【物理】2020届一轮复习人教版实验题高分练二　力学创新作业（山东专用） 4页

‎(三)实验题高分练二　力学创新 ‎1.某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律,该装置由水平长木板及固定在长木板一端的硬币发射器组成,硬币发射器包括弹片及弹片释放装置。释放弹片可将硬币以某一初速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同。主要实验步骤如下:‎ ‎①将一元硬币置于发射槽口,释放弹片将硬币发射出去,硬币沿着长木板中心线运动,在长木板中心线的适当位置取一点O,测出硬币停止滑动时硬币右侧到O点的距离。再从同一位置释放弹片将硬币发射出去,重复多次,取该距离的平均值记为x1,如图乙所示;‎ ‎②将五角硬币放在长木板上,使其左侧位于O点,并使其直径与中心线重合。按步骤①从同一位置释放弹片,重新弹射一元硬币,使两硬币对心正碰,重复多次,分别测出两硬币碰后停止滑行时与O点距离的平均值x2和x3,如图丙所示。‎ ‎(1)为完成该实验,除长木板,硬币发射器,一元及五角硬币,刻度尺外,还需要的器材有　　　　。 ‎ ‎(2)实验中还需测量的物理量有　　　　　　　　　　　　　　,验证动量守恒定律的表达式为　　　　　　　　　　　　　(用测量物理量对应的字母表示)。 ‎ 答案　(1)天平　(2)一元硬币与五角硬币的质量m1、m2　m1x‎1‎=m1x‎2‎+m2‎x‎3‎ 解析　(1)动量是质量与速度的乘积,因此本实验需要测量硬币的质量,即还需要的实验器材为天平。‎ ‎(2)在验证动量守恒定律时,需要测量一元硬币的质量m1以及五角硬币的质量m2;由牛顿第二定律可知两枚硬币的加速度均为a=μg,由运动学公式v2=2ax可得,碰前一元硬币的速度为v1=‎2μgx‎1‎,碰后一元硬币和五角硬币的速度分别为v2=‎2μgx‎2‎、v3=‎2μgx‎3‎,若满足m1v1=m1v2+m2v3,即m1x‎1‎=m1x‎2‎+m2x‎3‎,即可验证动量守恒定律。‎ ‎2.某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)‎ 所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。‎ 图(a)‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的　　　　(填正确答案标号)。 ‎ A.小球的质量m B.小球抛出点到落地点的水平距离s C.桌面到地面的高度h D.弹簧的压缩量Δx E.弹簧原长l0‎ ‎(2)用所选取的测量值和已知量表示Ek,得Ek=　　　　。 ‎ ‎(3)图(b)中的直线是实验测量得到的s-Δx图线。从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-Δx图线的斜率会　　　　(填“增大”、“减小”或“不变”);如果m不变,h增加,s-Δx图线的斜率会　　　　(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图(b)中给出的直线关系和Ek的表达式可知,Ep与Δx的　　　　次方成正比。 ‎ 图(b)‎ 答案　(1)ABC　(2)mgs‎2‎‎4h　(3)减小　增大　2‎ 解析　弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能,即Ep=Ek=‎1‎‎2‎mv‎0‎‎2‎。小球离开桌面后做平抛运动,由平抛运动规律,水平位移s=v0t,竖直高度h=‎1‎‎2‎gt2,得v0=sg‎2h,动能Ek=‎1‎‎2‎mv‎0‎‎2‎=mgs‎2‎‎4h,因此A、B、C正确。弹簧的弹性势能Ep=Ek=mgs‎2‎‎4h,由理论推导可知Ep=‎1‎‎2‎k(Δx)2即‎1‎‎2‎ k(Δx)2=mgs‎2‎‎4h,s=‎2hkmg·Δx,因此当h不变时,m增加,其斜率减小,当m不变时,h增加,其斜率增大,由图线知s∝Δx,由Ek表达式知Ek∝s2,则由Ep=Ek知Ep∝(Δx)2,即Ep与Δx的二次方成正比。‎ ‎3.用如图所示实验装置测量滑块A与木板间的动摩擦因数。长木板水平固定,细线跨过定滑轮与滑块A、重锤B相连。将细线拉直,测出B离地面的高度h,将重锤从h高处静止释放,B落地后,测出A在木板上滑动的距离x;改变B释放高度重复实验,实验数据如下表所示。‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ h/cm ‎10.0‎ ‎15.0‎ ‎20.0‎ ‎25.0‎ ‎30.0‎ ‎35.0‎ x/cm ‎14.7‎ ‎22.4‎ ‎30.3‎ ‎37.6‎ ‎44.9‎ ‎52.4‎ ‎　　(1)若测得A的质量mA=3 kg,B的质量mB=1 kg,A和B间细线的长度L=112.0 cm,木板的长度l=98.0 cm,要达到实验目的,以上四个量中没有必要测量的是　　　　(用物理量的符号表示)。 ‎ ‎(2)作出x随h变化的图像。‎ ‎(3)由图像并结合(1)中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为　　　　。 ‎ 答案　(1)L、l　(2)见解析图　(3)0.2‎ 解析　(1)由题意可知,B距地面的高度h,A在木板上滑行的距离x,A、B的质量mA、mB,从静止释放让它们运动到B着地,根据动能定理得:‎ mBgh-μmAgh=‎1‎‎2‎(mA+mB)v2①‎ 从B着地到A停在木板上,根据动能定理得:‎ ‎1‎‎2‎mAv2=μmAg(x-h)②‎ 由①②解得:μ=mBh‎(mA+mB)x-mBh③‎ 可知没有必要测量L和l。‎ ‎(2)作出x随h变化的图像如图所示。‎ ‎(3)由③得:x=‎(1+μ)‎mBμ(mA+mB)‎h 根据数学知识得到图像中直线的斜率 k=‎‎(1+μ)‎mBμ(mA+mB)‎ 由图得:k≈1.5‎ 代入数据得:‎(1+μ)×1‎μ(3+1)‎=1.5‎ 解得:μ=0.2‎