专题10 实验题专题讲练——力学部分-2019年高考物理北京各区二模真题专题汇编(原卷版)

2019高考北京各区物理二模真题汇编
专题10 实验题——力学部分
1、验证动量守恒定律
【2019顺义二模】
（1）在“验证动量守恒定律”的实验中，将仪器按要求安装好后开始实验，如图所示。

第一次不放被碰小球，直接将入射小球从斜槽轨道上某位置由静止释放；第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，让入射小球仍从斜槽轨道上的同一位置由静止释放。

在白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量分别为m1、m2，则下列说法中正确的有。

A．第一、二次入射小球的落点分别是B、A
B．第二次被碰小球的落点是B
C．入射小球的质量应该小于被碰小球的质量
D．若碰撞过程动量守恒，在误差允许的范围内应满足：m1·AB=m2·OC
【2019丰台二模】
21．（18分）
在“验证动量守恒定律”的实验中，甲、乙两位同学采用了不同的实验方案。

（1）如图1所示，甲同学利用“碰撞实验器”验证动量守恒定律。

①实验中，斜槽轨道末端__________。

（填选项前的字母）
A．必须水平B．要向上倾斜C．要向下倾斜
②若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2。

实验要求m1______m2；r1______r2。

（填“＞”，“＜”或“=”）
③图1中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。

实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。

然后，把被碰小球m2静置于轨道水平部分的末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。

空气阻力忽略不计。

接下来要完成的必要步骤是______。

（填选项前的字母）
A．测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM、ON
F．测量两个小球的半径r1、r2
④若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______________；若碰撞是弹性碰撞，则还可以写出的表达式为______________。

（用③问中测量的量表示）
（2）如图2所示，乙同学利用此装置验证动量守恒定律。

水平气垫导轨（轨道与滑块间摩擦力忽略不计）上装有两个光电计时装置C和D，可记录遮光片的遮光时间；滑块A、B静止放在导轨上。

乙同学按如下步骤进行实验：
a．测量滑块A的质量m A，滑块B的质量m B；
b．测量滑块A的遮光片的宽度d1，滑块B的遮光片的宽度d2；
c．给滑块A一个向右的瞬时冲量，让滑块A与静止的滑块B发生碰撞后，B、A依次通过光电计时装置D；d．待B、A完全通过光电计时装置D后用手分别按住；
e．记录光电计时装置C显示的时间t1和装置D显示的时间t2、t3。

①完成上述实验步骤需要的实验器材有；
②按照乙同学的操作，若两滑块相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________________；两滑块碰撞过程中损失的机械能为_________________。

（用实验中的测量量表示）
（3）通过实验来“验证动量守恒定律”，不论采用何种方案，都要测得系统内物体作用前后的“速度”，请比较分析甲、乙同学的两个实验方案，分别说明在测得“速度”的方法上有何不同。

【2019海淀二模】
（2）如图1所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

O是小球抛出时球心在地面上的垂直投影点，实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛水平射程OP。

然后把被碰小球m2静置于水平轨道的末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，多次重复实验，找到两小球落地的平均位置M、N。

①图2是小球m2的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为_______cm。

②下列器材选取或实验操作符合实验要求的是____________。

A．可选用半径不同的两小球
B．选用两球的质量应满足m1>m2
C．小球m1每次必须从斜轨同一位置释放
D．需用秒表测定小球在空中飞行的时间
③在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，三个落点的平均位置与O点的距离分别为OM、OP、ON。

在实验误差允许范围内，若满足关系式，即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒。

（用测量的物理量表示）
④验证动量守恒的实验也可以在如图3所示的水平气垫导轨上完成。

实验时让两滑块分别从导轨的左右两侧向中间运动，滑块运动过程所受的阻力可忽略，它们穿过光电门后发生碰撞并粘连在一起。

实验测得滑块A的总质量为m1、滑块B的总质量为m2，两滑块遮光片的宽度相同，光电门记录的遮光片挡光时间如下
表所示。

a．在实验误差允许范围内，若满足关系式，即验证了碰撞前后两滑块组成的系统动量守恒。

（用测量的物理量表示）
b. 关于实验，也可以根据牛顿运动定律及加速的的定义，从理论上推导得出碰撞前后两滑块的动量变化量大小相等、方向相反。

请写出推导过程（推导过程中对我用的物理量做必要的说明）。

【2019海淀二模反馈】
（2）某同学用如图1所示装置通过两球碰撞来验证动量守恒定律。

实验时先使m1球从斜槽上某一固定位置S 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。

重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。

再把m2球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让m1球仍从位置S由静止开始滚下，和m2球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。

重复这种操作10次，得到了如图所示的三个落地处。

①请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置？
②对于实验的操作要求，下列说法正确的是（）
A．m1球的质量一定大于m2球的质量，m1球的半径可以大于m2球的半径
B．斜槽轨道必须光滑
C．斜槽轨道末端可以不水平
D．将小球静止放在的轨道末端看小球是否滚动来检测斜槽轨道末端是否水平
E. 每次实验中，m1球必须从同一位置静止释放。

F. 本实验必需使用的器材有刻度尺、天平和秒表
③在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，MP的长度是L1，ON的长度是L2，则在实验误差允许范围内，本实验验证动量守恒定律的表达式为，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。

④如图2，将气垫导轨水平放置做“验证动量守恒定律”实验。

碰撞时难免有能量损失，只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变，它才有可能是我们寻找的不变量。

如图3甲所示，用细线将两个滑块拉近，把弹簧压缩，然后烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动。

如图3乙所示，在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架，可以得到能量损失很小的碰撞。

在滑块的碰撞端贴胶布，可以增大碰撞时的能量损失。

如果在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（图3丙），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动，这样的碰撞中能量损失很大。

若甲、乙、丙图中左侧滑块和右侧滑块的质量都为m，两遮光片的宽度都为d，光电门记录的遮光片挡光时间如下表所示。

a．根据实验数据，若采用乙图装置，碰后右侧滑块第一次通过光电门计时装置记录的挡光片挡光时间为T4。

若采用丙图装置，碰后右侧滑块第一次通过光电门计时装置记录的挡光片挡光时间为T6。

通过实验验证了这两次碰撞均遵守动量守恒定律，请你判断T4和T6的关系应为T4T6（选填“>”、“<”或“=”）。

b．利用图甲所示的实验装置能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如果可以，请根据实验中能够测出的物理量写出表达式。

2、轻质弹簧弹性势能的探究
【2019昌平二模】
（2）某实验小组利用如图10所示的装置，对轻质弹簧的弹性势能进行探究。

一轻质弹簧放置在较光滑的水平桌面上，弹簧右端固定，左端与一小球接触但不拴接；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘。

向右推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到铺有白纸和复写纸的水平地面上，通过测量和计算，可得到弹簧被压缩后的弹性势能。

①为测得小球离开桌面时的动能E k，已知重力加速度g，需要测量下列物理量中的_____________（选填选项前的字母）。

A．小球的质量m B．小球抛出点到落地点水平距离s
C．桌面到地面的高度h D．弹簧的压缩量x
②用所选择的测量量和已知量表示E k，E k=_____________。

③如果忽略桌面摩擦阻力的影响，可认为小球离开桌面时的动能E k等于弹簧被压缩后的弹性势能E p。

实验时，测得小球质量m=190.0g，桌面到地面的高度h=40.00cm。

已知弹簧的劲度系数k=40N/m，本地重力加速度g=9.8m/s2。

某同学根据实验数据作出弹簧的弹性势能E p与弹簧的压缩量的二次方x2关系的图像，如图11所示。

在E p–x2图像中，设图像的斜率为β，由图像可得E p随x2变化的表达式为______________。

根据功与能的关系，弹性势能的表达式中可能包含x2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
_____________。

通过寻找这个物理量与β间的数值关系，可得到弹簧的弹性势能的表达式为E p=_____________。