考点16力学实验-2022届高三《新题速递·物理》10月刊（高考复习）

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考点16力学实验



1．（2020·延安市第一中学月考）如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量______（填选项前的符号），间接地解决这个问题。
A．小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。
接下来要完成的必要步骤是__________。（填选项前的符号）
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM、ON
(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________[用(2)中测量的量表示]。
【答案】C ADE
【解析】
(1)[1]小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，即测量水平射程
故选C
(2)[2]要验证动量守恒定律定律，即验证

小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得

得

因此实验需要测量：两球的质量、小球的水平位移，为了测量位移，应找出落点
故选ADE
(3)[3]由(2)知，实验需要验证

2．（2020·江苏省清江中学月考）国庆同学在做“探究碰撞中的不变量”实验中，所用装置如图甲所示，已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。回答以下问题：

(1)为了完成本实验，下列必须具备的实验条件或操作步骤是___________；
A．斜槽轨道末端的切线必须水平
B．入射球和被碰球半径必须相同
C．入射球和被碰球的质量必须相等
D．必须测出桌面离地的高度H
E.斜槽轨道必须光滑
(2)国庆同学在实验中正确操作，认真测量，得出的落点情况如图乙所示，则入射小球质量和被碰小球质量之比为____________；
(3)为了完成本实验，测得入射小球质量m1，被碰小球质量m2，O点到M、P、N三点的距离分别为y1、y2、y3，若两球间的碰撞是弹性碰撞，应该有等式_______成立。
A． B．
C． D．
【答案】AB 3∶2 AD
【解析】
(1) [1]．A.斜槽轨道末端的切线必须水平，以保证做平抛运动，选项A正确；
B.入射球和被碰球半径必须相同，以保证两球正碰，选项B正确；
C.入射球质量要大于被碰球的质量，以防止入射球反弹，选项C错误；
D.两球均做平抛运动，竖直高度相同，时间相同，没必要测出桌面离地的高度H，选项D错误；
E.斜槽轨道没必要必须光滑，只需小球到达底端时速度相同即可，选项E错误。
故选AB。
(2)[2]．设落地时间为t，则有



而动量守恒的表达式为
m1v0=m1v1+m2v2
即
m1OP=m1OM+m2ON
代入数据可得
m1:m2=3:2
(3)[3]．若碰撞是弹性碰撞，动能守恒的表达式为

即

两球相碰前后的动量守恒，则有
m1•OM+m2•ON=m1•OP
即
m1•y1+m2•y3=m1•y2
若碰撞是弹性碰撞则有

故选AD.
3．（2020·江苏省清江中学月考）某同学通过实验测量玩具上的小直流电动机转动的角速度大小，如图甲所示，将直径约为3cm的圆盘固定在电动机转动轴上，将纸带的一端穿过打点计时器后，固定在圆盘的侧面，圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上，打点计时器所接交流电的频率为50Hz.

(1) 实验时，应先接通________(选填“电动机”或“打点计时器”)电源．
(2) 实验得到一卷盘绕在圆盘上的纸带，将纸带抽出一小段，测量相邻2个点之间的长度L1，以及此时圆盘的直径d1，再抽出较长的一段纸带后撕掉，然后抽出一小段测量相邻2个点之间的长度L2，以及此时圆盘的直径d2，重复上述步骤，将数据记录在表格中，其中一段纸带如图乙所示，测得打下这些点时，纸带运动的速度大小为________m/s.测得此时圆盘直径为5.60cm，则可求得电动机转动的角速度为________rad/s.(结果均保留两位有效数字)
(3) 该同学根据测量数据，作出了纸带运动速度(v)与相应圆盘直径(d)的关系图象，如图丙所示．分析图线，可知电动机转动的角速度在实验过程中________(选填“增大”“减小”或“不变”)．
【答案】打点计时器 1.8 64 不变
【解析】
（1）实验时,应先接通打点计时器电源，再接通电动机的电源；（2）根据 求解线速度，根据 求解角速度；（3）根据v=ωr=ωD结合图像判断角速度的变化.
【详解】
（1）实验时,应先接通打点计时器电源，再接通电动机的电源；
（2）纸带运动的速度大小为；
角速度；
（3） 根据v=ωr=ωD，因v-D图像是过原点的直线，可知 ω不变.
4．（2020·沙坪坝·重庆南开中学月考）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是______。
(2)本实验采用的科学方法是___________（填正确答案标号）。
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
D．建立物理模型法
(3)下列说法正确的是_________（填正确答案标号）。
A．拉橡皮条的绳细一些且长一些
B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应靠近木板且与木板面平行
C．同一次验证过程中O点位置应相同
D．拉力F1和F2的夹角应该较小
(4)由于实验室没有细绳，在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替吗？请说明理由：________________________________________________________________。
【答案】F B ABC 可以，因为OB和OC的作用是确定两个力的方向
【解析】
(1)[1]图乙中的F与F′中，F′是由平行四边形得出的，而F是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮筋的方向相同，一定与AO共线的是F。
(2)[2]本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B。
(3)[3]A．拉橡皮条的绳细一些且长一些，以便记录拉力的方向，选项A正确；
B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应靠近木板且与木板面平行，选项B正确；
C．同一次验证过程中O点位置应相同，以保证等效性，选项C正确；
D．拉力F1和F2的夹角应该大小适当，选项D错误。
故选ABC。
(4)[4]在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替；理由：因为OB和OC的作用是确定两个力的方向。
【点睛】
在“验证力的平行四边形定则”实验中，我们要知道分力和合力的效果是等同的，这要求同学们对于基础知识要熟练掌握并能正确应用，理解“等效替换”的含义，加强对基础实验理解，知道理论值和实验值的区别。
5．（2020·沙坪坝·重庆南开中学月考）某同学采用如图装置来验证当外力一定时加速度和质量的关系，左右等高的水平桌面上都有一端带滑轮的长木板，木板上都固定有打点计时器，质量分别为m1和m2的两个小滑块通过一条细绳绕过各自长木板上的定滑轮相连，动滑轮下吊有沙桶，调整装置使m1和m2在同一直线上，并使细线与长木板平行，两个小滑块都与穿过打点计时器限位孔的纸带相连。

(1)本次实验中需要满足沙和沙桶的总质量远小于滑块质量这个条件吗？______（填写“需要”或“不需要”）
(2)去掉细线，分别垫高长木板一端平衡摩擦力。连接细线，调整沙桶中沙子的质量，接通两个打点计时器的电源，然后从静止释放沙桶，同时得到对应的甲乙两条纸带，纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，实验时使用的交流电的频率为50Hz，其中乙图中第三个计数点未画出，

通过纸带计算两个加速度a1 =_______m/s2 ，a2 =______m/s2（均保留三位有效数字）
(3)由计算可知m1________ m2（ 选填“>”、“