专题17+力学实验（二）-2019年高三物理期末与一模试题分项解析 9页

专题17 力学实验(二)‎ ‎2019年高三期末、一模物理试题分项解析 ‎1．（2019江苏泰州12月联考）下图为验证动量守恒定律的实验装罝，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出两个小球的质量分别为叫m1和叫m2; ‎ ‎②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；‎ ‎③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位罝P;‎ ‎④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞， 分别标记小球m1,、m2在斜面上的落点位置；‎ ‎⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中从M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为SM、SP、SN.依据上述实验步骤，请回答下面问题：‎ ‎（1）两小球的质量m1、m2应满足m1_____m2(填写 “>”，“=”或“<”)‎ ‎（2）若进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是_______·‎ A．直尺 B．游标卡尺 c.天平 D．弹簧秤 E．秒表 ‎（3）用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式___________,就能说明两球碰撞前后动量是守恒的；‎ ‎【参考答案】 （1） 〉 （2） AC ‎ ‎（3） ‎ ‎【名师解析】（1）为了防止入射球碰后反弹，一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量，即m1>m2。‎ ‎（2）要验证动量守恒定律，需测量小球的质量和三个落点到B点的距离。故提供的测量工具中必需的是AC。‎ ‎（3）碰撞前，小球m1落在图中的P点，设其水平初速度为。小球m1、m2发生碰撞后，m1的落点在图中的M点，设其水平初速度为，m2的落点在图中的N点，设其水平初速度为。设斜面与水平间的倾角为，由平抛运动规律得：、‎ 解得：‎ 同理可得：、‎ 只要满足即，就可以说明两球碰撞前后动量是守恒的。‎ ‎2.（2019辽宁大连八中质检）为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞碰撞过程中没有机械能损失，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验： A.用天平测出两个小球的质量分别为和，且； B.按照如图所示的那样，安装好实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平。将一斜面BC连接在斜槽末端； C.先不放小球，让小球从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置； D.将小球放在斜槽前端边缘上，让小球从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球和小球在斜面上的落点位置； D.用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为、、。 根据该同学的实验，请你回答下列问题： 小球与发生碰撞后，的落点是图中的______点，的落点是图中的______点。 用测得的物理量来表示，只要满足关系式______，则说明碰撞中动量是守恒的。 用测得的物理量来表示，只要再满足关系式______，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。‎ ‎【参考答案】（1）D   F  ‎ ‎（2）   ‎ ‎【名师解析】解：小球和小球相撞后，小球的速度增大，小球的速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后球的落地点是D点，球的落地点是F点；即：；则说明两球碰撞过程中动量守恒； 若两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失。则要满足关系式 即 【方法归纳】‎ 小球和小球相撞后，小球的速度增大，小球的速度减小，都做平抛运动，由平抛运动规律不难判断出； 设斜面BC与水平面的倾角为，由平抛运动规律求出碰撞前后小球和小球的速度，表示出动量的表达式即可求解； 若两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失；根据机械能守恒定律可求得表达式。 本题利用平抛运动的规律考查动量守恒定律的验证，题目较为新颖，要学会运用平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度；从而验证动量守恒定律；同时注意两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失。‎ ‎4.（2019河北衡水质检）如图1所示，用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C由静止滚下，A球和B 球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是P点，0点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图2所示。 在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足______填“”或“”；除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是______。 A.秒表    天平    刻度尺    打点计时器 下列说法中正确的是______。 A.如果小球每次从同一位置由静止释放，每次的落点一定是重合的 B.重复操作时发现小球的落点并不重合，说明实验操作中出现了错误 C.用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置 D.仅调节斜槽上固定位置C，它的位置越低，线段0P的长度越大 在某次实验中，测量出两个小球的质量、，记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上，测量出三个落点位置与0点距离OM、OP、0N的长度。在实验误差允许范围内，若满足关系式______，则可以认为两球碰撞前后在OP方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足关系式______。用测量的量表示 在OP、0M、0N这三个长度中，与实验所用小球质量无关的是______，与实验所用小球质量有关的是______。 某同学在做这个实验时，记录下小球三个落点的平均位置M、P、N，如图3所示。他发现M和N偏离了0P方向。这位同学猜想两小球碰撞前后在OP方向上依然动量守恒，他想到了验证这个猜想的办法：连接OP、OM、ON，作出M、N在OP方向上的投影点、分别测量出OP、、的长度。若在实验误差允许的范围内，满足关系式：______，则可以认为两小球碰撞前后在OP方向上动量守恒。 ‎ ‎【参考答案】故答案为：；BC；‎ ‎； ；‎ ‎；OM和ON；‎ ‎。‎ ‎【名师解析】‎ 为了防止入射球碰后反弹，应让入射球的质量大于被碰球的质量； 小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证：，因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有，实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材有：BC； 若两球相碰前后的动量守恒，则，又，，，代入得：  若碰撞是弹性碰撞，满足动能守恒，则：，代入得； 根据实验原理可知，OP是放一个小球时的水平射程，小球的速度与质量无关，故OP与质量无关；而碰后两球的速度与两球的质量有关，所以碰后水平射程与质量有关； 如图所示，连接OP、OM、ON，作出M、N在OP方向上的投影点、，如图所示。分别测量出OP、、的长度。 若在实验误差允许范围内，满足关系式：，则可以认为两小球碰撞前后在OP方向上动量守恒。 【方法归纳】明确实验原理，从而确定需要测量哪些物理量；在该实验中，小球做平抛运动，H 相等，时间t就相等，水平位移，与v成正比，因此可以用位移x来代替速度v。根据水平方向上的分运动即可验证动量守恒；根据动量守恒定律以及平抛运动规律可确定对应的表达式。 该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律，该实验中，虽然小球做平抛运动，但是却没有用到速度和时间，而是用位移x来代替速度v，成为是解决问题的关键。要注意理解该方法的使用。‎ ‎5.（2019浙江模拟）某同学用图1所示装置做验证动量守恒定律的实验先将A球从斜槽轨道上某固定点C处由静止开始释放，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的B球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止，让A球仍从原固定点C处由静止开始释放，和B球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次从左向右依次是M、P、N点． 本实验必须测量的物理量是______． A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H B.小球A、B的质量、 C.小球A、B的半径r D.记录纸上O点到M、P、N各点的距离OM、OP、ON 小球A、B的质量、应满足______填“”、“”、“”． 为测定未放B小球时，小球A落点的平均位置，把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O点对齐，如图2所示给出了小球A落点附近的情况，由图可知OP距离应为______cm． 按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是______．‎ ‎【参考答案】；；均可；‎ ‎【名师解析】‎ 小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒， 则，两边同时乘以时间t得：，则 ‎， 因此A实验需要测量：两球的质量，两球做平抛运动的水平位移，故选BD． 为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量大于． 找出平均落点，由图2所示可知，刻度尺分度值是1mm，刻度尺示数为． 由可知，实验需要验证的表达式为： 【方法归纳】：根据动量守恒定律求出需要验证的表达式，然后根据表达式分析答题． 为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量． 根据图示读出小球落点的水平距离． 根据动量守恒分析答题． 本题考查了实验需要测量的量、实验注意事项、实验原理、刻度尺读数、动量守恒表达式，解题时需要知道实验原理，对刻度尺读数时要先确定其分度值，然后再读数，读数时视线要与刻度线垂直；求出需要实验要验证的表达式是正确答题的前提与关键． 6.（2019内蒙古包头四中质检）某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：‎ ‎ 用米尺量出重锤1底端距地面的高度H； 在重锤1上加上质量为m的小钩码； 左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间； 重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。 请回答下列问题： 步骤可以减小对下落时间t测量的______选填“偶然”或“系统”误差。 实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了______。 使H测得更准确 ‎ 使重锤1下落的时间长一些 使系统的总质量近似等于2M 使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？ 使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为用实验中的测量量和已知量表示g，得______。‎ ‎【参考答案】偶然；；‎ 可以在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至轻拉重锤1时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力；‎ 由以上的分析可知，小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，可以增大运动的时间。故B正确； 由以上的分析可知，系统的总质量近似等于2M与小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多没有关系。故C错误； 绳子对重锤2的拉力： 当小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多时，细绳的拉力与重锤的重力近似相等。故D错误。 滑轮的摩擦阻力会引起实验误差，减小该误差，可以采用平衡摩擦力的方法，如： 在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至轻拉重锤1时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力。 使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为 ‎。 此时由牛顿第二定律可得： 其中： 联立得： 落的过程做匀加速直线运动，则： 所以： 【方法归纳】根据误差产生的原因分析是哪一种误差； 分析实验的步骤，明确实验的原理，结合实验的原理与注意的问题，分析实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多的目的； 根据实验的要求，分析平衡摩擦力的方法即可； 结合实验原理，即可求出重力加速度的表达式。 明确各种实验仪器的使用方法和实验的实验原理是解决实验问题的关键，注意实验过程中平衡摩擦阻力的影响的方法与验证机械能守恒的实验中平衡摩擦力的方法是相同的。 ‎