高考物理精讲：专题13+力学、热学实验（二）（高考定位+审题破题，含原创题组及解析） 21页

考题 1 探究动能定理 例 1 (2014·天津·9(2))某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车 上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉 力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸 带、小木块等．组装的实验装置如图 1 所示． 图 1 ①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些________． ②实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的 目的是下列的哪个________(填字母代号)． A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 ③平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数 较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实 验的器材提出一个解决办法： ______________________________________________ ________________________________________________________________________. ④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增 量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)． A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近 C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 解析 ①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸 带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度． ②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项 D 正确． ③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上 加适量砝码(或钩码)． ④当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量，故 拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同 学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有 C、D 正确． 答案 ①刻度尺、天平(包括砝码) ②D ③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD 1．某实验小组同学利用气垫导轨和光电门计时器等装置探究动能定理．如图 2 所示，他们通 过改变滑轮下端的小沙盘中沙子的质量来改变滑块所受水平方向的拉力；滑块上安有宽度为 d 的挡光片，实验中，用天平称出小盘和沙子的总质量为 m，滑块(带挡光片)的质量为 M，用 最小分度为 1 mm 的刻度尺测量出光电门 1 和 2 之间的距离 s，计时器显示挡光片经过光电门 的时间分别为 t1 和 t2. 图 2 (1)用最小分度为 1 mm 的刻度尺测量出光电门 1 和 2 之间的距离 s，以下数据合理的是 ________ A．50 cm B．50.00 cm C．50.0 cm D．50.000 cm (2)小组的某位同学探究得出结论的表达式为 mgs＝1 2(M＋m)[(d t2 )2－(d t1 )2]，请问在这位同学的 实验操作过程中是否需要满足“小沙盘和沙子的总质量 m 远远小于滑块(带挡光片)的质量 M”这个条件________(填“是”或“否”)． (3)为减小实验误差可采取的方法是________． A．适当增大挡光片的宽度 d B．适当减小挡光片的宽度 d C．适当增大两光电门之间的距离 s D．适当减小两光电门之间的距离 s 答案 (1)B (2)否 (3)BC 解析 (1)刻度尺的最小分度是 1 mm，所以用 cm 做单位时小数点后保留两位，所以 B 正确， A、C、D 错误；(2)通过表达式可以看出此同学的研究对象是系统，所以并不需要满足“小 盘和沙子的总质量 m 远远小于滑块(带挡光片)的质量 M”这个条件；(3)适当减小挡光片的宽 度，或适当增大光电门间的距离可减小误差． 2．在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图 3 所示的装置，拉力传感器固定在 小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带 与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为 T，实验的部分步骤如下： 图 3 (1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器 在纸带上打出一系列________的点． (2)测量小车和拉力传感器的总质量 M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打 点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后__________，打出一条纸带， 关闭电源． (3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图 4 所示，在纸带上按打点先后顺序依次取 O、 A、B、C、D、E 等 多个计数点，各个计数点到 O 点间的距离分别用 hA、hB、hC、hD、hE、……表示，则小车和 拉力传感器在计时器打下 D 点时的动能表达式为____________________，若拉力传感器的读 数为 F，计时器打下 A 点到打下 D 点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为 ______________． 图 4 (4)某同学以 A 点为起始点，以 A 点到各个计数点动能的增量ΔEk 为纵坐标，以 A 点到各个计 数点拉力对小车所做的功 W 为横坐标，得到一条过原点的倾角为 45°的直线，由此可以得到 的结论是______________________________________________________________． 答案 (1)间距相等 (2)释放小车 (3)MhE－hC2 8T2 F(hD－hA) (4)外力所做的功等于物体动 能的变化量 解析 (1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时，小车做匀速直线运动，受力 平衡． (2)在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车． (3)D 点的瞬时速度等于 CE 段的平均速度，即 vD＝hE－hC 2T ，故打下 D 点时的动能为 EkD＝1 2Mv 2D ＝MhE－hC2 8T2 ；拉力对小车做的功为 W＝F(hD－hA)． (4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为 45°，可得出方程式ΔEk＝W，故可得结论：外 力所做的功等于物体动能的变化量． 考题 2 验证机械能守恒定律 例 2 为了探究机械能守恒定律，岳口高中的金金设计了如图 5 所示的实验装置，并提供了 如下的实验器材： 图 5 A．小车 B．钩码 C．一端带滑轮的木板 D．细线 E．电火花计时器 F．纸带 G．毫米刻度尺 H．低压交流电源 I．220 V 的交流电源 (1)根据上述实验装置和提供的实验器材，你认为实验中不需要的器材是________(填写器材序 号)，还应补充的器材是________． (2)实验中得到了一条纸带如图 6 所示，选择点迹清晰且便于测量的连续 7 个点(标号 0～6)， 测出 0 到 1、2、3、4、5、6 点的距离分别为 d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为 T.则打点 2 时小车的速度 v2＝________；若测得小车质量为 M、钩码质量为 m，打点 1 和点 5 时小车的 速度分别用 v1、v5 表示，已知重力加速度为 g，则验证点 1 与点 5 间系统的机械能守恒的关 系式可表示为________________． 图 6 (3)在实验数据处理时，如果以v2 2 为纵轴，以 d 为横轴，根据实验数据绘出v2 2 －d 图象，其图 线的斜率表示的物理量的表达式为________________． 解析 (1)电火花计时器需接通 220 V 交流电源，因此低压交流电源用不着；另外还需要用到 天平测出小车的质量 M. (2)打点 2 时的速度等于点 1 到点 3 之间的平均速度，即 v2＝d3－d1 2T 或d4 4T ；根据机械能守恒， 整个系统减少的重力势能等于整个系统增加的动能，即 mg(d5－d1)＝1 2(M＋m)(v25－v21)． (3)根据 v2＝2ad，因此v2 2 －d 图线的斜率就是加速度，而对钩码进行受力分析可知：mg－FT ＝ma，而对小车 FT＝Ma，因此可得 a＝ m M＋m g. 答案 (1)H 天平 (2)d3－d1 2T 或d4 4T mg(d5－d1)＝1 2(M＋m)(v 25 －v 21 ) (3) m M＋m g 3．(单选)在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少量等于它 动能的增加量，以下操作步骤中必要而且正确的是( ) A．用天平称出重锤的质量 B．把电火花打点计时器固定在铁架台上，并用导线把它与低压交流电源连接起来 C．把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度 D．用秒表测出重锤下落的时间 答案 C 解析 由于本实验中需要验证：mgh＝1 2mv2，整理后为：gh＝1 2v2，即重锤的质量不用测量， 选项 A 中操作不必要；电火花计时器用 220 V 交流电源，故选项 B 错误；将重锤提升一定高 度，然后释放，故选项 C 正确；重锤下落时间可以通过纸带上的点计算，所以不用测量时间， 故选项 D 中操作不必要． 4．某实验小组利用图 7 所示装置验证机械能守恒定律．实验中先接通电磁打点计时器的低压 交流电源，然后释放纸带．打出的纸带如图 8 所示，选取纸带上打出的连续五个点 A、B、C、 D、E，测出 A 点距起点 O 的距离为 x0，点 A、C 间的距离为 x1，点 C、E 间的距离为 x2.已 知重物的质量为 m，交流电的频率为 f，从 释放纸带到打出点 C： 图 7 图 8 (1)重物减少的重力势能ΔEp＝________，增加的动能为ΔEk＝________.若算得的ΔEp 和ΔEk 值 很接近，则说明：________. (2)一般来说，实验中测得的ΔEp________ΔEk(填“大于”、“等于”或“小于”)，这是因为 __________________． 答案 (1)mg(x0＋x1) mf2x1＋x22 32 在误差允许的范围内，重物下落过程中机械能守恒 (2) 大于 重物克服阻力做功 解析 (1)打出点 C 时的速度为 vC＝x1＋x2 4T ＝fx1＋x2 4 ，所以ΔEk＝1 2mv 2C ＝mf2x1＋x22 32 . (2)由于阻力的存在，所以重物减少的重力势能一般大于增加的动能． 考题 3 验证动量守恒定律 例 3 在实验室里为了验证动量守恒动定律，一般采用如图 9 甲、乙所示的两种装置： 图 9 (1)若入射小球质量为 m1，半径为 r1；被碰小球质量为 m2，半径为 r2，则________． A．m1>m2，r1>r2 B．m1>m2，r1m2，r1＝r2 D．m1