1、高考物理高考物理力学实验综合一（必修力学实验综合一（必修二二）专项练习专项练习 1.某同学在做平抛运动实得出如图 8 所示的小球运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出则： (g取 10 m/s 2)(1)小球平抛的初速度为_ m/s.(2)小球开始做平抛运动的位置坐标为_ cm. y _ cm.(3)小球运动到b点的速度为_ m/s. 【答案】 ：(1)2m/s (2) -10 -1.25 (3)2.5 【解析】:(1)本题要注意 a 点不一定是小球的抛出点，所以小球从 a 点向下的运动在竖直方向不一定是自 由落体；假设 a、b、c、3 点的时间间隔为“T”对小球在竖直方向分析： 2
2、 gTs s g s T1 . 0 10 10)1020( 2 ； 在水平向对小球研究Tvx. 0 ；sm T x v/2 1 . 0 1020 2 0 ； (2)选择 ac 段在竖直方向分析， 平均速度等于中间时刻的瞬时速度： by AC AC vsm T x v /5 . 1 1 . 02 1030 2 2 设从抛出点到 b 的时间为 t 则：gtvby；st15. 0 10 5 . 1 ； 抛出点到 b 点的水平位移cmtvxb3015. 02. 0 ； b 点的水平坐标为 20cm。 所以抛出点水平坐标为-10； 抛出点到 b 点的竖直位移cmgtyb25.1115. 010 2 1
3、2 1 22 ；b 点的竖直坐标为 10cm。所以抛出点竖 直坐标为-1.25cm； (3)smvvv bybxb /5 . 25 . 12 2222 2.（2019北京）用如图1所示装置研究平地运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球 沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时， 钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹 点。 （1）下列实验条件必须满足的有_。 A斜槽轨道光滑 B斜槽轨道末段水平 C挡板高度等间距变化 D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 （2）为定量研
4、究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。 a取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_（选填“最上端”、“最下端” 或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_（选填“需要”或者“不需要”）y 轴与重锤线平行。 b若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB 和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则 1 2 y y _ 1 3 （选填“大于”、 “等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为_（已知当地重力加速度为g， 结果用上述字母表示）。 （3）为了得到平抛物体的运动
5、轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_。 A从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹 B用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动 轨迹 C将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上 留下笔尖的平抛运动轨迹 （4）伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能 射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_。 A在水平方向上做匀速直线运动 B在竖直方向上做自由落体运动 C在下落过程中机械能守恒 （5）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，
6、速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够 大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。 同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因。 【答案】（1）BD （2）a球心 需要 b大于 21 g x yy （3）AB （4）B （5）物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力重力，做平抛运动；随着物体初速度增大 运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为地球 卫星。 【解析】： （1）实验时必须保证每次小球的初速度是水平的，且每次小球的初速度大小是相等的；挡板的存在是为 了记录小球的落
7、点，因此每次挡板下落的高度不一定相同；故BD 对； （2）钢球在竖直方向做初速度为0的匀加速，如果A点为起点则根据连续相等时间间隔内的位移比为1：3： 5：7.，则y1：y2=1：3；否则可能为3：5或5：7等.将大于1：3；又因为) 1.( 0 t x v )2.( 2 12 tgyy 联立1、2式可得： 12 0 yy g v ； （3）笔尖的运动受到摩擦力故不属于平抛运动； （4）从同一炮台水平发射的炮弹，在空中飞行的时间都一样。在竖直方向 g h t 2 ，说明物体在竖直方 向做自由落体； （5）见答案 3.(2018廊坊模拟)某同学做探究合力做的功和物体速度变化的关系的实验装置如图甲
8、所示，小车在橡皮 筋的作用下弹出，沿木板滑行。用 1 条橡皮筋时对小车做的功记为W。当用 2 条、3 条完全相同的橡皮筋 并在一起进行第 2 次、第 3 次实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。实验中小车获得的速 度由打点计时器所打的纸带测出。 (1)木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在 的位置，下列说法正确的是_。 A橡皮筋仍处于伸长状态 B橡皮筋恰好恢复原长 C小车紧靠着打点计时器 D小车已超过两个铁钉的连线 (2)如图乙所示是某次操作正确的情况下，在频率为 50 Hz 的电源下打点计时器记录的一条纸带，为了 测量小车获得的速度，应
9、选用纸带的_(选填“AF”或“FI”)部分进行测量，速度大小为 _m/s。 (3)通过该实验的正确操作和正确处理数据，应该得出合力做的功W和物体速度v变化的关系是 _(用本问中的字母表达)。 【答案】 ： (1)A (2)FI 0.76 (3)Wv 2 【解析】 ： (1)平衡摩擦力后，橡皮筋的拉力等于小车受到的合力，橡皮筋做功完毕，小车的速度最大。 若不进行平衡摩擦力操作，则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时，速度最大，本题中木板水平放置，显然没有 进行平衡摩擦力的操作，因此当小车的速度最大时，橡皮筋仍处于伸长状态，故 B、C、D 错误，A 正确。 (2)小车在橡皮筋的作用下做加速运动，橡皮筋做功完
10、毕，则速度达到最大，此后做匀速运动，因此匀 速时的速度，即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带点距均匀的部分进行测 量，即FI，所以速度为v0.015 2 0.02 m/s0.76 m/s。 (3)由动能定理可知，合力做的功应等于物体动能的变化量，所以W与v 2成正比，即 Wv 2。 4.某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图甲中小车是在 1 条橡皮筋作用下弹出， 沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为W。当用 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、 第 3 次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打
11、点计时 器所打的纸带测出。 甲 (1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、_(填测量工具)和_(填“交流”或“直 流”)电源。 (2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是 ( ) A放开小车，能够自由下滑即可 B放开小车，能够匀速下滑即可 C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可 (3)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图乙中纸带的 _部分进行测量。 乙 【答案】 ： (1)刻度尺 交流 (2)D (3)GK 【解析】 ： (1)为测量小车获得的速度，必
12、须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须 使用交流电源。 (2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力。根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平 衡掉了摩擦力。 (3)应该选用纸带上小车做匀速运动部分进行测量，此时小车的速度最大，即GK部分。 5.(2017北京理综21)如图所示，用质量为m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_(选填选项前的字母)。 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，正确操作方法是_(选填选项前的字母)
13、。 A把长木板右端垫高 B改变小车的质量 在不挂重物且_(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明 已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。 A计时器不打点 B计时器打点 (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O。在纸带上依次取 A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、 x2、x3如图 2 所示。 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O点到打B点的过程中，拉力 对小车做的功W_，打B点时小车的速度v_。 (4)以v 2为纵坐标，W 为横坐标，利
14、用实验数据作出如图 3 所示的v 2 W 图象。由此图象可得v 2随 W变化的 表达式为_。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v 2这个因子；分析实验结果的单位关系， 与图线斜率有关的物理量应是_。 (5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上 分析，图 4 中正确反映v 2 W 关系的是_。 【答案】 ： (1)B (2)A B (3)mgx2 x3x1 2T (4)v 24.7W(4.5W5.0W 均认为正确) 质量 (5)A 【解析】 ：(1)打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源。 (2)平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右
15、端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包 含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求。 (3)由做功公式知：Wmgx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知，B点速度 等于AC段的平均速度，vBx 3x1 2T 。 (4)根据图线，关系式写为v 2kWb，在直线上取两点，如(1.4102，0.07)(8102,0.38)，代入上式， 解得k4.7，b0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v 24.7W。把功的单位用基本单位表示， 1 J1 Nm1 kgm 2s2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为 kg1，故与图线斜率有
16、关的物理量 应是质量。 (5)若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力， 由mg(Mm)a和FMa 知F M Mmmg， 由动能定理得： 1 2mv 2Fx，v22F m x 2Mg Mmx， 而Wmgx， 则实际v 2 W 图线的斜率k 2M Mmm，重物质量 m与小车质量M不变，速度虽然增大，但斜率不变，选 项 A 正确。 6.某探究学习小组的同学欲验证“动能定理” ，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到 了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、滑块、细沙。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮 挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状
17、态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则： (1)你认为还需要的实验器材有_。 (2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条 件是_，实验时首先要做的步骤是 _ _。 (3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M，往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶 的总质量m， 让沙桶带动滑块加速运动， 用打点计时器记录其运动情况， 在打点计时器打出的纸带上取两点， 测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为 _ (用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)。 【答案】 ： (1)刻度
18、尺、天平(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力(3)mgL1 2M(v 2 2v 2 1) 【解析】 ： (1)实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，故还要天平和刻度尺。 (2)沙和沙桶加速下滑，其对细线的拉力小于重力，设拉力为FT，根据牛顿第二定律得，对沙和沙桶mg FTma，对滑块FTMa，解得FT Mmg Mm，故当 mM时，有FTmg；实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力。 (3)合力做的功为mgL， 实验探究合力做的功与动能变化的关系， 所以本实验最终要验证的数学表达式为mgL 1 2M(v 2 2v 2 1)。 7.(2018广州模拟)用如图甲所示的实验
19、装置完成“探究动能定理”实验。请补充完整下列实验步骤的相 关内容： (1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的 示数如图乙所示，其读数为_cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离x； (2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门 B的时间相等； (3)取下细线和砝码盘，记下_(填写相应物理量及其符号)； (4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时 间tA和tB； (5)步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程
20、合外力做的总功W合_，小车动能变化量Ek _(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W合和Ek的值，找出两者之间的关系； (6)重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)(5)步骤。 (7)本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是_。 A尽量减小两光电门间的距离x B调整滑轮，使细线与长木板平行 C砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 【答案】 ： (1)0.520 (3)砝码盘中砝码的质量m (5)(mm0)gx 1 2M d tB 21 2M d tA 2 (7)B 【解析】 ： (1)由于游标卡尺是 20 分度，所测遮光片的宽度应是主尺读数与游标尺两读数之和，
21、即 5 mm 40.05 mm5.20 mm0.520 cm。 (3)在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门 B的时间相等， 这一步目的是使取下细线和砝码盘后小车运动所受合外力等于砝码和砝码盘的重力(mm0)g， 所以当取下细线和砝码盘时，记下砝码盘中砝码的质量m。 (5)小车从光电门A下滑至光电门B过程中合外力做的总功W合(mm0)gx， 小车动能变化量Ek1 2M d tB 21 2M d tA 2，比较 W合和Ek的值，找出两者之间的关系。 (7)尽量减小两光电门间的距离x，会增大误差，选项 A 错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，这样
22、细线 拉力等于小车做加速运动时受到的合外力，有利于减小误差，选项 B 正确；本实验没有用砝码和砝码盘的 重力代替细线的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，选项 C 错误。 8.(2018湖南长德模拟)某学习小组用图甲所示的实验装置探究“动能定理” 。他们在气垫导轨上安装了一 个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬 挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。 (1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d_mm。 (2)下列实验要求中不必要的一项是_(请填写选项前对应的字母)。 A应使滑块质量远大于钩码和力传感器的
23、总质量 B应使A位置与光电门间的距离适当大些 C应将气垫导轨调至水平 D应使细线与气垫导轨平行 (3)实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮 光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数 据时应作出的图象是_(请填写选项前对应的字母)。 A作出“t F图象” B作出“t 2 F 图象” C作出“t 2 1 F图象” D作出“1 t F 2图象” 【答案】C 【解析】 ：(1)由读数规则可知读数为 2.0 mm0.056 mm2.30 mm。 (2)因为拉力传感器直接测出拉力，故不需要使滑块质
24、量远大于钩码和力传感器的总质量，A 错误；应 使A位置与光电门间的距离适当大些以便减小误差，故 B 正确；应将气垫导轨调至水平，使摩擦力为零， 故 C 正确；应使细线与气垫导轨平行，保证合外力为细绳拉力，故 D 正确。所以不必要的一项是 A。 3)由实验原理FL1 2mv 21 2m d t 21 2m d 2 t 2，可知应作(出“t 2 1 F图象” ，故 C 正确。 9.（2017天津卷）如图甲所示，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。 (1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。 A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限
25、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，撤手释放重物 (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，如图乙所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O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_。 乙 AOA、AD和EG的长度 BOC、BC和CD的长度 CBD、CF和EG的长度 DAC、BD和EG的长度 【答案】 ： (1)AB (2)BC 【解析】 ： (1)A 对：验证机械能守
26、恒定律时，为降低空气阻力的影响，重物的质量和密度要大。 B 对：为减小纸带与打点计时器间的摩擦，两限位孔要在同一竖直平面内上下对正。 C 错：验证机械能守恒定律的表达式为mgh1 2mv 2，重物的质量没必要测量。 D 错：应用手提住纸带让重物稳定而不是用手托住重物使其稳定。 (2)利用纸带数据，根据mgh1 2mv 2 即可验证机械能守恒定律。要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对 应的速度，选项 A、D 的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；选项 B 的条件符合要求，可以取重物 下落OC时处理；选项 C 中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知C、F间的距离，可以利用1 2mv 2 21
27、2mv 2 1mg h验证机械能守恒定律。 10.（2016北京理综）利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。 (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_。 A动能变化量与势能变化量 B速度变化量和势能变化量 C速度变化量和高度变化量 (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使 用的两种器材是_。 A交流电源 B刻度尺 C天平(含砝码) (3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、 C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。 已知当地重力加速度为g，
28、打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中， 重物的重力势能变化量Ep_，动能变化量Ek_。 乙 (4) 大 多 数 学 生 的 实 验 结 果 显 示 ， 重 力 势 能 的 减 少 量 大 于 动 能 的 增 加 量 ， 原 因 是 _。 A利用公式vgt计算重物速度 B利用公式v 2gh计算重物速度 C存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h， 计算对应计数点的重物速度v，描绘v 2 h 图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落
29、过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确的。 【答案】 ： (1)A (2)AB (3)mghB 1 2m hChA 2T 2(4)C (5)不正确，理由见解析 【解析】 ： (1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间 的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A 项正确。 (2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选 A，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选 B，根 据mgh1 2mv 20 可将等式两边的质量抵消，不需要天平，故选 A、B。 (3)重物的重力势能变化量为EpmghB，动能的变化量Ek1 2mv 2 B1 2m h
30、ChA 2T 2 (4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响， C 正确。 (5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力F阻恒定，根据mghF阻h1 2mv 20，则 v 2 2 gF 阻 m h可知，v 2 h 图象就是过原点的一条直线。要想通过v 2 h 图象的方法验证机械能是否守恒，还 必须看图象的斜率是否接近 2g。 11.(2018 兰州诊断)用如图所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律。 在气垫导轨上安装了两光电门 1、 2， 在滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。 (1)在调整气垫导轨水平时，滑块
31、不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左 端运动，发现滑块通过光电门 1 的时间小于通过光电门 2 的时间。下列选项中能够实现调整导轨水平的措 施是_。 A调节P使轨道左端升高一些 B调节P使轨道左端降低一些 C遮光条的宽度应适应大一些 D滑块的质量增大一些 (2)实验时，测得光电门 1、2 间的距离为L，遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为 m，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间间隔为t，则计算滑块通过光电门速度的表达式为 _，若用v1、v2分别表示通过光电门 1、2 的速度，则系统机械能守恒成立的表达式为 _ _。 【答案】 ： (1)A (2
32、) d t mgL1 2(mM)v 2 11 2(mM)v 2 2 【解析】 ： (1)题述“滑块通过光电门 1 的时间小于通过光电门 2 的时间” ，说明滑块做加速运动，气垫导 轨左端较低，能够实现气垫导轨水平的措施是：调节P使轨道左端升高一些，选项 A 正确，选项 B 错误； 选项 C 中遮光条的宽度适当大一些，选项 D 中滑块的质量增大一些，都不能实现气垫导轨水平，选项 C、D 错误。 (2)遮光条的宽度为d，通过光电门的时间间隔为t，根据速度的定义，滑块通过光电门速度的表达式为v d t。根据机械能守恒定律， 钩码重力势能的减少量 mgL等于系统动能的增加量， 即mgL1 2(mM)v
33、 2 11 2(m M)v 2 2。 12.某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点， 光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释 放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取vd t作为钢球经过 A点时的速度。记录钢球每次 下落的高度h和计时器示数t， 计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小 Ek，就能验证机械能是否守恒。 (1)Epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之 间的竖直距离。 A钢球在A点时的顶端 B钢球在A点
34、时的球心 C钢球在A点时的底端 (2)用Ek1 2mv 2计算钢球动能变化的大小， 用刻度尺测量遮光条宽度， 示数如图所示， 其读数为_cm。 某次测量中，计时器的示数为 0.010 0 s，则钢球的速度为v_m/s。 (3)下表为该同学的实验结果： Ep(10 2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 Ek(10 2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他发现表中的Ep与Ek之间存在差异， 认为这是由于空气阻力造成的。 你是否同意他的观点？请说明理由。 (4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。 【答案】 ： (1)B (2)1.50 1.50
35、 (3)不同意 理由见解析 (4)见解析 【解析】 ： (1)钢球下落高度h，应测量释放时钢球球心到钢球在A点时的球心之间的竖直距离，故选 B。 (2)遮光条的宽度d1.50 cm，钢球的速度vd t1.50 m/s。 (3)不同意，因为空气阻力会造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep。 (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算Ek时，将v折算成钢球的速度vl Lv。 13为了“验证机械能守恒定律” ，某学生想到用气垫导轨和光电门及质量为m的小车来进行实验，如图甲 所示，他将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上的两点处分别安装光电门A和B， 然后将小车从导轨上端释放，
36、光电门自动记录小车经过A、B光电门时，车上挡光片的挡光时间t1、t2， 用游标卡尺测得挡光片宽度为d。 (1)要验证小车在运动过程中机械能守恒，还必须测出_。 (2)本实验验证机械能守恒定律的原理式为_(用上面已知测量量和还必须测 出的物理量的符号表示)。 【答案】 ： (1)两光电门之间的距离l (2)2gHl L d t2 2 d t1 2 【解析】 ： (1)根据v 2v2 02ax可知，还需要测出两光电门之间的距离l。 (2)重力势能的减少量Epmglsin mglH L， 动能增加量E k1 2mv 2 21 2mv 2 11 2m d t2 21 2m d t1 2， 需要验 证E
37、pEk，可得需要验证的表达式为 2gHl L d t2 2 d t1 2。 14(2018辽宁铁岭模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示， 将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小球正下方固定一红外线计时器，能自动记录 小球挡住红外线的时间t0，改变小球下落高度h，进行多次重复实验。 (1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d_mm； (2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象( ) Ah t图象 Bh 1 t图象 Ch t 2图象 Dh 1 t 2图象 (3)经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量1 2
38、mv 2 总是稍小于重力势能减少量mgh，你认为增加释放高 度h后，两者的差值会_(选填“增大” “缩小”或“不变”)。 【答案】 ： (1)17.805(17.80417.806) (2)D (3)增大 【解析】 ： (1)螺旋测微器的固定刻度为 17.5 mm，可动刻度为 30.50.01 mm0.305 mm，所以最终读数 为 17.5 mm0.305 mm17.805 mm； (2)若减少的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有mgh1 2mv 2，即有 hd 2 2g 1 t 2 为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，所以应作h 1 t 2图象，故选 D； (3)经正确
39、的实验操作，小明发现小球动能增加量1 2mv 2 总是稍小于重力势能减少量mgh，是由于空气阻力对 实验有影响，并且在增加释放高度h后，两者的差值会增大。 15.(2016全国甲卷22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置 在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向 左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。 (1)实验中涉及下列操作步骤： 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是_(填入
40、代表步骤的序号)。 (2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的 频率为 50 Hz。由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s。 比较两纸带可知，_(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。 【答案】 ： (1) (2)1.29 M 【解析】 ： (1)实验时首先向左推物块使弹簧压缩，测量出弹簧压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打 点计时器电源，待打点稳定后，再松手释放物块，故正确的操作顺序是。 (2)物块脱离弹簧后将在光滑水平桌面上做匀速直线运动，由M纸带可知物块脱离弹簧时的速度vx t 2.582.5710 2 20.02 m/s1.29 m/s。比较M、L两纸带，物块脱离弹簧后在相同时间内的位移M的比L的 大，则M纸带对应的那次实验中物块在脱离弹簧后的速度大，即M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性 势能大。