1、高考题型二实验题专项练1力学实验1.下图为验证动量守恒定律的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2;安装实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面BC连接在斜槽末端;先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置P;将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置;用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从M、P、N到B点的距离分别为
2、sM、sP、sN。依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)两小球的质量m1、m2应满足m1m2(选填“”“=”或“(2)MN(3)m1sP=m1sM+m2sN(4)m1sPm1sM+m2SN解析 (1)为了防止入射球碰后反弹,一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量;(2)小球m1和小球m2相撞后,小球m2的速度增大,小球m1的速度减小,都做平抛运动,所以碰撞后m1球的落地点是M点,m2球的落地点是N点;(3)碰撞前,小球m1落在图中的P点,设其水平初速度为v1。小球m1和m2发生碰撞后,m1的落点在图中的M点,设其水平初速度为v1,m2的落点是图中的N点,设其水平初速度为v2。设斜面BC与水平
3、面的倾角为,由平抛运动规律得:sMsin =12gt2,sMcos =v1t解得:v1=gsM(cos)22sin同理可解得:v1=gsP(cos)22sin,v2=gsN(cos)22sin,所以只要满足:m1v1=m2v2+m1v1,即:m1sP=m1sM+m2sN,则说明两球碰撞过程中动量守恒;如果满足小球的碰撞为弹性碰撞,则应满足:12m1v12=12m1v12+12m2v22代入以上速度表达式可知,应满足公式为:m1sP=m1sM+m2sN;故需要验证:m1sP和m1sM+m2sN相等。2.答案 (1)平衡摩擦力(2)没有(3)C(4)Fx2=12Mx3-x12T2解析 (1)小车下
4、滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使细线的拉力等于其合力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力;(2)由于有力传感器测量绳的拉力,则没必要使小车质量远大于重物和力传感器的总质量,即对实验没有影响;(3)由题可知,小车的合力即为力传感器的示数,由纸带可求得小车运动某段距离时对应的速度,由原理F合x=12Mv2-12Mv02,所以一定要测量的物理量为小车的质量,故C正确;(4)从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=Fx2,B点的速度vB=x3-x12T,小车动能的增加量Ek=12MvB2=12Mx3-x12T2,探究结果的表达式是:Fx2=12Mx3-x12T2。3.答案 (1)0
5、.96(2)B(3)小于解析 (1)游标卡尺的主尺读数为:0.9 cm,游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐,游标读数为0.16 mm=0.6 mm,所以最终读数为:0.96 cm;(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,故:v=Dt根据机械能守恒的表达式有:mgh=12mv2,那么关于v2-h的图象应该是一条过原点的倾斜直线,故B正确;(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度,所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。4.答案 (1)间隔均匀(2)远小于小车的质量(3)3.25(4)bk解析 (1)平衡摩擦力后,用手轻
6、拨小车,小车应做匀速直线运动,打点计时器打出一系列间隔均匀的点。(2)设小车质量为M,车上砝码质量为m,吊盘和盘中物块的质量和为m2,小车所受拉力为F,对小车和砝码受力分析,由牛顿第二定律可得F=(M+m)a;对吊盘和盘中物块受力分析,由牛顿第二定律可得m2g-F=m2a;解得:F=M+mM+m+m2m2g,化简得:F=11+m2M+mm2g,当m2M时,改变车上砝码质量m,小车所受拉力近似不变。故为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,吊盘和盘中物块的质量和应满足的条件是远小于小车的质量。(3)打点周期T=0.02 s,小车的加速度a=x3+x4-(x1+x2)4T2=(3
7、.78+3.65)-(3.52+3.39)40.02210-2 m/s2=3.25 m/s2(4)认为拉力不变,则a=FM+m,化简得:1a=MF+mF。图中直线的斜率为k,纵轴上的截距为b,则k=1F,b=MF,解得:M=bk。5.答案 (1)BD(2)0.7880.401(3)偏大解析 (1)研究小车的匀变速直线运动实验中,小车的质量与钩码的质量大小,及小车与长木板间的摩擦力,对于实验没有影响;细线必须与长木板平行,且先接通电源再释放小车,故BD正确,AC错误。(2)每两个计数点间有四个点没有画出,故两计数点间的时间间隔为T=50.02=0.1 s;根据逐差法可知,物体的加速度为:a=(s
8、3+s4)-(s2+s1)4T2=(5.97+5.19)10-2-(4.42+3.59)10-24(0.1)2=0.788 m/s2。B点的瞬时速度等于AC间的平均速度:vB=xAC2T=(3.59+4.42)10-220.1 m/s=0.401 m/s。(3)如果在某次实验中,交变电流的频率为49 Hz,f50 Hz,那么实际打点周期变大,根据运动学公式x=aT2得,测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏大。6.答案 (1)F10.05(2)-0.955(3)C解析 (1)因绳子只能提供拉力,故A传感器对应的是表中力F1,对节点O受力分析有F1sin 30=mg,解得m=0.05 kg;(2
9、)对于O点,受力平衡,O点受到F1、F2和钩码向下的拉力,根据几何关系可知,F2=F1cos 30=1.10332=0.955 N,因为B受到的是压力,所以F2空缺处数据应为-0.955 N。(3)实验中,让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的主要目的是:保持轻杆右端O的位置不变,从而保证OB水平,故选C。7.答案(1)移去(2)ABD(3)d2-2d19T2解析(1)平衡摩擦力时,移去钩码,长木板右端用垫块抬高,调至适当高度,接通电源,轻推小车,使纸带上打出的点间距相等。(2)当钩码的质量远小于小车的质量时,可以认为小车所受的合力等于钩码的重力,故A正确。开始实验时,应将砝码放入小车,使得钩码质量远小于小车质量,故B正确;小车内放入砝码后,不需要重新平衡摩擦力,故C错误。实验探究加速度与力的关系,需保持小车的总质量不变,所以不需要测出小车的质量,故D正确。故选:ABD。(3)根据d2-d1-d1=a(3T)2得,加速度a=d2-2d19T2。
