（通用版）2020版高考物理三輪沖刺 高考題型二 專項練1 力學實驗（含解析）

專項練1力學實驗1.下圖為驗證動量守恒定律的實驗裝置,實驗中選取兩個半徑相同、質量不等的小球,按下面步驟進行實驗:用天平測出兩個小球的質量分別為m1和m2;安裝實驗裝置,將斜槽AB固定在桌邊,使槽的末端切線水平,再將一斜面BC連接在斜槽末端;先不放小球m2,讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放,標記小球在斜面上的落點位置P;將小球m2放在斜槽末端B處,仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放,兩球發(fā)生碰撞,分別標記小球m1、m2在斜面上的落點位置;用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端B的距離。圖中M、P、N點是實驗過程中記下的小球在斜面上的三個落點位置,從M、P、N到B點的距離分別為sM、sP、sN。依據(jù)上述實驗步驟,請回答下面問題:(1)兩小球的質量m1、m2應滿足m1m2(選填“>”“=”或“<”); (2)小球m1與m2發(fā)生碰撞后,m1的落點是圖中點,m2的落點是圖中點; (3)用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示,只要滿足關系式,就能說明兩球碰撞前后動量是守恒的; (4)若要判斷兩小球的碰撞是否為彈性碰撞,用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示,只需比較與是否相等即可。 2.(2019廣東揭陽高三模擬)某實驗小組采用圖甲所示的裝置“探究動能定理”即探究小車所受合外力做功與小車動能的變化之間的關系。該小組將細繩一端固定在小車上,另一端繞過定滑輪與力傳感器、重物相連。實驗中,小車在細繩拉力的作用下從靜止開始加速運動,打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況,力傳感器記錄細繩對小車的拉力大小。(1)實驗中為了把細繩對小車的拉力視為小車的合外力,要完成的一個重要步驟是; (2)若實驗中小車的質量沒有遠大于重物的質量,對本實驗影響(選填“有”或“沒有”); (3)實驗時,下列物理量中必須測量的是。 A.長木板的長度LB.重物的質量mC.小車的總質量M(4)實驗中,力的傳感器的示數(shù)為F,打出的紙帶如圖乙。將打下的第一個點標為O,在紙帶上依次取A、B、C三個計數(shù)點。已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T,測得A、B、C三點到O點的距離分別為x1、x2、x3。則從打O點到打B點過程中,探究結果的表達式是:(用題中所給字母表示)。 3.(2019福建廈門外國語學校高三最后模擬)某物理研究小組利用圖甲裝置驗證機械能守恒定律,在鐵架臺上安裝有一電磁鐵(固定不動)和一光電門(可上下移動),電磁鐵通電后將鋼球吸住,然后斷電,鋼球自由下落,并通過光電門,計時裝置可測出鋼球通過光電門的時間。(1)用10分度的游標卡尺測量鋼球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,可知鋼球的直徑D= cm。 (2)多次改變光電門的位置,測量出光電門到電磁鐵下端O的距離為h(hD),并計算出小球經(jīng)過光電門時的速度v,若空氣阻力可以忽略不計,則下列關于v2-h的圖象正確的是。 (3)鋼球通過光電門的平均速度(選填“大于”或“小于”)鋼球球心通過光電門的瞬時速度。 4.某同學利用圖甲所示的裝置探究“外力一定時,加速度與質量的關系”。圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源,小車的質量未知。(1)實驗之前要平衡小車所受的阻力,具體的步驟是,吊盤中不放物塊,調整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列的點。 (2)按住小車,在吊盤中放入適當質量的物塊,并在小車中放入質量已知的砝碼,為了保證在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,吊盤和盤中物塊的質量和應滿足的條件是。 (3)打開打點計時器電源,釋放小車,得到如圖乙所示的紙帶,圖示為五個連續(xù)點之間的距離(單位:cm),則小車的加速度a= m/s2。(結果保留兩位小數(shù)) (4)改變小車中的砝碼質量多次試驗,得到不同的紙帶,記錄砝碼的質量m,并根據(jù)紙帶求出不同的m對應的加速度a,以m為橫坐標,1a為縱坐標,做出1a-m關系圖線如圖丙所示,設圖中直線的斜率為k,縱軸上的截距為b,若牛頓第二定律成立,則小車的質量為。 5.某同學利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中,必要的措施是。 A.平衡小車與長木板間的摩擦力B.先接通電源再釋放小車C.小車的質量遠大于鉤碼的質量D.細線必須與長木板平行(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數(shù)點如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點,圖中未畫出)。s1=3.59 cm,s2=4.42 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm。則小車的加速度a= m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)),打點計時器在打B點時小車的速度vB= m/s。(結果均保留三位有效數(shù)字) (3)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f=49 Hz,而做實驗的同學并不知道,那么加速度的測量值與實際值相比(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 6.如圖所示,某小組同學利用DIS實驗裝置研究支架上力的分解。A、B為兩個相同的雙向力傳感器,該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正,受到壓力時讀數(shù)為負。A連接質量不計的細繩,并可沿固定的圓弧形軌道移動。B固定不動,通過光滑鉸鏈連接一輕桿,將細繩連接在桿右端O點構成支架,調整使得O點位于圓弧形軌道的圓心處,保持桿沿水平方向。隨后按如下步驟操作:測量繩子與水平桿的夾角AOB=;對兩個傳感器進行調零;用另一繩在O點懸掛住一個鉤碼,記錄兩個傳感器讀數(shù);取下鉤碼,移動傳感器A,改變角,重復上述步驟,得到圖示數(shù)據(jù)表格a。(1)根據(jù)表格a,可知A傳感器對應的是表中的力(選填“F1”或“F2”),并求得鉤碼質量為kg(保留一位有效數(shù)字); (2)換用不同鉤碼做此實驗,重復上述實驗步驟,得到數(shù)據(jù)表格b。則表格b中30°所對應的F2空缺處數(shù)據(jù)應為N; 表格aF1/N1.0010.5801.002F2/N-0.868-0.2910.86530°60°150°表格bF1/N1.103F2/N30°60°(3)(單選)實驗中,讓A傳感器沿圓心為O的圓弧形(而不是其他的形狀)軌道移動的主要目的是。 A.方便改變A傳感器的讀數(shù)B.方便改變B傳感器的讀數(shù)C.保持輕桿右端O的位置不變D.方便改變細繩與桿的夾角7.(2019江蘇七市二模)利用圖甲所示裝置探究物體的加速度與所受合外力的關系,小車質量約300 g,另配置質量20 g的鉤碼5個,質量500 g的砝碼1個。(1)實驗中,平衡摩擦力的具體做法是(選填“掛上”或“移去”)鉤碼,長木板右端用墊塊抬高,調至適當高度,接通電源,輕推小車,使紙帶上打出的點間距相等。 (2)實驗通過添加鉤碼改變小車的受力。關于小車,下列說法中正確的有。 A.當鉤碼質量遠小于小車總質量時,可認為小車所受合外力與鉤碼重力大小相等B.開始實驗時,應將砝碼放入小車C.小車內放入砝碼后需重新平衡摩擦力D.實驗中不需要測出小車的質量(3)實驗中打出一條紙帶,如圖乙所示,從某清晰點開始取計數(shù)點,分別標為0、1、2、3、4、5、6,測量點0到點3的距離為d1,點0到點6的距離為d2,已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔均為T,則加速度a=。 高考題型二實驗題專項練1力學實驗1.答案 (1)>(2)MN(3)m1sP=m1sM+m2sN(4)m1sPm1sM+m2SN解析 (1)為了防止入射球碰后反彈,一定要保證入射球的質量大于被碰球的質量;(2)小球m1和小球m2相撞后,小球m2的速度增大,小球m1的速度減小,都做平拋運動,所以碰撞后m1球的落地點是M點,m2球的落地點是N點;(3)碰撞前,小球m1落在圖中的P點,設其水平初速度為v1。小球m1和m2發(fā)生碰撞后,m1的落點在圖中的M點,設其水平初速度為v1',m2的落點是圖中的N點,設其水平初速度為v2。設斜面BC與水平面的傾角為,由平拋運動規(guī)律得:sMsin=12gt2,sMcos=v1't解得:v1'=gsM(cos)22sin同理可解得:v1=gsP(cos)22sin,v2=gsN(cos)22sin,所以只要滿足:m1v1=m2v2+m1v1',即:m1sP=m1sM+m2sN,則說明兩球碰撞過程中動量守恒;如果滿足小球的碰撞為彈性碰撞,則應滿足:12m1v12=12m1v1'2+12m2v22代入以上速度表達式可知,應滿足公式為:m1sP=m1sM+m2sN;故需要驗證:m1sP和m1sM+m2sN相等。2.答案 (1)平衡摩擦力(2)沒有(3)C(4)Fx2=12Mx3-x12T2解析 (1)小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力,要使細線的拉力等于其合力,則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力;(2)由于有力傳感器測量繩的拉力,則沒必要使小車質量遠大于重物和力傳感器的總質量,即對實驗沒有影響;(3)由題可知,小車的合力即為力傳感器的示數(shù),由紙帶可求得小車運動某段距離時對應的速度,由原理F合x=12Mv2-12Mv02,所以一定要測量的物理量為小車的質量,故C正確;(4)從打O點到打B點的過程中,拉力對小車做的功W=Fx2,B點的速度vB=x3-x12T,小車動能的增加量Ek=12MvB2=12Mx3-x12T2,探究結果的表達式是:Fx2=12Mx3-x12T2。3.答案 (1)0.96(2)B(3)小于解析 (1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為:0.9cm,游標尺上第6個刻度和主尺上某一刻度對齊,游標讀數(shù)為0.1×6mm=0.6mm,所以最終讀數(shù)為:0.96cm;(2)利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,故:v=Dt根據(jù)機械能守恒的表達式有:mgh=12mv2,那么關于v2-h的圖象應該是一條過原點的傾斜直線,故B正確;(3)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個過程中中間時刻速度,所以鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時速度。4.答案 (1)間隔均勻(2)遠小于小車的質量(3)3.25(4)bk解析 (1)平衡摩擦力后,用手輕撥小車,小車應做勻速直線運動,打點計時器打出一系列間隔均勻的點。(2)設小車質量為M,車上砝碼質量為m,吊盤和盤中物塊的質量和為m2,小車所受拉力為F,對小車和砝碼受力分析,由牛頓第二定律可得F=(M+m)a;對吊盤和盤中物塊受力分析,由牛頓第二定律可得m2g-F=m2a;解得:F=M+mM+m+m2·m2g,化簡得:F=11+m2M+m·m2g,當m2M時,改變車上砝碼質量m,小車所受拉力近似不變。故為了保證在改變小車中砝碼的質量時,小車所受的拉力近似不變,吊盤和盤中物塊的質量和應滿足的條件是遠小于小車的質量。(3)打點周期T=0.02s,小車的加速度a=x3+x4-(x1+x2)4T2=(3.78+3.65)-(3.52+3.39)4×0.022×10-2m/s2=3.25m/s2(4)認為拉力不變,則a=FM+m,化簡得:1a=MF+mF。圖中直線的斜率為k,縱軸上的截距為b,則k=1F,b=MF,解得:M=bk。5.答案 (1)BD(2)0.7880.401(3)偏大解析 (1)研究小車的勻變速直線運動實驗中,小車的質量與鉤碼的質量大小,及小車與長木板間的摩擦力,對于實驗沒有影響;細線必須與長木板平行,且先接通電源再釋放小車,故BD正確,AC錯誤。(2)每兩個計數(shù)點間有四個點沒有畫出,故兩計數(shù)點間的時間間隔為T=5×0.02=0.1s;根據(jù)逐差法可知,物體的加速度為:a=(s3+s4)-(s2+s1)4T2=(5.97+5.19)×10-2-(4.42+3.59)×10-24×(0.1)2=0.788m/s2。B點的瞬時速度等于AC間的平均速度:vB=xAC2T=(3.59+4.42)×10-22×0.1m/s=0.401m/s。(3)如果在某次實驗中,交變電流的頻率為49Hz,f<50Hz,那么實際打點周期變大,根據(jù)運動學公式x=aT2得,測量的加速度值與真實的加速度值相比是偏大。6.答案 (1)F10.05(2)-0.955(3)C解析 (1)因繩子只能提供拉力,故A傳感器對應的是表中力F1,對節(jié)點O受力分析有F1sin30°=mg,解得m=0.05kg;(2)對于O點,受力平衡,O點受到F1、F2和鉤碼向下的拉力,根據(jù)幾何關系可知,F2=F1cos30°=1.103×32=0.955N,因為B受到的是壓力,所以F2空缺處數(shù)據(jù)應為-0.955N。(3)實驗中,讓A傳感器沿圓心為O的圓弧形軌道移動的主要目的是:保持輕桿右端O的位置不變,從而保證OB水平,故選C。7.答案(1)移去(2)ABD(3)d2-2d19T2解析(1)平衡摩擦力時,移去鉤碼,長木板右端用墊塊抬高,調至適當高度,接通電源,輕推小車,使紙帶上打出的點間距相等。(2)當鉤碼的質量遠小于小車的質量時,可以認為小車所受的合力等于鉤碼的重力,故A正確。開始實驗時,應將砝碼放入小車,使得鉤碼質量遠小于小車質量,故B正確;小車內放入砝碼后,不需要重新平衡摩擦力,故C錯誤。實驗探究加速度與力的關系,需保持小車的總質量不變,所以不需要測出小車的質量,故D正確。故選:ABD。(3)根據(jù)d2-d1-d1=a(3T)2得,加速度a=d2-2d19T2。10