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2021届高考物理二轮复习 实验题专项练2 力学实验

2021届高考物理二轮复习 实验题专项练2 力学实验

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实验题专项练2　力学实验
1．某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。

(1)实验中必要的措施是________。
A．细线必须与长木板平行
B．先接通电源再释放小车
C．小车的质量远大于钩码的质量
D．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm，则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果均保留两位有效数字)

解析：(1)为了让小车做匀加速直线运动，应使小车受力恒定，故应将细线与木板保持水平，同时为了打点稳定，应先接通电源再释放小车，故A、B正确；本实验中只是研究匀变速直线运动，故不需要让小车的质量远大于钩码的质量，只要能让小车做匀加速运动即可，故C错误；由C的分析可知，只要摩擦力恒定即可，不需要平衡摩擦力，故D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＝5×0.02 s＝0.1 s，
根据逐差法可知，物体的加速度
a＝
＝×10－2 m/s2＝0.80 m/s2，
打B点时小车的速度等于小车在AC段的平均速度，则vB＝＝ m/s＝0.40 m/s。
答案：(1)AB　(2)0.80　 0.40
2．(1)光电门两侧的光电孔内分别安装了红外线的发光管和接收管，当挡光片经过光电门时，记下光电门挡光时间Δt。若挡光片的宽度为d，则挡光片经过光电门的平均速度为__________，这个速度可以被看作瞬时速度的条件是________________________
(2)在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，光电门用来测量摆锤经过不同位置的瞬时速度，实验装置如图(a)所示。

①关于在这个实验中光电门的使用，下列说法正确的是________。
A．调节摆线长，使摆锤摆动时摆线能通过光电孔
B．测量中，光电门始终固定在某个确定的位置
C．摆锤释放器的位置要随光电门的位置变化而作相应的调整
D．每次改变光电门的位置，要用测平器使光电门的光电孔与所测点位于同一水平线
②在某次实验数据基础上，作出的摆锤在下摆过程中动能、重力势能随高度h变化的图像如图(b)所示，则其中________(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)是摆锤动能随高度h变化的图线，该图线斜率大小等于________。

解析：(1)挡光片经过光电门的平均速度为，这个速度可以被看作瞬时速度的条件是时间足够短，即挡光片的宽度足够小。
(2)①摆线长应调整到使摆锤在摆动时能通过光电孔，故A错误；测量中，光电门不一定固定在某个确定的位置，在适当位置即可，故B错误；摆锤释放器的位置不需要随光电门位置的变化而作相应的调整，故C错误；每次改变光电门的位置，要用测平器使光电门的光电孔与所测点位于同一水平线，故D正确。
②摆锤动能随高度h的增大而减小，动能转化为重力势能，故动能随高度h变化的图线是Ⅰ，由机械能守恒定律得ΔEk＝mgΔh，故图像斜率大小代表摆锤重力。
答案：(1)　挡光片的宽度足够小
(2)①D　②Ⅰ　摆锤的重力
3．2019年9月，我国成功完成了76 km/h高速列车实车对撞实验，标志着我国高速列车被动安全技术达到了世界领先水平。某学习小组受此启发，设计了如下碰撞实验，探究其中的能量损耗问题，实验装置如图甲所示。
实验准备了质量分别为0.20 kg、0.20 kg、0.40 kg的滑块A、B、C，滑块A右侧带有自动锁扣，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连，滑块B、C左侧均带有自动锁扣，打点计时器的电源频率f＝50 Hz。
调整好实验装置后，在水平气垫导轨上放置A、B两个滑块，启动打点计时器，使滑块A以某一速度与静止的滑块B相碰并黏合在一起运动，纸带记录的数据如图乙所示；用滑块C替代滑块B，重复上述实验过程，纸带数据如图丙所示。
根据纸带记录的数据，滑块A与B碰撞过程系统损失的动能为________ J，滑块A与C碰撞过程系统损失的动能为________ J。(计算结果均保留两位有效数字)
根据实验结果可知，被碰物体质量增大，系统损失的动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

解析：根据题图乙、题图丙纸带可得滑块A在碰撞前的速度为vA＝ cm/s＝3.0 m/s，根据图乙纸带可知滑块A与滑块B黏合后的速度vAB＝ cm/s＝1.5 m/s，根据图丙纸带可知滑块A与滑块C黏合后的速度vAC＝ cm/s＝1.0 m/s，则滑块A与B碰撞过程系统损失动能为mAv－(mA＋mB)v＝0.45 J，滑块A与C碰撞过程系统损失动能为mAv－(mA＋mC)v＝0.60 J。由实验的计算结果可知，被碰物体质量越大，系统损失的动能越大。
答案：0.45　0.60　增大
4．某同学设计了如图(a)所示的装置来研究机械能是否守恒。轻质细线的上端固定在O点，下端连接圆柱形的摆锤P，在摆锤摆动的路径上，固定了四个光电门A、B、C、D。实验时，分别测出四个光电门到悬点O的高度差h，从某一高度释放摆锤，利用光电门测出摆锤经过四个光电门的速度。重力加速度为g。

(1)利用光电门测量速度时，可以测量摆锤的直径作为________________。若摆锤直径的测量值比实际值偏小，则摆锤动能的测量值比实际值________________。
(2)该同学认为：测得摆锤的质量为m，可由公式Ep＝－mgh计算出摆锤在A、B、C、D四个位置的重力势能。他这样计算重力势能的依据是___________________________________ ______________________________________________________________________________。
(3)另一同学在得到摆锤经过四个光电门的速度v和光电门距离悬点O的高度差h后，作出如图b)所示的v2­h图线。若摆动过程中机械能守恒，则该直线的斜率为________。决定图线与纵轴交点位置的因素有_______________________________________________________ ______________________________________________________________________________。
解析：(1)利用光电门测量速度时，v＝，则可以测量摆锤的直径作为挡光片宽度。若摆锤直径的测量值比实际值偏小，则测得的摆锤的速度偏小，则摆锤动能的测量值比实际值偏小。
(2)该同学认为：测得摆锤的质量为m，可由公式Ep＝－mgh计算出摆锤在A、B、C、D四个位置的重力势能。他这样计算重力势能的依据是选取经过O点的水平面为零势能面。
(3)选取经过O点的水平面为零势能面，设摆锤释放位置距离悬点O的高度为H，初速度为v0，则mv－mgH＝mv2－mgh，则v2＝2gh＋(v－2gH)，则v2­h图线的斜率为k＝2g，图线与纵轴交点坐标为(v－2gH)，则决定图线与纵轴交点位置的因素为摆锤释放位置距离悬点的高度H和初速度v0[或因(v－2gH)＝，则决定图线与纵轴交点位置的因素为机械能的总量与质量的比值]。
答案：(1)挡光片宽度　偏小　(2)选取经过O点的水平面为零势能面　(3)2g　摆锤释放位置距悬点O的高度和初速度(或机械能的总量与质量的比值)