2020届高三全国名校联考12月月考物理力学实验试题及答案一

2020 届高三全国名校联考 12 月月考物理力学实验试题及答案一 1、（2020·山东省威海市文登区高三上学期期末）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两位同学 设计了不同的实验方案： (1)小李同学采用图（甲）的实验装置进行实验； ①为了使小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等，应满足的条件是______； ②平衡摩擦力的正确操作是__________（填“A”或“B”）； A.把木板不带定滑轮的一侧抬高，调节木板的倾斜角度，直至小车在不受牵引力时能拖动纸带开始滑动 B.把木板不带定滑轮的一侧抬高，调节木板的倾斜角度，轻推小车，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木 板匀速运动 ③图（a）是小李同学某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示，所用交 变电流的频率为 50Hz。则小车的加速度为_______m/s2（结果保留 2 位有效数字）； (2)小张同学采用图（乙）的实验装置进行实验（丙为俯视图）； 将两个相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细绳，细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中放 上不同的重物。两个小车后各系一条细线，用夹子把两条细线同时夹住，使小车静止。打开夹子，两个小 车同时开始运动，合上夹子，两个小车同时停下来。只需要测量两小车的位移 x 及两小盘和盘中重物的总 质量 m，即可探究加速度与合外力的关系。①小张同学的实验方案中，是否需要平衡摩擦力________________________? ②一次实验中，用刻度尺测量两个小车的位移 x1 和 x2，已知小盘和盘中重物的总质量分别为 m1 和 m2，为 了验证加速度与合外力成正比，只需验证表达式_______________成立（用 x1、x2、m1、m2 表示）。 【答案】 (1). 槽码的质量远小于小车的质量 (2). B (3). 0.52 或 0.53 (4). 需要 (5). 【解析】 (1)[1]由牛顿第二定律可求得绳子拉力 当 时，拉力 槽码的质量远小于小车的质量 (2)[2]平衡摩擦力时，把木板不带定滑轮的一侧抬高，调节木板的倾斜角度，轻推小车，使小车在不受牵引 力时能拖动纸带沿木板匀速运动，故 A 错误，B 正确 故选 B (3)[3]两计数点间有四个点未画出，则相邻两计数点间的时间间隔为 由逐差法可得加速度大小为 (4)[4]由实验原理可知，本实验通过改变盘中重物的质量，从而改变小车的合外力，即用小盘和盘中重物的 重力代替合力，则需要平衡摩擦力； (5)[5]由于两小车运动时间相同，则有 得 1 1 2 2 x m x m = 1 mg mgF Ma M mm M M = = ⋅ =+ + m M F mg≈ 0.02 5s 0.1sT = × = 2 2 2 2 8.28 7.75 7.22 6.70 10 m/s 0.53m/s4 0.1a −+ − −= × ≈× 21 2x at= 2 2xa t =由整体可得加速度为 联立可知 2、（2020·江西省宜春市奉新县一中高三上学期第四次月考）如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器 材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为 d、质量为 m 的金属小球从 A 处由静止释放，下落过程中 能通过 A 处正下方、固定于 B 处的光电门，测得 A、B 间的距离为 H（H>>d），光电计时器记录下小球通过 光电门的时间为 t，当地的重力加速度为 g。则： (1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径 d＝________mm。 (2)多次改变高度 H，重复上述实验操作，作出 H 随 变化图像如图丙所示，当图中已知量 t0、H0 和重力 加速度 g 及小球的直径 d 满足表达式___________________时，可判断小球下落过程中机械能守恒。 (3)实验中，因受空气阻力影响，小球动能的增加量 ΔEk 总是稍小于其重力势能的减少量 ΔEp，适当降低下 落高度后，则 ΔEp－ΔEk 将___________（填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 (1). 7.25 (2). 2gH0t ＝d2 (3). 减小 【解析】 (1)[1]．由图可知，主尺刻度为 7mm；游标对齐的刻度为 5；故读数为：7mm+5×0.05mm=7.25mm； (2)[2]．已知经过光电门时的时间和小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度；故有 若减小 重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒；则有 的 的 mga m M = + 1 1 2 2 x m x m = 2 1 t 2 0 dv t = 21 2mgH mv=即 解得 (3)[3]．由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故降低下落高度后，则△Ep-△Ek 将减小； 3、（2020·江西省宜春市奉新县一中高三上学期第四次月考）两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同 的 A、B 两球的碰撞来验证动量守恒定律。 ①甲同学测量所得入射球 A 的质量为 mA，被碰撞小球 B 的质量为 mB，图甲中 O 点是小球抛出点在水平地 面上的垂直投影，实验时，先让入射球 A 从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置 P，测 得平抛射程为 OP；再将入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放，与小球 B 相撞，分别找到球 A 和球 B 相 撞后的平均落点 M、N，测得平抛射程分别为 OM 和 ON。当所测物理量满足表达式____________时，即说 明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式________时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞。 ②乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放 置的木条上，用来记录实验中球 A、球 B 与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并 与轨道接触，让入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为 B′；然后将木条平移到图中所示位置， 入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点 P′；再将入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放， 与球 B 相撞，确定球 A 和球 B 相撞后的撞击点分别为 M′和 N′。测得 B′与 N′、P′、M′各点的高度差分别为 h1、h2、h3。若所测物理量满足表达式__________时，则说明球 A 和球 B 碰撞中动量守恒。 【答案】 (1). (2). (3). 【解析】 2 0 0 2 ( )dgH t = 2 0 0 2=2gH t d A A Bm OP m OM m ON= + OP OM ON+ = 2 3 1 A A Bm m m h h h = +（1）[1]小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相同，它们在空中的运动时间 t 相等，它们的 水平位移 x 与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，若两球相碰前后的动量守恒 又 代入得 。 （1）[2]若碰撞是弹性碰撞，则机械能守恒，由机械能守恒定律得 将 代入得 在结合 可以解得 。 （2）[3] 小球做平抛运动，在竖直方向上 平抛运动时间 0 1 2A A Bm v m v m v= + 0 1 2OP v t OM v t ON v t= = =， ， A A Bm OP m OM m ON= + 2 2 2 0 1 2 1 1 1 2 2 2A A Bm v m v m v= + 0 1 2OP v t OM v t ON v t= = =， ， 2 2 2 A A Bm OP m OM m ON= + A A Bm OP m OM m ON= + OP OM ON+ = 21 2h gt= 2t h g =设轨道末端到木条的水平位置为 x，碰前小球的初速度 碰后两个小球的速度 如果碰撞过程动量守恒，则 将速度代入动量守恒表达式解得 。 4、（2020·湖南省高三上学期第三次月考）某同学利用如图所小的装置验证动能定理。将 木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸。将小球从不同的标记 点由静止释放，记录小球到达斜槽底端吋下落的高度 H，并根据落点位置测量岀小球离开斜槽后的竖直位 移 y。改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下: 高度 H（h 为单位长度） h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 竖直位移 y/cm 30.0 15.0 10 0 7.5 6.0 5.0 4.3 3.8 3.3 (1)在安装斜槽时，应注意____________； (2)已知斜梄倾角为 θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为 μ，木板与斜槽末端的水平距离为 x，小球在离开斜 . 22A xv h g = ' ' 3 1 , 2 2A B x xv v h h gg = = A A A A B Bm v m v m v= ′+ ′ 2 3 1 A A Bm m m h h h = +槽后的竖直位移为 y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立则应满 足的关系式是_______。 (3)若想利用图象直观得到实验结论，最好应以 H 为横坐标，以_____为纵坐标，描点作图。 【答案】 (1). 使斜槽未端 O 点的切线水平 (2). (3). 【解析】 (1)[1]本实验裉据泙拋运动的规律测量小球离开钭槽的速度，为保持小球做泙拋运动，应使斜槽末端 O 点的 切线水平 (2)[2]设小球离开斜槽时的速度为 v，根据平抛运动的规律得 x=vt， 联立得 小球在斜槽上滑下过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功为 小球动能的变化量 则小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是 或 (3)[3]根据上式可知，最好应以 H 为橫坐标，以 为纵坐标，描点作图 5、（2020·湖南省师大附中高三上学期第二次月考）恢复系数是反映碰撞时物体形变恢复能力的参数，它 2 1 tan 4 xH y µ θ  − =   1 y 21 2y gt= 2 gv x y = cos 1sin tan HW mgH mg mgH µµ θ θ θ  = − ⋅ = −   2 2 21 1 2 2 2 4k g mx gE mv m x y y  ∆ = = =    2 1 tan 4 xH y µ θ  − =   2 14 4 tan y xH µ θ = − 1 y只与碰撞物体的材料有关，两物体碰撞后的恢复系数为 ，其中 、 和 、 分别为质量为 m1 和 m2 的物体碰推前后的速度某同学利用如图所示的实验装置测定质量为 m1 和 m2 的物体碰摘后的恢复系 数． 实验步骤如下： ①将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中质量为 m1 和 m2 的两球与木条的撞击点； ②将木条竖直放在轨道末端右侧并与轨道接触，让质量为 m1 的入射球从斜轨上 A 点由静止释放，摘击点为 B′； ③将木条向右平移到图中所示位置，质量为 m1 的入射球仍从斜轨上的 A 点由静止释放，确定撞击点； ④质量为 m2 的球静止放置在水平槽的末端，将质量为 m1 的入射球再从斜轨上 A 点由静止释放，确定两球 相撞后的撞击点； ⑤目测得 B′与撞击点 N、P、M 的高度差分别为 h1、h2、h3． (1)两小球的质量关系为 m1_____ m2(填“>”“=”或“ (2). (3). (4). 【解析】 【分析】 （1）明确动量守恒规律，知道实验原理，从而确定实验要求； 1 2 1 2 v ve v v ′ ′−= − 1v 2v 1v ′ 2v ′ 2 1 3 1 1( )h h h − 1 1 2 2 3 1 m m m h h h = + 1 1 2 2 3 1 m m m h h h = +（2）根据平抛运动规律进行分析，利用水平位移相等求出利用下落高度所表达式的速度公式，再根据恢复 系数公式即可求出对应的表达式； （3）根据动量守恒定律和机械能守恒定律列式，代入（2）中所求速度即可求出需要验证的表达式． （1）为了防止两球碰后出现反弹现象，入射球 质量一定要大于被碰球的质量； （2）由图可知，两小球打在竖直板上，则可知，三次碰撞中水平位移相等，则可知，水平速度越大，竖直 方向下落的高度越小，则由碰撞规律可知，碰后被碰球的速度最大，故其下落高度最小，而碰后入射球速 度最小，其下落高度最大，则可知，在不放小球 m2 时，小球 m1 从斜轨顶端 A 点由静止释放，m1 的落点在 图中的 P 点，而碰后被碰球落到 N 点；根据平抛运动规律可知，下落时间 ，则可知，速度 ，则可解得： ， ； ，代入给出恢复系数表达式可得： ； （3）若满足动量守恒，则一定有：mv1=m1v1’+m2v2' 代入（2）中所求速度可得：表达式应为： ； 若满足机械能守恒，则有： mv12= m1v1'2+ m2v2'2 代入求出的速度可得： 【点睛】本题是由验证动量守恒定律的实验改进而来，关键要分析清楚实验的原理，同时要结合动量守恒 定律和平抛运动的相关知识列式分析． 6、（2020·内蒙古通辽市科左后旗甘旗卡二中高三上学期 12 月月考）某实验小组利用气垫导轨验证机械能 守恒定律及求得当地 重力加速度．实验装置如图甲所示．气垫导轨水平固定在水平桌面上，导轨 A 点处 有一带遮光条的滑块，其总质量为 M，遮光条的宽度为 d，左端通过跨过轻质光滑定滑轮的细线与一质量为 m 的钩码相连，连接滑块的细线与导轨平行，导轨上 B 点处固定一光电门，可以测得遮光条经过光电门时 的挡光时间 t，遮光条到光电门的距离为 L（L 小于钩码到地面的距离），已知当地重力加速度为 g． 的 的 2ht g = 2 x gv xt h = = 1 22 gv x h = ' 1 32 gv x h = ' 2 12 gv x h = 2 1 3 1 1( )e h h h = − 1 1 2 2 3 1 m m m h h h +＝ 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 3 1 m m m h h h = +（1）若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 点运动至光电门的过程中，滑块、遮光条与钩码组成的系 统重力势能的减少量可表示为__________，动能的增加量可表示为__________．若代入测量数据在误差允 许的范围内相等，则验证了系统机械能守恒． （2）若某同学实验中测得遮光条 宽度 d＝0.50 cm，m＝50 g，M＝150 g，多次改变光电门的位置，每次 均令滑块自同一点（A 点）由静止开始滑动，测量相应的 L 与 t 值，作出 图象如图乙所示，则当地的 重力加速度 g＝__________m／s2． 【答案】 (1). (2). (3). 9.75 【解析】 (1)[1][2] 系统重力势能的减少量即钩码重力势能减少量 mgL，动能的增加量等于滑块与钩码的总动能 (2)[3] 由系统机械能守恒定律 整理得 由图象可得：斜率 结合两式，有 的 2 1 Lt － mgL 2 2 ( ) 2 M m d t + 2 2 2 1 ( )( )2 2 d M m dM m t t + + =   2 2 ( ) 2 M m dmgL t += 2 2 1 2 ( ) mg Lt M m d = + 1.56 1.950.80k = =解得： 7、（2020·内蒙古通辽市科左后旗甘旗卡二中高三上学期 12 月月考）在“探究恒力做功与物体的动能改变 量的关系”实验中，某同学已按正确的操作步骤完成实验，如图所示为纸带上连续打下的点．选取图中 A、B 两点进行研究，所需测量数据已用字母表示在图中，已知小车的质量为 m，小车受到的恒定拉力大小为 F， 打点计时器的打点周期为 T．则（以下填空用题中及图中所给字母表示） (1)打 A 点时，计算小车瞬时速度的表达式为____________； (2)用 S1、S2 和 T 表示出物体运动加速度 表达式为_________________； (3)本实验所要探究的关系式为__________________________． 【答案】 (1). (2). (3). 【解析】 (1)[1]根据匀变速运动中间时刻的速度等于平均速度则有： (2)[2]由匀变速运动推论： 再结合逐差法可得： 的 2 2 ( ) mg kM m d =+ 2 2( ) 9.75m/s2 k M m dg m += = 1 2 S T 2 1 212 S S T − 2 1 2 2 3 1 1 2 2 2 2 S SFS m mT T    = −        1 2Av s T = 2x aT∆ = ( )2 2 1 3 2S S a T− =整理得： (3)[3]由(1)可知 A 点的动能为： 同理可得 B 点的动能为： 故要探究恒力做功与物体的动能改变量的关系，则从 A 点到 B 点有： 2 1 212 S Sa T −= 2 2 11 1 2 2 2kA A sE mv m T  = =    2 2 21 1 2 2 2kB B sE mv m T  = =    2 2 2 2 2 1 3 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2B A s sFs mv mv m mT T    = − = −      