【金版教程】（全国通用）2022高考物理二轮复习 新题重组练专题五　物理实验12b

【金版教程】（全国通用）2022高考物理二轮复习新题重组练专题五　物理实验12bZ专题检测•素能提升1.[2022·武汉武昌调研]为了验证机械能守恒定律，某同学使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器M通过G1、G2光电门时，光束被滑行器M上的挡光片遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门中心间的距离为x，牵引砝码的质量为m，细绳不可伸长且其质量可以忽略，重力加速度为g。该同学想在水平的气垫导轨上，只利用以上仪器，在滑行器通过G1、G2光电门的过程中验证机械能守恒定律，请回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺母，使气垫导轨水平。请在以下空白处填写实验要求。在不增加其他测量器材的情况下，调水平的步骤是：取下牵引砝码m，接通气垫导轨装置的电源，调节导轨下面的螺母，若滑行器M放在气垫导轨上的任意位置都能保持静止，或者轻推滑行器M，M分别通过光电门G1、G2的时间________，则导轨水平；(2)当气垫导轨调水平后，在接下来的实验操作中，以下操作合理的是________；A.挡光片的宽度D应尽可能选较小的B.选用的牵引砝码的质量m应远小于滑行器和挡光片的总质量MC.为了减小实验误差，光电门G1、G2的间距x应该尽可能大一些D.用来牵引滑行器M的细绳可以与导轨不平行(3)在每次实验中，若表达式________(用M、g、m、Δt1、Δt2、D、x表示)在误差允许的范围内成立，则机械能守恒定律成立。[解析]　本题考查利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒定律的实验，意在考查考生对机械能守恒定律的理解，以及对该实验的掌握情况。(1)由题意可知M分别通过两个光电门的时间相等，即表示轨道水平。(2)由题意可得，挡光片越小，速度计算越精确，选项A正确；考虑到m的作用，不需要m远小于M，选项B错误；光电门间距更大一些，距离测量误差会减小，速度差距更大，误差会减小，选项C正确；牵引滑行器的细绳应当与导轨平行，选项D错误。(3)要使机械能守恒，以M和m为研究对象，可知需要公式mgx＝(M＋m)()2－(M＋m)()2成立。[答案]　(1)(在误差允许的范围内)相等(2)AC11\n(3)mgx＝(M＋m)()2－(M＋m)()22．[2022·天津高考]某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些________。(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)。A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：________。(4)他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)。A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力[解析]　(1)计算小车的动能变化需用天平测质量；在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需用刻度尺测距离。(2)只有绳与板面平行时，才能保证小车运动中与板面间的压力不变，才能保证小车所受摩擦力不变，才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力，故D正确。(3)要增加纸带上所打下点的数目，只有减小小车运动的加速度。在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量，即在车上增加砝码或钩码。(4)当将钩码重力作为小车所受合力时，需满足几个条件：一是摩擦力被平衡，二是绳与板面平行，此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力，但车加速运动时钩码加速下降，钩码重力大于绳上拉力，则只有当钩码质量远小于小车质量时二者才近似相等，故此情况可能是由C、D原因造成的。[答案]　(1)刻度尺、天平(包括砝码)　(2)D　(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)　(4)CD11\n3.现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图。(1)若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为________。动能的增加量可表示为________。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为＝________。(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的s与t值，结果如表所示：12345s/m0.6000.8001.0001.2001.400t/ms8.227.176.445.855.43/×104s－21.481.952.412.923.39以s为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k＝________×104m－1·s－2(保留3位有效数字)。11\n由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出－s直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。[解析]　(1)当滑块运动到B点时下降高度设为h′，此时砝码上升的高度为s，由几何关系可知h′＝，故系统减少的重力势能为ΔEp＝Mgh′－mgs＝。由于系统从静止开始运动，运动至B点时的速度vB＝，故动能的增加量ΔEk＝(M＋m)v＝。由ΔEp＝ΔEk可解得＝。(2)描点及作直线见图。11\n在图中直线上取相距较远的两点，读出两点坐标，由k＝可得k＝2.40×104m－1·s－2。[答案]　(1)　　(2)描点与作图见解析　2.404．[2022·石家庄二模]某同学设计了一个如图甲所示的装置来测定滑块与木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C处是钩码，不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦。实验中该同学保持在B和C处钩码总个数不变的条件下，改变C处钩码个数，测出C处不同个数钩码的总质量m及对应加速度a，然后通过对实验数据的分析求出滑块与木板间的动摩擦因数。甲11\n　乙(1)该同学手中有电火花计时器、纸带、10个质量均为100克的钩码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还需要________。A．秒表　　　　　　　B．毫米刻度尺C．天平D．弹簧测力计(2)在实验数据处理中，该同学以C处钩码的总质量m为横轴，以加速度a为纵轴，绘制了如图乙所示的实验图线，可知滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________。(g取10m/s2)[解析]　(1)因为要测计时器打出纸带的长度，所以要用毫米刻度尺，选B。(2)由乙图知图象纵截距为－3m/s2，所以有μg＝3⇒μ＝＝0.3。[答案]　(1)B　(2)0.35．[2022·陕西调研]某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示。框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐。切断电磁铁线圈中的电流时，小铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小v1和v2。小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组x1和v1的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。11\n甲　乙(1)当地的重力加速度为________。(用k表示)(2)若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______________________。(用题中物理量的字母表示)(3)关于光电门1的位置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差________。A．尽量靠近刻度尺零刻度B．尽量靠近光电门2C．既不能太靠近刻度尺零刻度，也不能太靠近光电门2[解析]　(1)根据机械能守恒有m(v－v)＝mg(x2－x1)可知图乙的斜率表示2g，则k＝2g，故当地的重力加速度g＝。(2)经过光电门1位置时的机械能等于小铁块在此位置的动能和重力势能之和，故E＝mg(x2－x1)＋mv，将g＝代入得E＝mv＋km(x2－x1)。(3)光电门1尽量靠近刻度尺的零刻度，尽量靠近光电门2都不利于测量，选项A、B错，所以C的做法好，选C。11\n[答案]　(1)　(2)mv＋km(x2－x1)　(3)C6．[2022·南昌检测]某实验小组采用如图1所示装置探究钩码和木块组成系统的动能定理。实验中，木块碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为f。用天平测出木块的质量为M，钩码的质量为m。图1　图2(1)在实验操作过程中，小组某些成员认为：A．连接电磁打点计时器的电源应是0～12V的低压直流电源B．实验时，木块与钩码的质量一定要满足M远大于mC．实验时，需要考虑并测量摩擦阻力D．实验时，先接通电源让打点计时器打点，再释放木块让钩码拉着木块拖着纸带运动你认为以上合理的是____________。(填写相应的字母)(2)如图2所示是实验时得到的一条纸带，O、A、B、C、D、E为打点计时器连续打的六个点(O为打下的第一点)。用刻度尺测出O到D的距离为s，则D点的速度为______________。(用s、f表示)(3)木块从静止释放滑行s距离过程中，克服摩擦力做的功为________。(重力加速度为g)[解析]　(1)电磁打点计时器用4～6V的交流电源，A错；因为本实验把钩码和木块组成的系统作为研究对象，所以对二者之间的质量关系没有要求，B错；因为动能定理涉及的是合外力所做的功，所以物块所受摩擦力要考虑并测量，C对；使用打点计时器要保障先打点再移动，否则会损坏振针，D对，选C、D。(2)纸带做匀变速直线运动，初速度为0，(0为打下的第一点)，所以平均速度等于末速度的一半，因此＝vD＝＝⇒vD＝。(3)由动能定理，对钩码、木块有mgs－Wf＝(M＋m)v⇒Wf＝mgs－(M＋m)s2f2。[答案]　(1)CD　(2)　(3)mgs－(M＋m)s2f211\n7．[2022·忻州联考]图甲所示为某实验小组利用气垫导轨来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系的实验装置。实验时，将滑块从图甲所示的位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)得到遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离为x，用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，则：(1)滑块经过光电门1时的速度v1＝________；经过光电门2时的速度v2＝________，滑块的加速度a＝________。(均用题中所给字母表示)(2)若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，其示数为________mm。[解析]　本题考查游标卡尺的测量原理、读数方法以及匀变速直线运动规律的应用等考点，意在考查考生的数据处理能力。滑块上遮光条通过光电门时间很短，可将该过程的平均速度作为瞬时速度，故v1＝，v2＝，由匀变速直线运动的速度－位移关系式可知，a＝。游标卡尺为20分度，精确度为0.05mm，主尺读数为8mm，游标尺第3条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为0.15mm，因此遮光条宽度为8.15mm。[答案]　　　　8.158．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带。从比较清晰的点起，每间隔4个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。求：11\n①从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离x1＝________cm；②该小车的加速度a＝________m/s2。(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s－2)0.691.181.662.182.70①请根据该组实验数据在图丙中作出a－F的关系图象；②11\n根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点的主要原因是______________________________________________________。[解析]　(1)②处理匀变速直线运动过程中所打出的纸带时，求解加速度用公式Δx＝aT2，Δx为连续相邻相等时间内的位移差，T为连续相等的时间间隔，如果每隔4个点取一个计数点，则连续两计数点间的时间间隔为T＝0.1s，代入由题图乙读出的相关数据可得加速度a＝0.2m/s2。(2)①为使图线倾斜程度合适(以与水平方向夹角为45°左右为宜)，确定F的范围从0到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适。确定好刻度，建立坐标，根据数据确定各点的位置，将各点用一条直线连起来，并与坐标轴交于某一点。②图线与纵坐标轴相交而不过原点，说明当不挂砝码时，小车有加速度，即小车受到拉力，从拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在第(2)问的表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。[答案]　(1)①0.70　②0.2　(2)①如图所示(见解析)　②未计入砝码盘的重力11