【物理】2020届二轮复习高考题型二　专项练1　力学实验作业 10页

高考题型二　实验题 专项练1　力学实验 ‎1.下图为验证动量守恒定律的实验装置,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m1和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置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(选填“>”“=”或“<”); ‎ ‎(2)小球m1与m2发生碰撞后,m1的落点是图中　　　　点,m2的落点是图中　　　　点; ‎ ‎(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; ‎ ‎(4)若要判断两小球的碰撞是否为弹性碰撞,用实验中测得的数据来表示,只需比较　　　　与　　　　　　是否相等即可。 ‎ ‎2.(2019广东揭阳高三模拟)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)若实验中小车的质量没有远大于重物的质量,对本实验　　　　　影响(选填“有”或“没有”); ‎ ‎(3)实验时,下列物理量中必须测量的是　　　　　。 ‎ A.长木板的长度L B.重物的质量m C.小车的总质量M ‎(4)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x1、x2、x3。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)。 ‎ ‎3.(2019福建厦门外国语学校高三最后模拟)某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律,在铁架台上安装有一电磁铁(固定不动)和一光电门(可上下移动),电磁铁通电后将钢球吸住,然后断电,钢球自由下落,并通过光电门,计时装置可测出钢球通过光电门的时间。‎ ‎(1)用10分度的游标卡尺测量钢球的直径,示数如图乙所示,可知钢球的直径D=　　　　　 cm。 ‎ ‎(2)多次改变光电门的位置,测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h(h≫D),并计算出小球经过光电门时的速度v,若空气阻力可以忽略不计,则下列关于v2-h的图象正确的是　　　　　。 ‎ ‎(3)钢球通过光电门的平均速度　　　　　(选填“大于”或“小于”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。 ‎ ‎4.某同学利用图甲所示的装置探究“外力一定时,加速度与质量的关系”。图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源,小车的质量未知。‎ ‎(1)实验之前要平衡小车所受的阻力,具体的步骤是,吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列　　　　　　　　的点。 ‎ ‎(2)按住小车,在吊盘中放入适当质量的物块,并在小车中放入质量已知的砝码,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,吊盘和盘中物块的质量和应满足的条件是　　　　。 ‎ ‎(3)打开打点计时器电源,释放小车,得到如图乙所示的纸带,图示为五个连续点之间的距离(单位:cm),则小车的加速度a=　　　　 m/s2。(结果保留两位小数) ‎ ‎(4)改变小车中的砝码质量多次试验,得到不同的纸带,记录砝码的质量m,并根据纸带求出不同的m对应的加速度a,以m为横坐标,‎1‎a为纵坐标,做出‎1‎a-m关系图线如图丙所示,设图中直线的斜率为k,纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车的质量为　　　　　　。 ‎ ‎5.某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。‎ ‎(1)实验中,必要的措施是　　　　。 ‎ A.平衡小车与长木板间的摩擦力 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.细线必须与长木板平行 ‎(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s1=3.59 cm,s2=4.42 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm。则小车的加速度a=　　　　 m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB=　　　　 m/s。(结果均保留三位有效数字) ‎ ‎(3)如果当时电网中交变电流的频率是f=49 Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 ‎ ‎6.如图所示,某小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器,该型号传感器在受到拉力时读数为正,受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳,并可沿固定的圆弧形轨道移动。B固定不动,通过光滑铰链连接一轻杆,将细绳连接在杆右端O点构成支架,调整使得O点位于圆弧形轨道的圆心处,保持杆沿水平方向。随后按如下步骤操作:‎ ‎①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ;‎ ‎②对两个传感器进行调零;‎ ‎③用另一绳在O点悬挂住一个钩码,记录两个传感器读数;‎ ‎④取下钩码,移动传感器A,改变θ角,重复上述步骤①②③④,得到图示数据表格a。‎ ‎(1)根据表格a,可知A传感器对应的是表中的力　　　(选填“F1”或“F2”),并求得钩码质量为　　　　　kg(保留一位有效数字); ‎ ‎(2)换用不同钩码做此实验,重复上述实验步骤,得到数据表格b。则表格b中30°所对应的F2空缺处数据应为　　　　　N; ‎ 表格a F1/N ‎1.001‎ ‎0.580‎ ‎…‎ ‎1.002‎ ‎…‎ F2/N ‎-0.868‎ ‎-0.291‎ ‎…‎ ‎0.865‎ ‎…‎ θ ‎30°‎ ‎60°‎ ‎…‎ ‎150°‎ ‎…‎ 表格b F1/N ‎1.103‎ ‎…‎ ‎…‎ F2/N ‎…‎ ‎…‎ θ ‎30°‎ ‎60°‎ ‎…‎ ‎(3)(单选)实验中,让A传感器沿圆心为O的圆弧形(而不是其他的形状)轨道移动的主要目的是　　　　　。 ‎ A.方便改变A传感器的读数 B.方便改变B传感器的读数 C.保持轻杆右端O的位置不变 D.方便改变细绳与杆的夹角θ ‎7.(2019江苏七市二模)利用图甲所示装置探究物体的加速度与所受合外力的关系,小车质量约300 g,另配置质量20 g的钩码5个,质量500 g的砝码1个。‎ ‎(1)实验中,平衡摩擦力的具体做法是　　　　　(选填“挂上”或“移去”)钩码,长木板右端用垫块抬高,调至适当高度,接通电源,轻推小车,使纸带上打出的点间距相等。 ‎ ‎(2)实验通过添加钩码改变小车的受力。关于小车,下列说法中正确的有　　　　　。 ‎ A.当钩码质量远小于小车总质量时,可认为小车所受合外力与钩码重力大小相等 B.开始实验时,应将砝码放入小车 C.小车内放入砝码后需重新平衡摩擦力 D.实验中不需要测出小车的质量 ‎(3)实验中打出一条纸带,如图乙所示,从某清晰点开始取计数点,分别标为0、1、2、3、4、5、6,测量点0到点3的距离为d1,点0到点6的距离为d2,已知相邻计数点间的时间间隔均为T,则加速度a=　　　　　。 ‎ 高考题型二　实验题 专项练1　力学实验 ‎1.答案 (1)>　(2)M　N ‎(3)m1sP=m1sM+m2‎sN ‎(4)m1sP　m1sM+m2SN 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;‎ ‎(2)小球m1和小球m2相撞后,小球m2的速度增大,小球m1的速度减小,都做平抛运动,所以碰撞后m1球的落地点是M点,m2球的落地点是N点;‎ ‎(3)碰撞前,小球m1落在图中的P点,设其水平初速度为v1。小球m1和m2发生碰撞后,m1的落点在图中的M点,设其水平初速度为v1',m2的落点是图中的N点,设其水平初速度为v2。设斜面BC与水平面的倾角为α,‎ 由平抛运动规律得:‎ sMsin α=‎1‎‎2‎gt2,sMcos α=v1't 解得:v1'=‎gsM(cosα‎)‎‎2‎‎2sinα 同理可解得:v1=gsP(cosα‎)‎‎2‎‎2sinα,v2=gsN(cosα‎)‎‎2‎‎2sinα,‎ 所以只要满足:m1v1=m2v2+m1v1',‎ 即:m1sP=m1sM+m2sN,则说明两球碰撞过程中动量守恒;‎ 如果满足小球的碰撞为弹性碰撞,则应满足:‎1‎‎2‎m1v‎1‎‎2‎‎=‎‎1‎‎2‎m1v1'2+‎1‎‎2‎m2‎v‎2‎‎2‎ 代入以上速度表达式可知,应满足公式为:m1sP=m1sM+m2sN;‎ 故需要验证:m1sP和m1sM+m2sN相等。‎ ‎2.答案 (1)平衡摩擦力　(2)没有　(3)C　(4)Fx2=‎1‎‎2‎Mx‎3‎‎-‎x‎1‎‎2T2‎ 解析 (1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使细线的拉力等于其合力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力;‎ ‎(2)由于有力传感器测量绳的拉力,则没必要使小车质量远大于重物和力传感器的总质量,即对实验没有影响;‎ ‎(3)由题可知,小车的合力即为力传感器的示数,由纸带可求得小车运动某段距离时对应的速度,由原理F合x=‎1‎‎2‎Mv2-‎1‎‎2‎Mv‎0‎‎2‎,所以一定要测量的物理量为小车的质量,故C正确;‎ ‎(4)从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=Fx2,B点的速度vB=x‎3‎‎-‎x‎1‎‎2T,小车动能的增加量ΔEk=‎1‎‎2‎MvB‎2‎=‎‎1‎‎2‎Mx‎3‎‎-‎x‎1‎‎2T2,探究结果的表达式是:Fx2=‎1‎‎2‎Mx‎3‎‎-‎x‎1‎‎2T2。‎ ‎3.答案 (1)0.96　(2)B　(3)小于 解析 (1)游标卡尺的主尺读数为:0.9 cm,游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐,游标读数为0.1×6 mm=0.6 mm,所以最终读数为:0.96 cm;‎ ‎(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故:v=‎Dt 根据机械能守恒的表达式有:mgh=‎1‎‎2‎mv2,那么关于v2-h的图象应该是一条过原点的倾斜直线,故B正确;‎ ‎(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度,所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。‎ ‎4.答案 (1)间隔均匀　(2)远小于小车的质量　(3)3.25　(4)‎bk 解析 (1)平衡摩擦力后,用手轻拨小车,小车应做匀速直线运动,打点计时器打出一系列间隔均匀的点。‎ ‎(2)设小车质量为M,车上砝码质量为m,吊盘和盘中物块的质量和为m2,小车所受拉力为F,对小车和砝码受力分析,由牛顿第二定律可得F=(M+m)a;对吊盘和盘中物块受力分析,由牛顿第二定律可得m2g-F=m2a;解得:F=M+mM+m+‎m‎2‎·m2g,化简得:F=‎1‎‎1+‎m‎2‎M+m·m2g,当m2≪M时,改变车上砝码质量m,小车所受拉力近似不变。故为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,吊盘和盘中物块的质量和应满足的条件是远小于小车的质量。‎ ‎(3)打点周期T=0.02 s,小车的加速度a=‎x‎3‎‎+x‎4‎-(x‎1‎+x‎2‎)‎‎4‎T‎2‎ ‎=‎(3.78+3.65)-(3.52+3.39)‎‎4×0.0‎‎2‎‎2‎×10-2 m/s2=3.25 m/s2‎ ‎(4)认为拉力不变,则a=FM+m,化简得:‎1‎a‎=MF+‎mF。图中直线的斜率为k,纵轴上的截距为b,则k=‎1‎F,b=MF,解得:M=bk。‎ ‎5.答案 (1)BD　(2)0.788　0.401　(3)偏大 解析 (1)研究小车的匀变速直线运动实验中,小车的质量与钩码的质量大小,及小车与长木板间的摩擦力,对于实验没有影响;细线必须与长木板平行,且先接通电源再释放小车,故BD正确,AC错误。‎ ‎(2)每两个计数点间有四个点没有画出,故两计数点间的时间间隔为T=5×0.02=0.1 s;根据逐差法可知,物体的加速度为:a=‎(s‎3‎+s‎4‎)-(s‎2‎+s‎1‎)‎‎4‎T‎2‎‎=‎‎(5.97+5.19)×1‎0‎‎-2‎-(4.42+3.59)×1‎‎0‎‎-2‎‎4×(0.1‎‎)‎‎2‎=0.788 m/s2。B点的瞬时速度等于AC间的平均速度:vB=xAC‎2T‎=‎‎(3.59+4.42)×1‎‎0‎‎-2‎‎2×0.1‎ m/s=0.401 m/s。‎ ‎(3)如果在某次实验中,交变电流的频率为49 Hz,f<50 Hz,那么实际打点周期变大,根据运动学公式Δx=aT2得,测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏大。‎ ‎6.答案 (1)F1　0.05　(2)-0.955　(3)C 解析 (1)因绳子只能提供拉力,故A传感器对应的是表中力F1,对节点O受力分析有F1sin 30°=mg,解得m=0.05 kg;‎ ‎(2)对于O点,受力平衡,O点受到F1、F2和钩码向下的拉力,根据几何关系可知,‎ F2=F1cos 30°=1.103×‎3‎‎2‎=0.955 N,‎ 因为B受到的是压力,所以F2空缺处数据应为-0.955 N。‎ ‎(3)实验中,让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的主要目的是:保持轻杆右端O的位置不变,从而保证OB水平,故选C。‎ ‎7.答案(1)移去　(2)ABD　(3)‎d‎2‎‎-2‎d‎1‎‎9‎T‎2‎ 解析(1)平衡摩擦力时,移去钩码,长木板右端用垫块抬高,调至适当高度,接通电源,轻推小车,使纸带上打出的点间距相等。‎ ‎(2)当钩码的质量远小于小车的质量时,可以认为小车所受的合力等于钩码的重力,故A正确。开始实验时,应将砝码放入小车,使得钩码质量远小于小车质量,故B正确;小车内放入砝码后,不需要重新平衡摩擦力,故C错误。实验探究加速度与力的关系,需保持小车的总质量不变,所以不需要测出小车的质量,故D正确。故选:ABD。‎ ‎(3)根据d2-d1-d1=a(3T)2得,加速度a=d‎2‎‎-2‎d‎1‎‎9‎T‎2‎。‎