2019版高考物理金榜一轮高效演练强化提升 实验：六 含解析

高效演练·强化提升
1.(2018·唐山模拟)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。

实验所用的电源为学生电源,输出电压为6 V的交流电和直
流电两种。

重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带打出
一系列的点,对图中纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守
恒定律。

(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:
A.用天平测出重锤的质量;
B.按照图示的装置安装器件;
C.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;
D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;
E.测量纸带上某些点间的距离;
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。

其中没有必要进行的步骤是__________,操作不当的步骤是__________。

(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。

根据打出的纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图所示。

使用电源的频率为f,则计算重锤下落的加速度的表达式a=__________。

(用x1、x2、x3、x4及f表示)
(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能,其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测阻力的大小。

若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是__________。

试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落过程中AE段受到的平均阻力大小F f=__________。

【解析】(1)物体的质量在验证机械能守恒定律的实验中可以约去,所以没有必要的步骤是A;打点计时器应接交流电源,所以操作不当的步骤是C。

(2)根据匀变速直线运动的推论知,a1=,a2=,而T=,
则加速度a==。

(3)根据牛顿第二定律得,mg-F f=ma,则
F f=mg-ma=m[g-],知还需要测量的物理量是重锤的质量m。

答案:(1)A C
(2)
(3)重锤的质量m m[g-]
2.(2018·南宁模拟)用如图甲所示的实验装置,验证m1、m2组成的系统机械能守恒。

m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。

图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两个计数点间还有4个打点(图中未标出),相邻计数点间的距离如图乙所示。

已知m1=50 g、m2=150 g,g=9.8 m/s2,打点计时器接50 Hz电源,则(结果均保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点4时的速度v=________m/s。

(2)在0～4过程中系统动能的增量ΔE k=__________J,系统势能的减少量ΔE p=__________J。

【解析】(1)因为每相邻两个计数点间还有4个打点,所以计数点时间间隔为0.1 s,根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可知打计数点4时的速度为
v4== m/s=1.9 m/s。

(2)在0～4过程中系统动能的增量
ΔE k=(m1+m2)=×0.2×1.92 J=0.36 J;
系统重力势能的减小量等于物体重力做功,故ΔE p=W=(m2-m1)gx=0.1×9.8×(0.024+0.072+0.120+0.168) J=0.38 J。

答案:(1)1.9 (2)0.36 0.38
3.有一种“傻瓜”照相机,其光圈(进光孔径)随被拍摄物体的亮度自动调节,而快门(曝光时间)是固定不变的。

一位同学利用“傻瓜”照相机来做“验证机械能守恒定律”的实验。

(1)首先这个同学事先测定了相机的曝光时间为t。

(2)这位同学提出了下述实验方案:他从墙面前某点O,使一个小石子自由落下,对小石子照相得到如图甲的照片,由于小石子的运动,它在照片上留下一条模糊的径迹AB。

通过测量OA的距离h,AB的距离x,当地的重力加速度为g,由于相机曝光时间很短,可以认为A点的速度近似等于AB段的平均速度。

则石子划过A点时的速度大小v=________。

(用题中给出的物理量字母表示)
(3)多次改变高度h,重复上述实验,作出x2随h变化的图象如图乙所示,当图中已知量x2、H和重力加速度g及曝光时间为t满足表达式__________时,可判断小球下落过程中机械能守恒。

【解析】(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知,石子划过A
点的速度大小v=。

(3)若机械能守恒,则有mgH=mv2=m,
即gH=。

答案:(2)(3)gH=
4.某同学在资料中查得弹簧弹性势能表达式为E p=kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量),他利用如图甲所示的装置进行实验,水平放置的弹射装置将质量为m的小球弹射出去,测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为Δt,用刻度尺测出弹簧的压缩量为x,1、2光电门间距为L,则
(1)小球射出时速度大小为v=__________,弹簧弹性势能
E p=__________(用题中的字母表示)。

(2)该同学改变弹簧压缩量x,多次进行实验,利用测得数据,画出如图乙所示E p与x2的关系图线,根据图线求得弹簧的劲度系数k=__________。

(3)由于重力作用,小球被弹射出去后运动轨迹会向下偏转,这对实验
结果__________(选填“有”或“无”)影响。

【解析】(1)由图甲可知,弹簧在小球进入光电门之前就恢复形变,故
其弹射速度为通过光电门的水平速度,v=,根据机械能守恒有
E p=mv2=。

(2)根据E p=kx2得,0.03 J=k×3×10-4 m2,解得k=200 N/m。

(3)由于重力作用,小球被弹射出去后运动轨迹会向下偏转,由于重力不影响弹力做功的结果,有没有重力做功,小球的水平速度均不会变化,所以对实验结果无影响。

答案:(1)(2)200 N/m (3)无
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