实验6 知能达标训练-2022高考物理 新编大一轮总复习（word）人教版

1．(2020·太原一模)气垫导轨是一种常用的实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB

b．调整气垫导轨，使导轨处于水平

c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，由电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上

d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1

e．按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2

(1)实验中还应测量的物理量是________________________。

(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是____________________，上式中算得的A、B两滑块

的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是________________________________(写出一条即可)。

[答案]　(1)B的右端至D板的距离L2

(2)mA－mB＝0(或＝)　测量时间、距离等存在误差(或气垫导轨不水平，合理即正确)

2．(2020·广州广雅中学期中)用如图所示的装置来验证动量守恒定律。滑块在水平气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门D(或E)，数字计时器开始计时；挡光条到达光电门C(或F)，数字计时器停止计时。实验主要步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；

b．给气垫导轨通气并调整使其水平；

c．调节光电门，使其位置合适，测出光电门C、D间的水平距离L；

d．A、B之间紧压一轻弹簧(与A、B不粘连)，并用细线拴住，如图所示静置于气垫导轨上；

e．烧断细线，A、B将各自运动，弹簧恢复原长前A、B均未到达光电门，从计时器上分别读取A、B在两光电门之间运动的时间tA、tB。

(1)实验中还应测量的物理量x是______________________________(用文字表达)。

(2)利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是____________(用题中所给的字母表示)。

(3)利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能Ep＝____________(用题中所给的字母表示)。

[解析]　(1)(2)由于A、B原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为mA－mB＝0，所以还需要测量的物理量是光电门E、F间的水平距离。

(3)弹簧恢复原长时，A滑块的速度为vA＝，B滑块的速度为vB＝，根据能量守恒定律得Ep＝mA2＋mB2。

[答案]　(1)光电门E、F间的水平距离　(2)mA－

mB＝0　(3)mA2＋mB2

3．(2021·济南外国语学校模拟)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行“验证动量守恒定律”实验，在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门。水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：

①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；

②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；

③在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；

④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；

⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；

⑥滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出AC之间的距离sa；

⑦小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面上的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；

⑧改变弹簧压缩量，进行多次测量。

(1)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证____________＝____________即可。(用上述实验数据字母表示)

(2)改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到sa与的关系图象如图乙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为____________。(用上述实验数据字母表示)

[解析]　(1)烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度va＝；b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：

h＝gt2

sb＝vbt

解得：vb＝sb

若动量守恒，设向右为正。则有：

0＝mbvb－mava

即＝mbsb

(2)对物体a由光电门向左运动过程分析。则有：

v＝2asa

经过光电门的速度：

va＝

由牛顿第二定律可得：

a＝＝μg

联立可得：

sa＝·

则由图象可知：

μ＝

[答案]　(1)　mbsb　(2)

4．(2020·全国卷Ⅰ)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。

实验步骤如下：

(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；

(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2；

(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；

(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2 及遮光片从A运动到B所用的时间t12；

(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I＝________，滑块动量改变量的大小Δp＝________；(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)

(6)某次测量得到的一组数据为：d＝1.000 cm，m1＝1.50×10－2 kg，m2＝0.400 kg，Δt1＝3.900×10－2 s，Δt2＝1.270×10－2 s，t12＝1.50 s，取g＝9.80 m/s2。计算可得I＝________ N·s，Δp＝________ kg·m·s－1；(结果均保留3位有效数字)

(7)定义δ＝×100%，本次实验δ＝________%(保留1位有效数字)。

[解析]　(1)当气垫导轨水平时，滑块在导轨上做匀速运动，所以滑块上的遮光片通过两个光电门的遮光时间相等。(5)根据冲量的定义可得I＝m1gt12；根据动量改变量的定义可得Δp＝m2－m2＝m2(－)。(6)代入数据得I＝m1gt12＝1.50×10－2×9.80×1.50 N·s≈0.221 N·s；Δp＝m2(－)＝0.400×1.000×10－2×(－)kg·m/s≈0.212 kg·m/s。(7)根据定义可得δ＝×100%≈4%。

[答案]　(1)大约相等　(5) m1gt12　m2(－)　(6)0.221　0.212　(7)4

5．(2020·济宁期中)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验，在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门。水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：

①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；

②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；

③在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；

④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；

⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；

⑥滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出AC之间的距离sa；

⑦小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面上的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；

⑧改变弹簧压缩量，进行多次测量。

(1)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证__________＝____________即可。(用上述实验数据字母表示)

(2)改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到sa与的关系图象如图乙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为__________。(用上述实验数据字母表示)

[解析]　(1)由于A点右侧摩擦可以不计，所以被弹开后滑块a的瞬时速度等于经过光电门的速度即va＝，b被弹开后的瞬时速度等于做平抛运动的初速度，根据vbt＝sb，h＝gt2可得vb＝sb，该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证ma＝mbsb。

(2)根据动能定理可得μmgsa＝mv，即μgsa＝()2，化简得sa＝·，即k＝解得μ＝。

[答案]　(1)　mbsb　(2)