靠近水准仪，用重垂线在白纸上定出轴，喷嘴的喷水处在白纸上的投影记为点，过点且垂直于轴的水平线为轴； D．打开进气管，让水从喷嘴射出，待水流稳定后，用油性笔将水的流动轨迹描绘在白纸上； E．封住进气管，取下白纸，根据水的流动轨迹求出水从喷嘴流出时的初速度； (2)为了确保实验顺利进行，应该满足___________； A．水流平抛初速度稳定 B．水流的流速大 C．水流时间长 (3)图乙是某同学根据实验画出的水流运动轨迹，在轨迹上任取三点，测得两点竖直坐标为为，两点水平间距为，则水流平抛的初速度为___________m/s；若点的竖直坐标为，则小球在点的速度为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度） 【答案】(1)水平 (2)AC (3) 1.0 2.0 【详解】（1）为保证水喷出的初速度在水平方向，固定在水准仪上的喷嘴方向要水平。 （2）为了为平抛运动轨迹，必须保证初速度稳定，为了能稳定且便利地测量数据需要较长的测量时间，从而需要较小的水流速度。 （3）[1]由平抛运动规律可知，竖直方向有，解得 即运动至A点的时间 运动至B点的时间 水平方向有，则水平初速度 [2]设点的竖直分速度为，由竖直方向做匀加速直线运动有 可得 由速度的合成可知小球在点的速度 地 城 考点02 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 3．(24-25高一下·湖南邵东第三中学·期中)小李用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素，实验时用手拨动旋臂产生匀速圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量角速度和向心力。 (1)下列实验与小李的实验中采用的实验方法一致的是 A．探究弹簧弹力与形变量的关系 B．探究两个互成角度的力的合成规律 C．探究加速度与力、质量的关系 (2)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间Δt，并由挡光杆的宽度d、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则计算其角速度的表达式为_____； (3)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知，曲线②对应的砝码质量_____（选填“大于”或“小于”）曲线①对应的砝码质量。 (4)为了进一步明确向心力和角速度的关系，可以作向心力F与_______关系的图像。该图像为线性图像，更容易观察。 【答案】(1)C (2) (3)大于 (4) 【详解】（1）本实验中探究向心力大小的影响因素，采用的实验方向是控制变量法。 A．探究弹簧弹力与形变量的关系，没有采用控制变量法，故A错误； B．探究两个互成角度的力的合成规律采用的实验方法是等效替代法，故B错误； C．探究加速度与力、质量的关系采用的实验方法是控制变量法，故C正确。 故选C。 （2）挡光杆通过光电门的线速度大小为 根据角速度与线速度关系v=ωr 可得角速度的表达式为 （3）由图乙中①②两条曲线中取相同角度比较，可知②曲线对应的向心力大于①曲线对应的向心力，根据，由于半径相同，所以曲线②对应的砝码质量大于曲线①对应的砝码质量。 （4）根据，为了进一步明确向心力和角速度的关系，可以作的关系图像，该图像为线性图像，更容易观察。 4．(24-25高一下·湖南湘潭湘潭县第一中学等多校·期中)下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 (1)某物理兴趣小组用如图甲所示装置探究自由落体运动的规律。该小组在某次实验中打出一条纸带如图丁，他们在纸带上取连续的7个点进行研究，并用刻度尺测出相邻两点之间的距离，，，，，，，电磁打点计时器的电源频率为。 ①根据实验数据计算，该重锤自由下落的加速度是__________m/s²（保留3位有效数字）。 ②由于有阻力的存在，使得重物运动的实际加速度小于重力加速度，所以重力加速度的测量值通常会偏小，属于_______误差。 (2)“验证力的平行四边形定则”的实验如图乙所示，同学们在操作过程中有如下议论，其中对减少实验误差有益的说法是________。 A．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行 B．两根细绳必须等长 C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上 D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些 (3)“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置如图丙所示。在探究“向心力与半径之间的关系”过程中，将皮带绕在左右塔轮上，并选择左右塔轮半径________（填“相同”或“不同”），将质量相同的两个小球分别放在________（填“A、B”“A、C”或“B、C”）位置，然后摇动手柄进行观察和记录。 【答案】(1) 9.61 系统 (2)AD (3) 相同 、 【详解】（1）①[1]电磁打点计时器的电源频率为50Hz，打点时间间隔 由匀变速直线运动的推论可得，重锤自由下落的加速度是 ②[2]重锤下落过程受到空气阻力作用、纸带与限位孔间存在摩擦力，重锤所受合力小于重力，因此所测加速度值偏小，属于系统误差。 （2）A．为了使实验中在白纸上画出的力是同一平面内的力，操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故A正确； B．通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，细绳是为了更加准确的记录力的方向，并非要求两细绳等长，故B错误； C．橡皮筋不需要与两绳角平分线在同一直线上，故C错误； D．为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D正确。 故选AD。 （3）要研究向心力与半径的关系，应控制小球质量与角速度相等，半径不同，需将两个质量相同的小球分别放置在、处，将传动皮带套在半径相同的左右两个塔轮上，使小球的角速度相等。 5．(24-25高一下·湖南湘一名校联盟·期中)为探究“向心力大小与质量、角速度、半径的关系”，某同学设计了如图1所示的实验装置，竖直转轴固定在电动机上（未画出），光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，在水平直杆的左端套一带孔滑块P，用轻杆将滑块P与固定在转轴上的力传感器连接，当转轴转动时，直杆随转轴一起转动，力传感器可以记录轻杆上的力，直杆的另一端安装有挡光条，在挡光条经过的位置安装一光电计数器，光电计数器可以记下被遮挡的次数，通过秒表记录时间。 (1)从光电计数器第1次被遮挡开始计时，直到第n次被遮挡共用时t，则挡光条的周期T=_________，滑块的角速度ω=_________（用题目所给字母表示）。 (2)某次实验中，该同学多次改变转速后，记录了一系列力与对应周期数据，通过数据处理描绘出了F-图线如图2所示，若滑块转动半径r=0.1m，则滑块的质量m=_________kg（π2取10）。 【答案】(1) (2)0.25 【详解】（1）[1]从光电计数器第1次被遮挡开始计时，直到第n次被遮挡共用时t，则挡光条的周期为 [2]滑块的角速度为 解得 （2）根据牛顿第二定律得 整理得 根据图像得 解得 6．(24-25高一下·湖南长沙第一中学·期中) (1)用如图甲所示的向心力演示仪探究向心力的表达式，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1。探究向心力大小F与角速度的关系时，选择两个质量____（选填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板____（选填“A”或“B”）和挡板C处。 (2)如图乙所示，一类似于实验装置的皮带传动装置，A、B、C三点到各自转轴的距离分别为、、，已知，若在传动过程中，皮带不打滑。则A点与C点的角速度之比______，B点与C点的向心加速度大小之比_____。 【答案】(1) 相同 A (2) 【详解】（1）[1][2]探究向心力大小与角速度的关系时，两小球的质量应相同，且旋转半径应相同，故分别放在挡板A和挡板处。 （2）[1][2]因为皮带不打滑，所以点与点的线速度相等，即，则 所以 而点与点的角速度相同，则点与点的向心加速度大小之比为 地 城 考点03 探究动能定理 7．(24-25高一下·湖南湘潭湘潭县第一中学等多校·期中)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置可用于“探究物体所受合力做功与动能变化的关系”，某实验小组成员用将图甲装置改进为图乙所示的装置做“探究外力做功与物体动能变化关系”实验。 (1)本实验________（填“需要”或者“不需要”）满足m远小于M的条件。 (2)实验前测出砂和砂桶的总质量m。接通打点计时器的电源，静止释放砂和砂桶，带着小车开始做加速运动，读出运动过程中力传感器的读数T，通过纸带得出起始点O（初速度为零的点）到某点A的位移L，并通过纸带算出A点的速度v，已知重力加速度为g，以m为研究对象，所需验证的动能定理的表达式为__________。 A． B． C． D． (3)实验小组成员也采用图甲进行实验，但实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤，该同学画出小车动能变化与拉力对小车所做的功的关系图像，已知小车与木板间动摩擦因数恒定不变，他得到的实验图线（实线）应该是__________。 A． B． C． D． 【答案】(1)不需要 (2)D (3)D 【详解】（1）实验中，根据力传感器的读数可以直接求出小车受到的拉力，不需要满足小车的质量远大于砂和砂桶的总质量。 （2）根据题意知小车开始做加速运动，对进行研究，对于单个动滑轮，其绳端速度是物体速度的两倍，运动的距离为小车运动距离的两倍，则有 根据动能定理有 故选D。 （3）理论线为 由于实验前遗漏了平衡摩擦力，则有 令，上式变形得 化简得 可得 由于 所以 则图像中图线的斜率小于理论曲线的斜率。 故选D。 地 城 考点04 验证机械能守恒定律 8．(24-25高一下·湖南长沙雅礼集团八校联考·期中)某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50Hz，重物质量为0.5kg，重力加速度g取9.8m/s2。 (1)由纸带数据计算可得：重物在计数点2的速度v2=_____m/s，在计数点5的速度，进而可求得在打2~5计数点过程中重物动能的增加量∆Ek，打2~5计数点过程中重物重力势能的减少量∆EP=_____J，重复实验得出实验结论（以上两空结果都保留2位有效数字）。 (2)实验中，重物获得的动能往往__________（填“大于”或“小于”或“等于”）减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_____________。 (3)根据实验判断下列图像正确的是__________。（其中∆Ek表示重物动能的变化量，∆h表示物体下落的高度） A． B． C． D． 【答案】(1) 1.5 0.53 (2) 小于 纸带受到摩擦力作用以及重物受到空气阻力作用 (3)C 【详解】（1）[1]根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度 [2]重物从2点到5点，重力势能减少量为 （2）[1][2]由于纸带受到摩擦力作用，以及重物空气阻力作用，需克服摩擦力和空气阻力做功，所以获得的动能小于减少的重力势能。 （3）重物机械能守恒，重物减少的重力势能转化为增加的动能，即，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，故正确的图像应选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $