高考物理习题 力学实验3
高考物理习题精选 力学 实验 3 3 1．某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有 20 Hz、30 Hz 和 40 Hz，打出纸带的一部分如图(b)所示。
图(a)图(b)该同学在实验中没有记录交流电的频率 f，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。
(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 f 和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出 B 点时，重物下落的速度大小为________，打出 C 点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________。
(2)已测得 s 1 ＝8.89 cm，s 2 ＝9.50 cm，s 3 ＝10.10 cm；当重力加速度大小为 9.80 m/s 2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%。由此推算出 f 为________Hz。
2．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。
图(a)(1)实验中涉及到下列操作步骤：
①把纸带向左拉直 ②松手释放物块 ③接通打点计时器电源 ④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。
图(b)3．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一片宽度为 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 v＝ dt 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 ΔE p 与动能变化大小 ΔE k，就能验证机械能是否守恒。
(1)ΔE p ＝mgh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 点时的球心 C．钢球在 A 点时的底端(2)用 ΔE k ＝ 12 mv2 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：
ΔE p(×10－ 2 J)4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔE k(×10－ 2 J)5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他发现表中的 ΔE p 与 ΔE k 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。
4．用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在 O 点；在 O 点右侧的 B、C 位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得 B、C 两点间距离 s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置 A，静止释放，计时器显示遮光片从 B 到 C 所用的时间 t，用米尺测量 A、O 之间的距离 x。
(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________。
(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________。
A．弹簧原长 B．当地重力加速度 C．滑块(含遮光片)的质量(3)增大 A、O 之间的距离 x，计时器显示时间 t 将________。
A．增大 B．减小 C．不变 5．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。
图甲 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．速度变化量与势能变化量 C．速度变化量与高度变化量 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 h A、h B、h C。
已知当地重力加速度为 g，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 ΔE p ＝________，动能变化量 ΔE k ＝________。
图乙 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 v＝gt 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。
6．甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。
图 1(1)图 1 中 A、B、C、D、E 表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材________；乙同学需在图中选用的器材________。(用字母表示)图 2(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图 2 所示的两条纸带①和②。纸带________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小为________。
7．某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。
①请完成以下主要实验步骤：按图(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物________(填“靠近”或“远离”)计时器下端；________，________，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验。
②图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取________(填“b”或“c”)来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和________________。
参考答案 1．解析(1)由于重物匀加速下落，B 点的速度 v B 等于 AC 段的平均速度，即 v B ＝ s1 ＋s 22T 由于 T＝ 1f，故 v B ＝f2(s 1 ＋s 2)同理可得 v C ＝ f2(s 2 ＋s 3)匀加速直线运动的加速度 a＝ ΔvΔt 故 a＝ vC －v BT＝f2 [（s 2 ＋s 3）－（s 1 ＋s 2）]1f＝ f22(s 3 －s 1)①(2)重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得 mg－F 阻 ＝ma② 由已知条件 F 阻 ＝0.01mg③ 由②③得 a＝0.99g 由①得 f＝2as 3 －s 1，代入数据得 f≈40 Hz 答案(1)f2(s 1 ＋s 2)f2(s 2 ＋s 3)f 22(s 3 －s 1)(2)40 2．解析(1)根据该实验操作过程，正确步骤应为④①③②。
(2)物块脱离弹簧时速度最大，v＝ ΔxΔt ＝2.58×10－ 20.02 m/s＝1.29 m/s；由动能定理 ΔE p ＝ 12 mv2，据纸带中打点的疏密知 M 纸带获得的最大速度较大，对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能较大。
答案(1)④①③②(2)1.29 M 3．解析(1)钢球下落高度 h，应测量释放时钢球心到钢球在 A 点时的球心之间的竖直距离，故选 B。
(2)遮光条的宽度 d＝1.50 cm，钢球的速度 v＝ dt ＝1.50 m/s(3)不同意，因为空气阻力会造成 ΔE k 小于 ΔE p，但表中 ΔE k 大于 ΔE p。
(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l，计算 ΔE k 时，将 v 折算成钢球的速度 v′＝lL v。
答案(1)B(2)1.50 1.50(3)不同意 理由见解析(4)见解析 4．解析(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动，v＝ st。
(2)根据功能关系可得，E p ＝ 12 mv2，则还需要测量滑块的质量，选项 C 正确。
(3)增大 A、O 之间的距离 x，弹簧的弹性势能增大，滑块离开弹簧后的速度增大，从 B 到 C 的时间 t 将减小，选项 B 正确。
答案(1)st(2)C(3)B 5．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 mgh＝ 12 mv2 －0 可将等式两边的质量抵消，不需要天平，需使用 C。
③重物的重力势能变化量为 ΔE p ＝－mgh B，动能的变化量ΔE k ＝ 12 mv2B ＝ 12 m(h C －h A2T)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 恒定，根据 mgh－fh＝ 12 mv2 －0，则 v 2 ＝2(g－fm)h 可知，v2 －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。
答案 ①A ②AB ③－mgh B 12 m(h C －h A2T)2 ④C ⑤不正确，理由见解析 6．解析(1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即 A、B；“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以小车为研究对象，需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即 B、D、E。
(2)纸带①相邻相等时间位移之差Δx 1 ＝0.1 cm，而②纸带的Δx 2 ＝0.05 cm，由a＝ ΔxT 2 可知①纸带加速度大，且可算得 a＝ ΔxT 2 ＝0.1×10－ 20.02 2 m/s 2 ＝2.5 m/s 2。
答案(1)AB BDE(2)①(2.5±0.2)m/s 2 7．解析 ①为了使纸带打下的点多一些，竖直提起悬吊重物的纸带时应使重物靠近打点计时器下端，且应先接通电流，再释放纸带，使重物自由下落。
②重物下落是匀加速运动，故应选“b”来计算重力加速度；重物下落过程中系统受重力，空气阻力，纸带与打点计时器间的摩擦力等。
答案 ①靠近先接通打点计时器电源，再释放纸带 ②b 纸带与打点计时器之间有摩擦
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