2021届物理一轮总复习40分钟巩固提升训练 实验：探究做功与速度变化的关系　验证机械能守恒定律　验证动量守恒定律

2021届物理一轮总复习40分钟巩固提升训练训练：*实验：探究做功与速度变化的关系验证机械能守恒定律验证动量守恒定律*1如图甲所示，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_(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，正确的操作方法是_(填选项前的字母，A.把长木板右端垫高B改变小车的质量)，在不挂重物且_(填选项前的字母，A.打点计时器不打点B打点计时器打点)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(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点的距离分别为x1、x2、x3、，如图乙所示实验中，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_.2为了“探究动能改变与合外力做功的关系”实验，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的重锤跨过定滑轮相连，重锤上连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示，打出的纸带如图丙所示请回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为t，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB_.(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块_(写出物理量的名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做的功的表达式W合_.(3)算出滑块在OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2W图象，可知该图象是一条_，根据图象还可求得_3. 探究“做功和物体速度变化的关系”的实验装置如图甲所示，图中是小车在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形实验中小车获得的速度为v，由打点计时器所打出的纸带测出，橡皮筋对小车做的功记为W；实验时，将木板左端调整到适当高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放请回答下列问题：当我们把2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验请回答下列问题：(1)除了图甲中已给出的器材外，需要的器材还有：交流电源、_.(2)如图乙所示是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点，打点的时间间隔为0.02 s，则小车离开橡皮筋后的速度为_m/s.(保留两位有效数字)(3)将几次实验中橡皮筋对小车所做的功W和小车离开橡皮筋后的速度v，进行数据处理，以W为纵坐标，v或v2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是_4在利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图甲所示，图甲中斜槽PQ与水平槽QR平滑连接，按要求安装好仪器后开始实验先不放被碰小球，使入射小球从斜槽上的A点由静止滚下，重复实验若干次；然后把被碰小球静止放在槽的水平部分的前端边缘B处(槽口)，再使入射小球从斜槽上的A点由静止滚下，再重复实验若干次，在白纸上记录下挂于槽口B的重垂线在记录纸上的竖直投影点和各次实验时小球落点的平均位置，从左至右依次为O、M、P、N点，测得两小球直径相等，入射小球和被碰小球的质量分别为m1、m2，且m12m2.则：(1)两小球的直径用螺旋测微器测得，测量结果如图乙，则两小球的直径均为_mm.(2)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，其目的是_A使入射小球每次都能水平飞出槽口B使入射小球每次都以相同的动量到达槽口C使入射小球在空中飞行的时间不变D使入射小球每次都能与被碰小球对心碰撞(3)下列有关本实验的说法中正确的是_A未放被碰小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是M、PB未放被碰小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是P、MC未放被碰小球和放了被碰小球，入射小球的落点分别是N、MD在误差允许的范围内若测得|ON|2|MP|，则表明碰撞过程中两小球组成的系统满足动量守恒定律5某同学为探究小车动能变化与合外力做功的关系，设计了如图甲所示的实验装置，一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，用细绳绕过定滑轮及轻质动滑轮将小车与弹簧测力计连起来实验时，改变悬挂的钩码个数进行多次测量，记录弹簧测力计的示数F，并利用纸带计算出小车对应的速度(1)实验中为使细绳对小车的拉力为小车受到的合外力，下列的做法正确的是_A钩码的质量要远小于小车质量B动滑轮的质量要远小于钩码的质量C小车不连细绳时，反复调整木板倾角，直到纸带上打下的点分布均匀(2)图乙是实验中得到的某条纸带的一部分已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，由纸带数据求出纸带上打下A点时小车的速度vA_m/s，打下B点时小车的速度vB_m/s(结果保留三位有效数字)(3)按正确操作，使细绳对小车的拉力为小车的合外力，保证小车的质量不变，在钩码个数不同的情况下，测量并找到A、B间的距离(sAB)相等的多条点迹清晰的纸带，分别计算出打下A、B两点时小车的速度vA、vB，算出v2，v2vv，根据实验数据绘出v2与外力对小车所做的功W(WFsAB)的关系图象，下列图象中最符合本实验实际情况的是_6.某实验小组按照如图1所示的装置对高中实验进行连续探究或验证实验一：探究小车做匀变速直线运动规律；实验二：验证牛顿第二定律；实验三：探究小车受到的合力做的功与动能变化的关系(1)下列说法正确的是_A三个实验操作中均先释放小车，再接通打点计时器的电源B实验一不需要平衡摩擦力，实验二和实验三需要平衡摩擦力C实验一和实验二需要满足小车质量远大于钩码总质量，实验三则不需要D要求全部完成上述三个实验，除了图1中所示的实验器材外，还要提供的共同实验器材有刻度尺(2)实验小组按照规范操作打出的纸带如图2所示，已知相邻计数点a、b、c、d间的时间间隔为T，间距分别为s1、s2、s3，钩码总质量为m，小车质量为M，且Mm，重力加速度大小为g，以小车为研究对象，那么从b到c小车合力做的功W_，小车动能的变化量Ek_.(3)在(2)问中，用钩码总重力代替小车受到的细线拉力，存在_(选填“偶然误差”或“系统误差”)7如图1所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律(1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是_A直流电源、天平及砝码B直流电源、刻度尺C交流电源、天平及砝码D交流电源、刻度尺(2)安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图2所示图中O点为打点起始点，且速度为零选取纸带上打出的连续点A、B、C、作为计时点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分别为h1、h2、h3.已知重物质量为m，当地重力加速度为g，计时器打点周期为T.为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重物重力势能的减少量Ep_，动能的增加量Ek_(用题中所给字母表示)(3)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是_A该误差属于偶然误差B该误差属于系统误差C可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差(4)某同学在实验中发现重物增加的动能略小于重物减少的重力势能，于是深入研究阻力f对本实验的影响他测出各计时点到起始点的距离h，并计算出打下各计数点时的速度v，用实验测得的数据绘制出v2h图线，如图3所示图象是一条直线，此直线斜率k_(可能用到的物理量有m、g、f)8某同学用两个光电门验证机械能守恒定律，装置如图1所示，让细线悬吊的质量分布均匀的小圆柱体绕悬点O在竖直面内做圆周运动，将光电门1固定在小圆柱体运动轨迹的最低点，调整光电门2的位置，使小圆柱体在运动过程中阻挡光电门发出的光记录小圆柱体通过光电门1、2的时间t1、t2，当地的重力加速度为g.(1)要验证机械能守恒，除了要测量两个光电门间的高度差h，还需要测量的物理量有_(写出物理量名称及符号)，要验证机械能守恒，只要验证等式_(用已知量和测量量表示)成立即可(2)由于两个光电门间的高度差比较难测量，该同学又改进了实验方法如图2所示，将光电门1放于水平长木板的两侧，适当调节细线悬点O的位置，使小圆柱体通过最低点时恰好与长木板相碰，光电门的光束与小圆柱体静止悬挂时的重心在同一高度；将刻度尺竖直立于长木板上，让细线悬吊着的小圆柱体刚好与刻度尺接触，由刻度尺测出小圆柱体此时重心离长木板的高度h1，将小圆柱体由静止释放，测出小圆柱体经过光电门1的时间t；将刻度尺右移，重复步骤多次，测出小圆柱体在不同位置释放时重心离长木板的高度h1，记录不同高度释放后小圆柱体通过光电门1的时间t；测出小圆柱体的长L，算出每次小圆柱体实际下落的高度h_，作出h图象，作出的图象应是_；如果求得图线的斜率在误差允许的范围内等于_，则机械能守恒定律得到验证9气垫导轨(如图甲所示)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动图乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、 s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_重复上述实验，多做几次若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证10如图所示，已知A、B两滑块的质量关系为mB1.5mA，拍摄共进行了四次第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后A滑块原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动的(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片(闪光时间间隔为0.4 s)，分析得出：(1)B滑块碰撞前的速度vB_；A滑块碰撞后的速度vA_，B滑块碰撞后的速度vB_.根据闪光照片分析说明碰撞发生位置在刻度尺_cm刻度处(2)根据闪光照片分析得出两滑块碰撞前两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是_(kgm/s)(以mA表示)；两滑块碰撞后两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是_(kgm/s)(以mA表示)11如图1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，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2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_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12.用如图所示的装置来验证动量守恒定律，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线伸直并与竖直方向的夹角为，释放后A球摆到最低点时恰与B球发生对心碰撞，碰撞后，A球把原来静止于竖直方向的轻质指示针OC推到与竖直方向夹角为处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录多个B球的落点，进而测得B球的水平位移s，当地的重力加速度大小为g.(1)A、B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，则A球质量_B球质量(选填“大于”、“小于”或“等于”)，为了对白纸上多个B球的落地点进行数据处理，进而确定落点的平均位置，需要用到的器材除刻度尺外，还需要_(2)用题中所给的物理量字母表示，碰撞前瞬间A球的动量pA_，碰撞后瞬间A球的动量pA_，碰撞后瞬间B球的动量pB_.13现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间甲乙实验测得滑块A的质量m10.310 kg，滑块B的质量m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f50.0 Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰碰后光电计时器显示的时间tB3.5103 s，碰撞前后打出的纸带如图乙所示若实验允许的相对误差绝对值(|100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程14某同学利用图示装置来验证机械能守恒定律A、B是质量均为m的小物块，C是质量为M的重物，A、B间由轻弹簧相连，A、C间由轻质细绳相连在物块B下放置一压力传感器，重物C下放置一速度传感器，压力传感器与速度传感器相连整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度大小为g.实验操作如下：a开始时，系统在一外力作用下保持静止，细绳拉直但张力为零现释放C，使其向下运动，当压力传感器示数为零时，速度传感器测出C的速度为v.b在实验中保持A、B质量不变，改变C的质量M，多次重复步骤a.回答下列问题：(1)该实验中，M和m大小关系必满足M_m(选填“小于”、“等于”或“大于”)(2)为便于研究速度v与质量M的关系，每次测C的速度时，C已下降的高度应_(选填“相同”或“不同”)(3)根据所测数据，为更直观地验证机械能守恒定律，应作出_(选填“v2M”、“v2”或“v2”)图线(4)根据(3)中的图线，若图线在纵轴上的截距为b，则弹簧的劲度系数为_(用题给的已知量表示)参考答案1.(1)B(2)AB(3)mgx22.(1)(2)下滑的位移xmgx(3)过原点的直线滑块的质量M3.(1)毫米刻度尺(2)0.36(3)AD4.(1)12.895(2)B(3)BD5.(1)C(2)0.5053.00(3)A6.(1)BD(2)mgs2M(3)系统误差7.(1)D(2)mgh2(3)BD(4) 8.(1)小圆柱体截面的直径d22gh(2)h1过原点的一条倾斜直线9.ab(s1s3)abs210.(1)1.00 m/s0.75 m/s0.50 m/s30(2)1.5mA1.5mA11.(1)AB(2)BC12.(1)大于圆规(2)mAmAmBs13.按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为：v式中s为滑块在很短时间t内走过的路程，设纸带上打出相邻两点的时间间隔为tA，则tA0.02 stA可视为很短，设A在碰撞前后的瞬时速度大小分别为v0、v1，将上式和图给实验数据代入可得：v0 m/s2.00 m/sv1 m/s0.970 m/s设B在碰撞后的速度大小为v2，由上式有v2代入题给实验数据得v22.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的动量分别为p和p，则pm1v0pm1v1m2v2两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值r100%联立上式并代入有关数据可得：r1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律14.(1)大于(2)相同(3)v2(4)12 / 12