2021最新高考物理一轮复习训练《实验：探究做功与速度变化的关系验证机械能守恒定律验证动量守恒》含解析

1、实验：探究做功与速度变化的关系 验证机械能守1 .甘肃省渭源四中考试 探究“做功和物体速度变化的关 系”的实验装置如图甲所示，图中是小车在1条橡皮筋作用下弹出， 沿木板滑行的情形.实验中小车获得的速度为r,由打点计时器所打 出的纸带测出，橡皮筋对小车做的功记为俄实验时，将木板左端调 整到适当高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.请回答下列问题: 当我们把2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第 3次实验,请回答下列问题：图乙(1)除了图甲中己给出的器材外，需要的器材还有：交流电源、(2)如图乙所示是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打 出的一系列的点，打点的时间间隔为0. 02 s

2、,则小车离开橡皮筋后 的速度为 m/s.(保留两位有效数字)(3)将几次实验中橡皮筋对小车所做的功和小车离开橡皮筋后 的速度进行数据处理，以/为纵坐标，/或声为横坐标作图，其 中可能符合实际情况的是.答案：（1）毫米刻度尺（2）0.36 （3）AD解析：（1）需要的器材除了交流电源外，还有毫米刻度尺；（2）7 9X10 3 小车离开橡皮筋后的速度为m/s = 0.36m/s； （3）因为W=9落 则以"为纵坐标，P或正为横坐标作图，其中可能符合实际 情况的是A、D.2 .浙江省五校联考如图甲所示，用质量为力的重物通过滑轮 牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运

3、动情况，利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.（1）打点计时器使用的电源是（填选项 前的字母）.A.直流电源B.交流电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确的操作方法是 （填选项前的字母，A.把长木板右端垫高B.改变小车的质 量），在不挂重物且（填选项前的字母，A.打点计时器不打点 B.打点计时器打点）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀 速运动，表明己经消除了摩擦力和其他阻力的影响.（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点， 将打下的第一个点标为Q在纸带上依次取A,尻。、若干个计数点, 己知相邻计数点间的时间间隔为7：测得4 B、。、各点到。点的距 离分别为

4、生、生、与、，如图乙所示.图乙实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小 为mg,从打。点到打少点的过程中，拉力对小车做的功用=, 打6点时小车的速度/=.答案：（DB （2）A B侬生乙1解析：（1）打点计时器使用的是交流电，B正确；（2）平衡摩擦力 的方法是：把木板一端垫高，让小车滑下，当小车匀速运动时，就意 味着摩擦力抵消了，A正确；此时应当让打点计时器打点，因为打点 计时器打点时也会有摩擦力，B正确；（3）由于近似认为拉力等于重 物重力，所以根据加 =为可知，拉力做的功匀变速运动中, 中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以6点的速度等于 月。段的平均速度，即/=券=

5、今上3 .河南省郑州一中测试 某同学为探究小车动能变化与合 外力做功的关系，设计了如图甲所示的实验装置，一端带有定滑轮的 长木板固定在桌面上，用细绳绕过定滑轮及轻质动滑轮将小车与弹簧测力计连起来.实验时，改变悬挂的钩码个数进行多次测量，记录弹 簧测力计的示数尸，并利用纸带计算出小车对应的速度.打点计时产纸弋夕车 长木板、图甲(1)实验中为使细绳对小车的拉力为小车受到的合外力，下列的 做法正确的是.A.钩码的质量要远小于小车质量B.动滑轮的质量要远小于钩码的质量C.小车不连细绳时，反复调整木板倾角，直到纸带上打下的点 分布均匀(2)图乙是实验中得到的某条纸带的一部分.己知打点计时器使 用的交流电

6、频率为50 Hz,由纸带数据求出纸带上打下月点时小车的 速度匕=m/s,打下6点时小车的速度%=m/s (结 果保留三位有效数字).图乙 4.04 cm(3)按正确操作，使细绳对小车的拉力为小车的合外力，保证小 车的质量不变，在钩码个数不同的情况下，测量并找到力、6间的距 离(s»相等的多条点迹清晰的纸带，分别计算出打下46两点时小 车的速度匕、力,算出A", 日=日一日，根据实验数据绘出正 与外力对小车所做的功的关系图象，下列图象中最符合本 实验实际情况的是.答案：(1)C (2)0.505 3.00(3) A解析：(1)为了保证细绳的拉力等于小车受到的合外力,实验前应首

7、先平衡摩擦力，即小车不连细绳时，反复调整木板倾角,直到纸带上打下的点分布均匀，即小车做匀速直线运动，C正确;(2) vA=4 04X10km/s = 0-505 m/s,同理打下5点时小车的速度为修=4 K U. UN12 00 X10-21iovn no *n/s = 3. 00 m/s； (3)由动能定理可知 W=-mrs-mrAy 即/ X U. UZZN4.湖南省洞口一中模拟如图1所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.纸带 /限位孔铁夹打点计时器接电源重物铁架台 /图1(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是A.重物选

8、用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物，接通电源后，释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电 源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部 分未画出，如图2所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其 中。点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间 的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项 有.图2A. 04、祖?和届的长度B. oa 6。和的长度C. BD.疗'和的长度D. AC.加和皮的长度答案：(l)AB (2)BC解析：(1)重物选用质量和

9、密度较大的金属锤，减小空气阻力， 以减小误差，A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带 和打点计时器之间的阻力，以减小误差，B正确；验证机械能守恒定 律需验证：.=温一加,重物质量可以消掉，故无需测量重物的 质量，c错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，释放 纸带，D错误.(2)由用的长度可求出打尸点时重物的速度外打。 点时重物的速度为匕=0,但求不出。、尸之间的距离九，A错误；由 6。和缪的长度可求出打。点时重物的速度%,打。点时重物的速度 匕=0,。、C之间的距离为办，可以用来验证机械能守恒定律，B正 确；由物和用的长度可分别求出打。点时重物的速度匕和打尸点时 重物的速度

10、%, a尸之间的距离为人力可以用来验证机械能守恒定 律，c正确；ac,切和比的长度可分别求出打反a尸三点时重物 的速度，但 比；cf、跖的长度都无法求出，故无法验证机械能守恒 定律，D错误.5.河北省景县梁集中学调研如图1所示，将打点计时器固定 在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验 证机械能守恒定律.(1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁 夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是.A.直流电源、天平及祛码B.直流电源、刻度尺C.交流电源、天平及祛码D.交流电源、刻度尺(2)安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出 符合要求的纸带，如

11、图2所示.图中。点为打点起始点,且速度为零.选 取纸带上打出的连续点力、B、作为计时点，测出其中£、尸、G 点距起始点。的距离分别为A、h %.已知重物质量为如当地重力 加速度为g，计时器打点周期为T.为了验证此实验过程中机械能是否 守恒,需要计算出从。点到尸点的过程中，重物重力势能的减少量瓦 =，动能的增加量E=(用题中所给字母表示).(3)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关 于这个误差下列说法正确的是.A.该误差属于偶然误差B.该误差属于系统误差C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差(4)某同学在实验中

12、发现重物增加的动能略小于重物减少的重力 势能，于是深入研究阻力F对本实验的影响他测出各计时点到起始 点的距离力，并计算出打下各计数点时的速度看用实验测得的数据 绘制出正一力图线，如图3所示.图象是一条直线，此直线斜率4= (可能用到的物理量有力、g、f)答案：(1)D 勿纳(3)BD(4/ 哨, m解析：(1)打点计时器的工作电源是交流电源，在实验中需要 刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知重物下降的距离，以及通 过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度，纸带上相 邻两计时点的时间间隔己知，所以不需要秒表，重物的质量可以不必 测量，因此还需要的器材有D； (2)从打下。点到打下尸点

13、的过程中,h - h重物重力势能的减少量瓦=侬自尸点的瞬时速度：幺则动能的增加量为瓦:实验结果往往是重力No 1势能的减少量略大于动能的增加量，这个误差是系统误差，无法避免,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差，B、D正确;2 ms- f根据能量关系可知：mgh=jn#+ fh,解得=二h,可zm知图线的斜率kS一m6.河南郑州一中测试在利用碰撞做“验证动量守恒定律”的 实验中，实验装置如图甲所示，图甲中斜槽制与水平槽密平滑连接, 按要求安装好仪器后开始实验.先不放被碰小球，使入射小球从斜槽 上的力点由静止滚下，重复实验若干次；然后把被碰小球静止放在槽 的水平部分的前端边缘6处(槽

14、口)，再使入射小球从斜槽上的4点由 静止滚下，再重复实验若干次，在白纸上记录下挂于槽口6的重垂线 在记录纸上的竖直投影点和各次实验时小球落点的平均位置，从左至 右依次为。、以 只N点，测得两小球直径相等，入射小球和被碰小 球的质量分别为、位，且=2生.则：(1)两小球的直径用螺旋测微器测得，测量结果如图乙，则两小 球的直径均为 mm.(2)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，其目 的是.A.使入射小球每次都能水平飞出槽口B.使入射小球每次都以相同的动量到达槽口C.使入射小球在空中飞行的时间不变D.使入射小球每次都能与被碰小球对心碰撞(3)下列有关本实验的说法中正确的是.A.未放被碰

15、小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是以P B.未放被碰小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是P、材 C.未放被碰小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是A，、M D.在误差允许的范围内若测得|用=2|,步|,则表明碰撞过程中 两小球组成的系统满足动量守恒定律答案：(1)12.895 (2)B (3)BD解析：(1)螺旋测微器的主尺部分长度为12.5 mm,转动部分读 数为：39. 5X0. 01 mm,故最终读数为：(12. 5 + 0. 395)mm=12. 895 mm； 入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，是为了使 小球每次都以相同的速度飞出槽口，即为了保证入射小球每次

16、都以相 同的动量到达槽口，B正确；(3)未放被碰小球和放了被碰小球，入 射小球的落点分别为只/, A、C错误，B正确；设入射小球碰前瞬 间的速度为匕，碰后瞬间的速度为/1，碰后瞬间被碰小球的速度为 v' 2,则期玖=%，1+近，2,由于%i=2位，则有2(匕一，1) = / 2, 设平抛时间为乙则犷=/ 1力ON=v' 2t, OP=Vt,所以若系统碰 撞的过程中动量守恒，则满足|公1=2|,好|, D正确.课时测评 综合提能力课时练赢高分1.某实验小组按照如图1所示的装置对高中实验进行连续探究 或验证.实验一：探究小车做匀变速直线运动规律；实验二：验证牛 顿第二定律；实验三:

17、探究小车受到的合力做的功与动能变化的关系.打点吧器/小车细线 滑轮纸带 7 I 1长木板水平实验平台I I A钩码?图1a bcd '2,厂图2(1)下列说法正确的是.A.三个实验操作中均先释放小车，再接通打点计时器的电源B.实验一不需要平衡摩擦力，实验二和实验三需要平衡摩擦力C.实验一和实验二需要满足小车质量远大于钩码总质量，实验 三则不需要D.要求全部完成上述三个实验，除了图1中所示的实验器材外, 还要提供的共同实验器材有刻度尺(2)实验小组按照规范操作打出的纸带如图2所示，己知相邻计 数点a、b、c、d间的时间间隔为T,间距分别为负、所、S3,钩码总 质量为R，小车质量为乱 且就

18、力，重力加速度大小为g,以小车为 研究对象，那么从6到。小车合力做的功/=，小车动能的 变化量瓦=.(3)在(2)问中，用钩码总重力代替小车受到的细线拉力，存在 (选填“偶然误差”或“系统误差”).答案：(DBDmgs热上手一七三二系统误差解析：(1)根据打点计时器使用的注意事项可知，三个实验操作 中均先接通打点计时器的电源，再释放小车，故A错误；实验一中， 只探究匀变速直线运动规律，不需要平衡摩擦力，实验二和实验三都 需要平衡摩擦力，故B正确；实验一中，只探究速度随时间的变化， 不需要满足小车质量远大于钩码总质量，实验三中，将钩码的总重力 看成是小车受到的合力，则需要满足小车质量远大于钩码总

19、质量，故 C错误；要求全部完成上述三个实验，除了题图1中所示的实验器材 外，还要提供的共同实验器材有刻度尺，用来测量纸带上点与点之间 的距离，故D正确.（2）对A段进行研究，则合力对小车做的功为/ =啥，利用匀变速直线运动的推论得匕="y=匕=土，小车 动能的增加量aa=5«Ft一亏斗（3）用钩码总重力代替小 车受到的拉力，在小车加速的过程中，其实际加速度所以小车受到的拉力尸=,%=三J/V侬，可知存在一定的系统误差.HlrM2 .为了 “探究动能改变与合外力做功的关系”实验，某同学设 计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为罚的 滑块通过细绳

20、与质量为m的重锤跨过定滑轮相连，重锤上连一穿过打 点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下 匀速运动，如图甲所示.第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠 近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计 时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打 出纸带，如图乙所示，打出的纸带如图丙所示.可求得材的值.3 .山东六校联考某同学用两个光电门验证机械能守恒定律， 装置如图1所示，让细线悬吊的质量分布均匀的小圆柱体绕悬点。在 竖直面内做圆周运动，将光电门1固定在小圆柱体运动轨迹的最低 点，调整光电门2的位置，使小圆柱体在运动过程中阻

21、挡光电门发出 的光.记录小圆柱体通过光电门1、2的时间力、九 当地的重力加 速度为g.光电门2光电门1(1)要验证机械能守恒，除了要测量两个光电门间的高度差方， 还需要测量的物理量有(写出物理量名称及符号)，要验证机 械能守恒，只要验证等式(用已知量和测量量表示)成立即 可.(2)由于两个光电门间的高度差比较难测量，该同学又改进了实 验方法.如图2所示，将光电门1放于水平长木板的两侧，适当调节细 线悬点。的位置，使小圆柱体通过最低点时恰好与长木板相碰，光电 门的光束与小圆柱体静止悬挂时的重心在同一高度；将刻度尺竖直立于长木板上，让细线悬吊着的小圆柱体刚好与 刻度尺接触，由刻度尺测出小圆柱体此时

22、重心离长木板的高度几，将 小圆柱体由静止释放，测出小圆柱体经过光电门1的时间t;将刻度尺右移，重复步骤多次，测出小圆柱体在不同位置释 放时重心离长木板的高度A,记录不同高度释放后小圆柱体通过光电 门1的时间t,测出小圆柱体的长Z,算出每次小圆柱体实际下落的高度h' =，作出!一图象，作出的图象应是；如果求 得图线的斜率在误差允许的范围内等于,则机械能守恒定律 得到验证.答案：（1）小圆柱体截面的直径d助（2）A-过原点的一条倾斜直线J解析：（1）要验证机械能守恒定律，选取小圆柱体从光电门2运 动到光电门1的过程，要验证机械能守恒，即验证小圆柱体的重力势能减少量等于动能变化量,"

23、;a "由二=侬力，即验证H?一2/h,因此还需要测量小圆柱体截面的直径d （2）小圆柱体实际下落 高度少=久一9，若满足侬3得当=知,，图象zz 1） I a r是一条过原点的斜线，即搭一力'图象的斜率在误差允许的范围内等 于亨，机械能守恒.4 .某同学利用图示装置来验证机械能守恒定律.46是质量均 为力的小物块，。是质量为材的重物，力、6间由轻弹簧相连，4 C 间由轻质细绳相连.在物块6下放置一压力传感器，重物。下放置一 速度传感器，压力传感器与速度传感器相连.整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度大小为g.实验操作如下:压力传感器速度传感器a.开始时，系统在一外力作

24、用下保持静止，细绳拉直但张力为 零.现释放C,使其向下运动，当压力传感器示数为零时，速度传感 器测出。的速度为匕b.在实验中保持4 5质量不变，改变。的质量M多次重复步 骤a.回答下列问题：（D该实验中,朗和力大小关系必满足M 勿（选填“小于”、“等于”或“大于”）.（2）为便于研究速度p与质量财的关系，每次测。的速度时，C 己下降的高度应（选填“相同”或“不同”）.（3）根据所测数据，为更直观地验证机械能守恒定律，应作出（选填“正一，、" r-V或“正一心”）图线.M,什勿（4）根据中的图线，若图线在纵轴上的截距为6,则弹簧的劲 度系数为（用题给的已知量表示）.答案：（1）大于（2

25、）相同（3） F一豆4 （4）里M-vm b解析：（1）实验过程中需要测定压力传感器示数为零时，。向下 运动的速度所以必须满足始力.（2）因刚开始时弹簧被压缩，弹力 大小为侬，而压力传感器示数为零时，弹簧被拉伸，弹力大小仍为mg,弹簧的形变量才=簧+詈=詈，不论。的质量如何，测。的速度时，。己下降的高度相同，为学（3）弹性势能在始末状态相同，K为此只需验证4（加+助/= （M而gx,化筒得病=-4勿gxF2gx, Z附十勿1v所以应作图线.由题意知6=2gx,而%g=依，联立得A M十mZb .5 .如图所示，己知从6两滑块的质量关系为侬=1.5，拍摄 共进行了四次.第一次是在两滑块相撞之前，

26、以后的三次是在碰撞之 后.月滑块原来处于静止状态，设46滑块在拍摄闪光照片的这段 时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动的（以滑块上的箭头位置 为准），试根据闪光照片（闪光时间间隔为0.4 s）,分析得出：H A li A B AHA（1）6滑块碰撞前的速度为=：力滑块碰撞后的速度H » =，6滑块碰撞后的速度V,产.根据闪光照片分 析说明碰撞发生位置在刻度尺 cm刻度处.（2）根据闪光照片分析得出两滑块碰撞前两个滑块各自的质量与 各自的速度的乘积之和是（kg - m/s）（以应表示）；两滑块碰 撞后两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是 （kg - m/s）（以 nu

27、 表示）答案：（1）1.00 m/s 0. 75 m/s 0. 50 m/s 301. 5血 1. 5解析：（1）闪光时间间隔为7=0.4 s,由题图知碰撞后6滑块在一个闪光时间间隔内从40 cm刻度处运动到60 cm刻度处，即碰后方 X， o 2滑块的运动速度为/ 3=一50 m/s；同理碰撞后滑块在一个闪光时间间隔内从45 cm刻度处运动到75 cm刻度处，运动yf Q Q速度为/八=+=bi/s = 0.75 m/s；从发生碰撞到第二次拍摄， JLJ XXr月滑块从30 cm刻度处运动到45 cm刻度处，运动时间为心=广= v A0.2 s,由此可知从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为左=

28、(0.4 0.2)s = 0.2 s,即发生碰撞时，力滑块在30 cm刻度处，速度为匕= 0；从拍摄第一次照片到发生碰撞6滑块从10 cm刻度处运动到30 cm 刻度处，运动距离须=0.20 m,即碰前6滑块的速度为%=，= 1.00 m/s.碰撞前 mAvA + mBvB= 1. 5/z(kg m/s),碰撞后 mAvA + mBvB = 1. 5® (kg - m/s),即两滑块碰撞前后两个滑块各自的质量与各自的速 度的乘积之和是恒定不变的.6 .用如图所示的装置来验证动量守恒定律，质量为的钢球A用细 线悬挂于。点，质量为团的钢球6放在离地面高度为，的小支柱N 上，。点到月球球心

29、的距离为乙 使悬线伸直并与竖直方向的夹角为 8,释放后月球摆到最低点时恰与夕球发生对心碰撞，碰撞后，力球 把原来静止于竖直方向的轻质指示针。推到与竖直方向夹角为。处，6球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，保持£角 度不变，多次重复上述实验，白纸上记录多个夕球的落点，进而测得 6球的水平位移s,当地的重力加速度大小为g.（1）46两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，则A球质量 6球质量（选填“大于”、“小于”或“等于”），为了对白 纸上多个6球的落地点进行数据处理，进而确定落点的平均位置，需 要用到的器材除刻度尺外，还需要.（2）用题中所给的物理量字母表示，碰撞前瞬间A球的动量口

30、= ，碰撞后瞬间月球的动量,碰撞后瞬间6球 的动量P' 5=.答案：（1）大于 圆规（2）1cos B一1 cos a吟解析：（1）为了防止碰后出现反弹，应用质量较大的球去碰质量 较小的球；为了准确找出落点，应用圆规画最小的圆，将所有的点画 在圆内，圆心为平均位置.（2）/球从释放到最低点的过程只有重力 做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得，如g£（l-cos £）=；血£一 0,解得 VA=、2gL1 -cos £ 一,则有pA=idaVa=1-cos 8 一, 月球与6球碰撞后继续运动，在月球碰后到达最左端的过程中，机械 能守恒，由机械能守恒

31、定律得一0四£（1cos。）解得 乙vf 尸1 -cos CJ , pf A = mAv，,二血也以 I-cos a ；碰 撞后6球做平抛运动，水平方向有s=/ 竖直方向有，=署己 解得/ 6= A/赤则碰后6球的动量为p'而7.气垫导轨（如图甲所示）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导 轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力.为了验证动量守恒 定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一 端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频 率均为6.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让