2021年高考物理三轮冲刺《力学试验》练习二（含答案详解）

2021年高考物理三轮冲刺

《力学试验》练习二

1.为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同，体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：

步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；

步骤2：安装好实验装置如图，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；

步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；

步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图所示．

(1)由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置________．

①在P5、P6之间

②在P6处

③在P6、P7之间

(2)为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________．

①A、B两个滑块的质量m1和m2

②滑块A释放时距桌面的高度

③频闪照相的周期

④照片尺寸和实际尺寸的比例

⑤照片上测得的x45、x56和x67、x78

⑥照片上测得的x34、x45、x56和x67、x78、x89

⑦滑块与桌面间的动摩擦因数

写出验证动量守恒的表达式____________________________．

(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：

_________________________________________________________________.

2.验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示采用重物自由下落的方法:

(1)实验中,下面哪些测量工具是必需的(　　)

A.天平           B.直流电源          C.刻度尺              D.停表

(2)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,当地的重力加速度g取9.80 m/s2,所用重物的质量为200 g。实验中选取一条符合实验要求的纸带如图乙所示,O为纸带下落的起始点,A、B、C为纸带上选取的三个连续点。

计算B点瞬时速度时,甲同学用=2gxOB,乙同学用vB=,其中所选方法正确的是　　　(选填“甲”或“乙”)同学;根据以上数据,可知重物由O运动到B点时动能的增加量等于　　　　J,重力势能减少量等于　　　　J(计算结果均保留三位有效数字)。 

(3)实验中,发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能,造成这种现象的主要原因

是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

根据表中数据，完成下列填空：

(1)物块的加速度a=________ m/s2(保留三位有效数字)．

(2)因为______________________，可知斜面是粗糙的．

(1)下列操作中必要的是________(填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行

B．为减小系统误差，应使钩码质量远小于小车质量

C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力

D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源

(2)如图是实验中获得的一条纸带的一部分，选取0、1、2、3计数点，但0与2之间的原始记录数据已模糊不清，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则小车运动的加速度大小为________m/s2(保留三位有效数字)．

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=________ s，图乙中的________(填“左”或“右”)端是圆柱棒的悬挂端．

(2)根据图乙所给的数据，可知毛笔画下记号D时，圆柱棒下落的速度vD=________m/s；圆柱棒竖直下落的加速度a=________m/s2.(结果保留两位有效数字)

(1)电火花打点计时器的工作电压为________(填“交”或“直”)流________V.

(2)下列说法正确的是________．

A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平

B．实验中通过打点计时器打出的点来求解小车运动时的加速度

C．实验中m2应远小于m1

D．传感器的示数始终为m2g

(3)图乙为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻两计数点间还有四个点没有画出．由此可求得小车的加速度的大小是________m/s2.(交流电的频率为50 Hz，结果保留二位有效数字)

(4)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图象是图丙中的________．

(1)实验时，一定要进行的操作是________．

A．用天平测出砂和砂桶的质量

B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力

C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数

D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带

E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M

(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两相邻计数点间还有四个点)，

测得：x1=1.40 cm，x2=1.90 cm，x3=2.38 cm，x4=2.88 cm，x5=3.39 cm，x6=3.87 cm.

那么打下3点时小车的瞬时速度的大小是________ m/s，小车加速度的大小是________ m/s2.

已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电(结果保留两位有效数字)．

(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，作出的a－F图象是一条直线，如图丙所示，图线与横轴的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________．

A．2tanθ       B.         C．k           D.

学过的物理学知识，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量．请完成下列步骤：

(1)实验装置如图所示，设右边沙袋A的质量为mA，左边沙袋B的质量为mB.

(2)取出质量为mi的砝码放在沙袋A中，剩余砝码都放在左边沙袋B中，发现A下降，B上升(左右两侧砝码的总质量始终不变)．

(3)用刻度尺测出沙袋A开始时离桌面的距离h，用秒表测出A从开始位置下降到桌面所用的时间t，则可知A的加速度大小a=________.

(4)改变mi，测量相应的加速度a，得到多组mi及a的数据，作________(选填“a－mi”或“a－”)图线．

(5)若求得图线的斜率k=2.0 m/(kg·s2)，纵轴上的截距b=0.4 m/s2，则沙袋的质量mA=_______kg，mB=________kg.(重力加速度g取10 m/s2)

0.参考答案

1.答案为：

(1)②；

(2)①⑥，m1(x45＋2x56－x34)=(m1＋m2)·(2x67＋x78－x89)；

(3)将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动(其他合理答案也可)

解析：

(1)由题图可得x12=3.00 cm，x23=2.80 cm，x34=2.60 cm，x45=2.40 cm，x56=2.20 cm，x67=1.60 cm，

x78=1.40 cm，x89=1.20 cm.根据匀变速直线运动的特点可知A、B相撞的位置在P6处．

(2)为了探究A、B相撞前后动量是否守恒，就要得到碰撞前后的动量，

所以要测量A、B两个滑块的质量m1、m2和碰撞前后的速度．设照相机拍摄时间间隔为T，

则P4处的速度为v4=，P5处的速度为v5=，因为v5=，

所以A、B碰撞前在P6处的速度为v6=；

同理可得碰撞后AB在P6处的速度为v6′=.若动量守恒则有m1v6=(m1＋m2)v6′，

整理得m1(x45＋2x56－x34)=(m1＋m2)(2x67＋x78－x89)．因此需要测量或读取的物理量是①⑥.

(3)若碰撞前后都做匀速运动则可提高实验的精确度．

2.答案为：

(1)C；

(2)乙；0.369，0.376；

(3)见解析：

解析：(1)根据实验原理,需要验证方程mgh=mv2成立,即gh=v2,则不需要天平,v由打点计时器打下的纸带测出,不需要停表,电磁打点计时器工作电源为4~6V交流电源,故需要低压交流电源,纸带处理需要刻度尺。

(2)物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用,不是自由落体运动,=2gxOB,是自由落体运动的公式,故甲同学错误。重物的重力势能的减少量ΔEp=mgh=0.200×9.80×0.1920J=0.376J

打B点时重物的速度v=m/s=1.92m/s

物体动能的增加量ΔEk=mv2=0.5×0.200×1.922J=0.369J。

(3)空气阻力和打点计时器对纸带的阻力做功。

(1)4.30；

(2)a<g=5.88 m/s2(其他合理说法也可)；

解析：(1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得x3＋x4－(x2＋x1)=4aT2，

又知T==0.1 s，联立得a=4.30 m/s2.(2)如果斜面光滑，根据牛顿第二定律得，

物体下滑的加速度a′=gsinθ=g=5.88 m/s2>a，所以斜面是粗糙的．

(1)A；

(2)0.667；

解析：

(1)细绳应与长木板表面平行，保证拉力即为其水平方向的合力，故A正确；本实验中只要能使小车做加速运动即可，没必要应使钩码质量远小于小车质量，也没必要平衡摩擦力，B、C错误；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放钩码，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．

(2)一段时间内的平均速度等于其中间时刻的速度，所以01== m/s=0.553 m/s；

03= m/s=0.619 7 m/s2.0～1的中间时刻与0～3的中间时刻相差0.1 s，

故a= m/s2=0.667 m/s2.

(1)0.05　左；

(2)1.6 m/s　9.6 m/s2

解析：

(1)时间间隔T= s=0.05 s，从左向右相邻两条线的距离越来越小，所以左端是悬挂端．

(2)由vn=可计算出vD==1.6 m/s.

由Δx=aT2可得a===9.6 m/s2.

(1)交,220;

(2)B;

(3)0.49(或0.50);

(4)C;

解析：本题考查探究加速度与物体质量和物体受力的关系．

(1)电火花打点计时器工作电压为交流220 V．

(2)该实验首先必须要平衡摩擦力，选项A错误；根据打点计时器打出来的点，应用“逐差法”来求小车运动时的加速度，选项B正确；由于该实验的这种连接方式，重物和小车的加速度不相同，小车在绳的拉力下加速运动，由于一根细绳中的弹力大小处处相等，故测力计示数等于此拉力，因此不需要用重物的重力来代替，故不要求重物质量远小于小车质量，选项C错误；重物向下加速度运动，由牛顿第二定律m2g－2F=m2a，解得F=m2(g－a)，选项D错误．

(3)根据匀变速直线运动的推论Δx=aT2，有Δx=(3.39－2.89)×10－2 m=a×(0.1 s)2[或者Δx=(2.89－2.40)×10－2=a×(0.1 s)2]，解得a=0.50 m/s2(或者0.49 m/s2)．

(4)若没有平衡摩擦力，只有当F增加到一定值时，小车才可能加速运动，则当F≠0时，a=0，所以可能是图中的图线C.故选项C正确．

(1)BCD；

(2)0.26　0.50；

(3)D

解析：

(1)本实验中拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量远小于小车的质量，A、E错误；弹簧测力计测出拉力，从而得到小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，B正确；打点计时器使用时，先接通电源，再释放小车，该实验探究质量一定时加速度与力的关系，要记录弹簧测力计的示数，C正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随力的变化关系，D正确．

(2)两相邻计数点间还有四个点，则相邻两计数点间的时间间隔T=0.02×5 s=0.1 s；

打下3点时小车的瞬时速度的大小v== m/s≈0.26 m/s；

由匀变速直线运动的推论可知，小车加速度的大小a=，

代入数据可解得a=0.50 m/s2.(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，

故k=，由牛顿第二定律F合=Ma得，小车的质量为M===，故选D.

(3)；

(4)a－mi；

(5)5.2，4.6；

解析：

(3)由初速度为零的匀变速直线运动的位移与时间关系：h=at2，得a=.

(4)用图象法处理实验数据时，主要是应用两变量之间的线性关系，设细线张力为T，

由牛顿第二定律，对沙袋A有(mi＋mA)g－T=(mA＋mi)a，

对沙袋B有T－[(m－mi)＋mB]g=[(m－mi)＋mB]a，联立解得：a=mi＋g，

所以应作出a－mi图线．(5)由已知条件，k==2.0 m/(kg·s2)，b=g=0.4 m/s2，

联立解得：mA=5.2 kg，mB=4.6 kg.