高考物理二轮总复习专题能力训练14力学实验

专题能力训练14力学实验(时间:45分钟满分:100分)1.(14分)(2022·河南焦作期末)某同学通过调节拍摄功能中的感光度和快门时间,拍摄出质量较高的频闪照片。图甲是该同学拍摄的小球自由下落部分运动过程中频闪照片,用来验证机械能守恒定律。该同学以小球下落过程中的某一点(非释放点)为原点O,并借助照片背景中的刻度尺测量各时刻的位置坐标为x1、x2、x3、x4、x5,刻度尺零刻度与原点O对齐。已知连拍频率为f,当地重力加速度为g,小球质量为m。(1)小球在x1位置时的瞬时速度v1=(用题中所给的物理量符号表示)。

(2)关于实验装置和操作,以下说法正确的是。

A.刻度尺应固定在竖直平面内B.选择材质密度小的小球C.小球实际下落过程中动能增加量大于重力势能减少量D.该实验可以验证动能定理(3)取小球从x1到x3的过程研究,则机械能守恒定律的表达式为g(x3x1)=(用题中所给物理量的符号表示)。

(4)由于阻力的存在影响了实验,该同学利用测得的数据,算出了x1、x2、x3、x4这些点对应的速度v,以对应到O点的距离h为横轴,v22为纵轴作出了如图乙所示的图线。测得图线的斜率为k(k<g),则小球受到的阻力大小Ff=2.(16分)(2022·湖北高考模拟)某同学用硬币碰撞实验验证动量守恒定律,器材如下:玻璃台面,硬币(壹元1枚,伍角1枚,两枚硬币与玻璃板的动摩擦因数视为相同),硬币发射架,天平,游标卡尺,刻度尺等。硬币发射架的结构如图甲所示,由底板、支架和打击杆组成。底板上开有一槽,槽宽略大于壹元硬币的直径。甲乙丙丁(1)用游标卡尺测量硬币的直径,其中壹元硬币的直径为25.00mm,由图乙可读出,伍角硬币的直径为cm。

(2)让硬币以初速度v0在水平玻璃板上滑动,在摩擦力的作用下,经过距离l后停止下来,则可以判断初速度v0与距离l的关系满足。

A.v0∝lB.v0∝lC.v0∝l2(3)把硬币发射架放在玻璃台板上,将壹元硬币放入发射槽口,将打击杆偏离平衡位置靠在支架的定位横杆上,释放打击杆将硬币发射出去,重复多次测出壹元硬币中心从槽口外O点到静止点的距离平均值lOA,如图丙所示;再把一枚伍角硬币放在O点前,使其圆心O'在发射线上,且lOO'=R+r(R、r分别为大小硬币的半径),然后重新发射壹元硬币,碰撞后分别测出两硬币前进的距离lOB和lO'C,如图丁所示,已知壹元硬币的质量为m1,伍角硬币的质量为m2,若满足,则可以验证碰撞过程动量守恒。

3.(16分)(2021·广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。n123456ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用Δli=li+3li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:Δl1=6.03cm,Δl2=6.08cm,Δl3=cm,压缩量的平均值Δl=Δ(2)上述Δl是管中增加(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,该弹簧的劲度系数为N/m(结果保留3位有效数字)。

4.(18分)(1)下图螺旋测微器的读数为mm。

图中游标卡尺的读数是cm。

(2)用如图实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。已知m1=50g、m2=150g,则(结果均保留两位有效数字)①在纸带上打下计数点5时的速度v=m/s。

②在打下点“0”到点“5”过程中,系统动能的增量ΔEk=J,系统势能的减少量ΔEp=J(计算时g取10m/s2)。由此得出的结论:

。

③若某同学作出v22h图像如图所示,则当地的重力加速度g=m/s5.(18分)下图为一弹簧弹射装置,在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧,弹簧压缩并锁定,在金属管两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管径且与弹簧不固连)。现解除弹簧锁定,两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。然后按下述步骤进行实验:①用天平测出两球质量m1、m2;②用刻度尺测出两管口离地面的高度h;③记录两球在水平地面上的落点P、Q。回答下列问题:(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需测量的物理量有。(已知重力加速度g)

A.弹簧的压缩量ΔxB.两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2C.小球直径D.两球从管口弹出到落地的时间t1、t2(2)根据测量结果,可得弹性势能的表达式为Ep=。

(3)由上述测得的物理量来表示,如果满足关系式,就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。

6.(18分)(2021·湖南卷)某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:甲乙(1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图乙所示,h=cm。

(2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平。(3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度。(4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a。(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表:n123456a/(m·s2)0.0870.1800.2600.4250.519根据表中数据在图丙上描点,绘制图线。丙如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是m/s2(保留三位有效数字)。

专题能力训练14力学实验1.答案:(1)fx22(2)AD(3)f解析:(1)小球在x1位置时的瞬时速度v1=x2(2)刻度尺竖直,保证测量的距离是竖直方向自由下落的距离,故A正确;小球密度越大,则相对阻力越小,误差越小,故B错误;下落过程由于阻力做功,则动能增加量小于重力势能的减小量,故C错误;该实验可验证动能定理,故D正确。(3)由机械能守恒定律可知mg(x3x1)=12mf(x4-x2)2即g(x3x1)=f2(4)根据动能定理得(mgFf)h=12mv2可得v所以Ff=mgmk。2.答案:(1)2.050(2)A(3)m1×lOA=m1×lOB+m2解析:(1)游标卡尺的主尺读数为20mm,游标尺读数为0.05×10mm=0.50mm,则最终读数为20.50mm=2.050cm。(2)由运动学公式有v02=2al,所以v∝(3)根据实验过程,只打击壹元硬币时,可以求碰撞前的速度v02=2a×lOA。让壹元硬币撞击伍角硬币时,由滑行的距离分别可以求出碰撞后的速度:v12=2a×lOB,v22=2a×lO'C。若碰撞前后动量守恒则有m1v0=m1v1+m2v2,代入后整理得m1×lOA=m13.答案:(1)6.046.05(2)3(3)48.6解析:(1)根据题意Δl3=l6l3=6.04cm;压缩量的平均值Δl=Δl(2)根据题意上述Δl(3)根据胡克定律,弹簧的劲度系数k=3mgsinθΔ4.答案:(1)5.6701.050(2)①2.4②0.580.60在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒③9.7解析:(1)5.5mm+17.0×0.01mm=5.670mm,注意读可动刻度时要估读一位;游标卡尺读数1cm+10×0.05mm=1.050cm。(2)由瞬时速度与平均速度的关系式得v5=v=x4~62T=2.4m/s,ΔEk=12(m1+m2)v52=0.58J,重物m1上升h5=60.00cm=0.60m,重物m2下降0.60m,系统重力势能的减少量ΔEp=m2gh5m1gh5=0.60J。在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。由上述分析可得系统机械能守恒表达式为12(m1+m2)v2=(m2m1)gh,得v22=m2-m1m5.答案:(1)B(2)m1gx124h+m2解析:(1)根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能等于两球得到的初动能之和,而要求解初动能必须还要知道两球弹射的初速度v0,由平抛运动规律可知v0=x2hg,故还需要测出两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、(2)小球被弹开时获得的动能Ek=12故弹性势能的表达式为Ep=12m1v12+1(3)如果满足关