1、实验题专项2 力学综合(二)
1．某同学为了验证碰撞过程中动量守恒，设计了如图甲所示的实验装置，斜面体固定在水平面上与一小段水平轨道平滑连接，P为可视为质点的物块，Q为放在气垫导轨上左边水平右边竖直的“”形滑块，滑块左侧上表面与左侧的水平轨道平齐，上方装有挡光片。实验时进行了如下的操作：
物块P由距离Q左侧上表面h高处在斜面体上由静止释放，与Q碰后黏合为一体，黏合体经过光电门时挡光片的挡光时间为t。P的质量为m，Q、橡皮泥和挡光片的总质量为M，挡光片的宽度为d，重力加速度为g，一切摩擦均可忽略不计。
回答下列问题：
甲 乙
(1)实验时该同学首先用螺旋测微器测
2、量挡光片的宽度，示数如图乙所示，则螺旋测微器的读数为________ mm；
(2)如果该碰撞过程中动量守恒，只需要满足h＝________(用已知量和测量量表示)；
(3)该同学利用图象法分析得出了实验结论，图象纵轴为h、横轴为，如果碰撞过程中动量守恒，则图线的特点是________。
[解析] (1)螺旋测微器的读数为d＝2 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。(2)物块下滑到斜面体末端的速度为v0＝，物块与Q通过光电门时的速度为v＝，若碰撞过程动量守恒，则有mv0＝(m＋M)v，即m＝(M＋m)，整理得h＝。(3)由(2)中分析可知，h与成正比，则图线是一条过原点的倾
3、斜直线。
[答案] (1)2.150 (2)
(3)图线为一条过原点的倾斜直线
2．某同学采用如图1所示的单摆装置验证机械能守恒定律。实验时将摆线的上端连接在拉力传感器上，下端系一质量为m＝0.1 kg的小球，球心到摆线悬挂点的距离为L＝1.0 m。实验时将小球从离最低点高度h＝0.2 m处由静止释放，在小球摆动过程中，拉力传感器测得的拉力随摆动时间的变化关系如图2所示，重力加速度g取9.8 m/s2。
图1 图2
(1)当小球第一次摆动到最低点时，小球动能的增加量为ΔEk＝________ J；
(2)观察图2中拉力峰值随时间的变化关系，可知在小球摆动的过程中
4、小球的机械能________(选填“逐渐增大”“始终不变”或“逐渐减小”)；
(3)定义δ＝×100%，若δ<5%，即可证明小球在摆动过程中机械能守恒，则在小球第一次摆动到最低点的过程中，小球的机械能是否守恒？________(选填“是”或“否”)。
[解析] (1)由题图2可知，当小球第一次摆动到最低点时，摆线对小球的拉力大小为F＝1.36 N，设小球摆动到最低点时的速度大小为v，由牛顿第二定律可得F－mg＝m，此过程中小球动能的变化量ΔEk＝mv2，两式联立并代入数据求解可得ΔEk＝0.19 J。(2)从题图2中可以看出，摆线对小球的拉力F逐渐减小，由F－mg＝m可知小球摆动到最低点
5、时的动能也逐渐减小，说明小球在摆动过程中要克服阻力做功，故小球的机械能逐渐减小。(3)由题意可知，当小球第一次摆动到最低点时，小球重力势能的减少量为ΔEp＝mgh，代入数据解得ΔEp＝0.196 J，故δ＝×100%≈3.06%<5%，故可证明小球在第一次摆动到最低点的过程中，小球的机械能守恒。
[答案] (1)0.19 (2)逐渐减小 (3)是
3．(2021·东北三省四城市联考)如图甲所示，一个带有凹槽的圆盘，其凹槽宽度略大于纸带宽度，圆盘绕水平轴在竖直面内转动，用该装置可测圆盘转动的角速度。操作如下：
①打点计时器固定在水平桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器，然后固定在圆盘的凹槽内
6、
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置让圆盘转动，使纸带卷在圆盘上；
③停止圆盘转动，切断电源，取下纸带，进行测量。
甲
请回答下列问题：
(1)实验中的电磁打点计时器应采用图乙中的________(填“A”或“B”)接法。
乙
丙
(2)在纸带上标记若干个计数点并测量它们的间距如图丙所示，相邻计数点间的时间间隔为T，测得圆盘直径为d，槽深为h，则打下点B时，圆盘转动的角速度的表达式为ω＝________________(忽略纸带厚度带来的影响)。
(3)由于纸带具有一定的厚度，会使角速度的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
[解析] (1)电磁打点计时器使用低压交流电源，故应采用图乙的B接法。(2)纸带打下B时的瞬时速度vB＝，而同一条纸带上各点瞬时速度均相等，此时纸带绕圆盘轴做圆周运动的半径R＝－h，所以此时圆盘转动的角速度ω＝＝。(3)由于纸带有一定厚度，故所测圆周运动的半径小于真实值，所以角速度的测量值偏大。
[答案] (1)B (2) (3)偏大
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