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三

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三 1、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验 时保持小车(含车中重物)的质量 M 不变，细线下端悬挂钩码的总重力 mg 作为小车受到的合力 F，用打点计 时器测出小车运动的加速度 a. (1)为了让细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力 F，需满足的条件是______ (2)关于实验操作，下列说祛正确的是______。 A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行 B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑 C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力 D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车 (3)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的 5 个计数点 A、B、C、D、 E，相邻两个计数点之间都有 4 个点迹未标出，测出各计数点到 A 点间的距离。已知所用电源的频率为 50Hz，打 B 点时小车的速度 v=___m/s，小车的加速度 a=________m/s².（结果保留两位有效数字） (4)改变细线下端钩码的个数，得到 a-F 图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_____。 【答案】 (1). M>>m (2). AD (3). 0.32 (4). 0.93 (5). 随所挂砝码质量 m 的增大，不满足 M>>m 【解析】 【分析】由题中“用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系”可知，本题考查牛顿第二定律实验，根据实验原 理和数据处理可分析本题。 （1）[1]因为钩码重力提供的拉力让小车和钩码共同产生加速度，所以有 为了结果准确，应该让小车质量远大于钩码质量，即 M>>m； （2）[2]平衡摩擦力时，是小车在不挂钩码时可以匀速下滑，并且每次做实验都不需要再平衡摩擦力，所以 选 AD； （3）[3]打 B 点时的瞬时速度，根据公式 解得 [4]小车加速度可以利用公式 解得 （4）改变细线下端钩码的个数，会让钩码质量变大，从而不能满足 M>>m，所以会导致图像弯曲。 2、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）图甲是验证机械能守恒定律的装置，气垫导轨上安装 了 1、2 两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行. （1）用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示，则遮光条的宽度为_____mm. ( )mg m M a= + 2 AC B xv T = 0.32m/sBv = 2( )m nx x m n aT− = − 20.93m/sa =（2）在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向 左运动，发现滑块通过光电门 1 的时间大于通过光电门 2 的时间.为使气垫导轨水平.可采取的措施是 ______. A.调节 P 使轨道左端升高一些 B.调节 P 使轨道左端降低一些 C.遮光条的宽度应适当大一些 D.滑块的质量增大一些 （3）正确进行实验操作，测出滑块和遮光条的总质量 M，钩码质量 m，遮光条的宽度用 d 表示，已知重力 加速度为 g.现将滑块从图示位置由静止释放. ①若滑块经过光电门 2 时钩码未着地，测得两光电门中心间距 L，由数字计时器读出遮光条通过光电门 1、2 的时间分别为 t1、t2，则验证机械能守恒定律的表达式是_____. ②若滑块经过光电门 2 时钩码已着地，为验证机械能守恒定律，已测得钩码初始位置离地 髙度 h，还需测 量的一个物理量是_____. 【答案】 (1). 13.50 (2). A (3). (4). 遮光条通过光电门 2 的 时间 【解析】 【分析】 由题中“图甲是验证机械能守恒定律的装置”可知，本题考查机械能守恒定律实验，根据实验原理和数据 处理可分析本题。 （1）[1]根据游标卡尺的读数规则，分度值为 0.05mm，读数为 ； （2）[2]因为发现滑块通过光电门 1 的时间大于通过光电门 2 的时间，说明左低右高，因此可以调节 P 使轨 道左端升高一些，故选 A； （3）[3]两个光电门的速度分别为 和 ，因此可得 的 2 2 2 2 1 1 1 1( )2mgL m M d t t  = + −    13.00 0.05 10mm=13.50mm+ × 1 d t 2 d t 2 2 2 2 2 1 1 1( ) ( )2 2 d dmgL m M m Mt t = + − +即 [4] 因为滑块经过光电门 2 时钩码已着地，所以为验证机械能守恒定律，还需知道两点的速度，因此需要测 量遮光条通过光电门 2 的时间。 3、（2020·江西省南昌市安义中学高三上学期 12 月月考）某同学用图示装置研究碰撞中的动量守恒，实验 中使用半径相等的两小球 和 ，实验步骤如下： ①用天平测得 、 两小球的质量分别为 、 ，且 ②如图所示安装器材，在竖直木板上记下 O 点（与装置 C 点的小球的球心等高），调节斜槽使其末端的切线 水平 ③C 处先不放小球，将球 从斜槽上的适当高度由静止释放，球 抛出后撞在木板上的平均落点为 P ④再将球 置于 C 处，让球 从斜槽上的同一位置由静止释放，两球碰后落在木板上的平均落点为 M、N ⑤．用刻度尺测出三个平均落点到 O 点的距离分别为 、 、 回答下列问题： （1）若 C 点到木板的水平距离为 ，小球的平均落点到 O 点的距离为 ，重力加速度为 ，则小球做平抛 运动的初速度 _______ （2）若两小球的碰撞为弹性碰撞，则下列关系式正确的是_______ A． B． C． D． 2 2 2 2 1 1 1 1( )2mgL m M d t t  = + −    A B A B 1m 2m 1 2m m> A A B A Mh ph Nh x h g 0v = p N Mh h h+ = 2 2 2 p N Mh h h+ = p N Mh h h+ = p N M 1 1 1 h h h + =【答案】 (1). (2). D 【解析】 (1)[1]由平抛运动的规律求初速度 (2)[2]根据弹性碰撞的特点有： m1v0=m1v1+m2v2 将有 m1 的项移到左边并化简整理后有 根据题意，碰撞前的入射球的速度 碰撞后入射球的速度 被碰撞球的速度 将三个速度代入化简式可得 2 gx h 0 22 x x gv xt hh g = = = 2 2 2 1 0 1 1 2 2 1 1 1 2 2 2m v m v m v= + 0 1 2v v v+ = 0 2 p gv x h = 1 2 N gv x h = 2 2 M gv x h = 1 1 1 P N Mh h h + =故 D 正确． 4、（2020·江西省南昌市安义中学高三上学期 12 月月考）某实验小组做“探究动能定理”实验，装置如图甲 所示。探究对象是铝块（质量小于砂桶和砂的总质量），保持其质量 m 不变，通过在砂桶中加砂来改变对铝 块的拉力，由力传感器可测得拉力的大小 F。已知当地重力加速度为 g，电源频率为 f。 （1）若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更________（填“大”或“小”）。 （2）实验时，让砂桶从高处由静止开始下落，在纸带打出一系列 点，如图乙所示，其中 0 是打下的第一 个点，取纸带上 0~5 过程进行研究，铝块动能的增加量 ΔEk=_______，合外力做的功 W=______（用题目和 纸带中已知物理量符号表示）。 （3）为了更普遍地反应铝块运动过程中功与动能增加量的关系，某同学选取 0 点到不同计数点过程，作出 ΔEk–W 图象如图丙所示，他根据图像斜率的值约为_________，才得到结论：外力做的功等于动能的增加量。 【答案】 (1). 大 (2). (3). （F-mg）(h+x1) (4). 图像斜率近似为 1 【解析】 (1)[1]由于滑轮的摩擦，若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更大； (2)[2]计数点 5 的瞬时速度 铝块动能的增加量 的 ( )2 2 1 2 8 m x x f+ 1 5 1 5 5 ( ) 2 2 x x x x fv T + += = 2 2 2 21 2 1 2 k 5 ( )1 1 ( )2 2 2 8 x x m x x fE mv m f + +∆ = = =[3]合外力做的功 (3)[4]由实验原理得 所以只有在图像斜率的值约为 1 时，才能得到结论：外力做的功等于动能的增加量。 5、.（2020·江西省新余市一中高三上学期第四次段考）发如图所示，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。 （1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量_____________（填选项 前字母），间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度 h B．小球抛出点距球与墙面碰撞点的高度差 H C．小球做平抛运动的水平位移 x D．小球做平抛运动的时间 t （2）图中 O 点是小球抛出点在竖直墙面上的垂直投影。实验时，先让入射球 m1 多次从斜轨上 P 位置静止 释放，找到其与墙面碰撞点的平均位置。然后，把被碰小球 m2 静置于轨道的水平部分，再将入射球 m1 从 斜轨上 p 位置静止释放，与小球 m2 相碰，并多次重复，找到两球与墙壁碰撞点的平均位置。用天平测量两 个小球的质量 m1、m2，测出球与墙碰撞点与 O 点的距离 OP、OM、ON，若两球相碰前后的动量守恒，其 表达式可表示为______。 （3）为了得到多组实验数据验证，可采取_________办法实现（只写一条） 1( )( )W F mg h x= − + kE W∆ =【答案】 (1). B (2). (3). 适当调整竖直墙面的位置或改变小 球的质量 【解析】 (1)[1]由实验原理可知，小球做平抛运动的水平位移相等，平抛运动的初速度与运时间成反比，而小球的运 动时间可通过竖直方向的位移求得，即为小球抛出点距球与墙面碰撞点的高度差 H，故选 B； (2)[2]没放被碰小球时，m1 做平抛运动的速度为 放上被碰小球后，m1，m2 做平抛运动的速度分别为 由实验原理可知， 即 (3)[3]由实验原理可知，为了得到多组实验数据验证，可采取改变小球在空中运动的时间，即适当调整竖直 墙面的位置，或改变小球的质量等。 6、（2020·江西省新余市一中高三上学期第四次段考）一个喷漆桶能够向外喷射不同速度的油漆雾滴，，某 同学决定测量雾滴的喷射速度，他采用如图 1 所示的装置，一个直径为 d=40cm 的纸带环，安放在一个可以 按照不同转速转动的固定转台上，纸带环上刻有一条狭缝 A，在狭缝 A 的正对面画一条标志线.如图 1 所 1 1 2m OM m OP m ON⋅ = ⋅ + ⋅ 1 2 xv OM g = ⋅ ' 1 2 xv OP g = ⋅ 2 2 xv ON g = ⋅ 1 1 2 2 2 2OM OP ONm m mg g g ⋅ ⋅ ⋅⋅ = ⋅ + ⋅ 1 1 2m OM m OP m ON⋅ = ⋅ + ⋅示．在转台达到稳定转速时，向侧面同样开有狭缝 B 的纸盒中喷射油漆雾滴，当狭缝 A 转至与狭缝 B 正对 平行时，雾滴便通过狭缝 A 在纸带的内侧面留下痕迹．将纸带从转台上取下来，展开平放，并与毫米刻度 尺对齐，如图图 2 所示． 请你帮该同学完成下列任务：（只保留 2 位有效数字） （1）设喷射到纸带上的油漆雾滴痕迹到标志线的距离为 s，则从图 2 可知，其中速度最大的雾滴到标志线 的距离 s1=__cm；速度最小的雾滴到标志线的距离 s2=______cm. （2）如果转台转动的周期为 T，则这些雾滴喷射速度范围的计算表达式为 v0=_______（用字母表示） （3）如果以纵坐标表示雾滴速度 v0、横坐标表示雾滴距标志线距离 倒数 ，画出 v0 一 图线，如图 3 所 示，则可知转台转动的周期为 T=________s． 【答案】 (1). (2). (3). (4). 【解析】 (1) 雾滴运动的路程一定，速度越大，运行的时间越短，此时转台转过的弧度越小，打在纸带上的点距离标 志线的距离越小．所以其中速度最大的雾滴到标志线的距离 S1=2.10cm；速度最小的雾滴到标志线的距离 S2=2.90cm； 的 1 s 1 s 2.1 2.9 2 2 0 2 2 d dvs T s T π π≤ ≤ 1.6(2) 如果转台转动的周期为 T，则雾滴运动的时间为 ，所以 (3)图象中斜率 ，可得 T=1.6s. 【点睛】解决本题 关键知道雾滴运动的路程一定，速度越大，运行的时间越短，此时转台转过的弧度越 小，打在纸带上的点距离标志线的距离越小．会根据 求出雾滴运动的时间，再根据 求出 喷枪喷出雾滴的速度． 7、（2020·陕西省安康中高三上学期 12 月月考）某同学利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关 系，实验中所用打点计时器的频率为 50Hz，所有计算结果均保留两位有效数字．（取 g=9.8m/s2） （1）为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出 的纸带判断小车是否做__运动． （2）平衡摩擦力后，连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到一条打点清晰的纸带，得到的数据如图乙 所示，相邻两计数点间有 4 个点未画出．则这次实验中小车运动的加速度大小是___m/s2，打下点 C 时小车 的速度大小是__m/s．（结果保留两位有效数字） （3）实验前已测得小车的质量为 0.5kg，托盘质量为 0.006kg，则该组同学放入托盘中的砝码质量应为 ____kg．（结果保留两位有效数字） 【答案】 (1). 匀速直线 (2). 0.50 (3). 0.26 (4). 0.020 【解析】 （1）［1］取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带点迹间距是否均 匀，即可判断小车是否做匀速直线运动，如果是即达到了平衡摩擦力的目的． （2）［2］相邻两计数点间有 4 个点未画出，相邻两计数点间的时间 T=0.1s，由逐差法 x=a（2T）2 得加速 度 的 s sTt v dπ= = 2 2 0 2 2 d dvs T s T π π≤ ≤ 2 0.1dk T π π= = s sTt v dπ= = dv t = a= 10-2m/s2=0.50m/s2 ［3］根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打下点 C 时小车的速度大小 v= = 10-2m/s=0.26m/s （3）［4］小车的质量 M=0.5kg，托盘质量 m0=0.006kg，设该组同学放入托盘中的砝码质量为 m，根据牛顿 第二定律 （m0+m）g=Ma 砝码质量 m= -m0= kg-0.006kg=0.020kg 8、（2020·陕西省安康中高三上学期 12 月月考）某物理兴趣小组在验证胡克定律的实验中别出心裁，将弹 簧一端固定在铁架台上，然后自然悬垂。当在弹簧的另一端悬挂一个钩码稳定后，用实验室打点计时器所 用纸带比量弹簧长度，做好标记并整齐剪下这段纸带;然后再加挂一个相同钩码稳定后，同样用纸带比量弹 簧长度，做好标记并整齐剪下第二段纸带;总共加挂了三次，剪下四条纸带。随后将纸带一端对齐，整齐排 列在一张坐标纸上，如图所示。已知每个钩码的质量为 50g，坐标纸最小方格的边长为 1mm，当地重力加 速度为 9. 8m/s2。 （1）四条纸带的长度由长到短依次为 6.87cm，______cm， 5. 72cm，______cm。 （2）弹簧的原长 l0=__________.cm。 （2）可以判断胡克定律_________ (填“成立”或“不成立”)，判断依据是___________。 （4）弹簧的劲度系数 k=________N/m。(计算结果保留三位有效数字) . 【答案】 (1). 6.30 (2). 5.17 (3). 4.60 (4). 成立 (5). 弹簧增加相同的弹力，伸长的长度(形 变量)近似相等。或者连接四条纸带右上角得到一条直线，说明弹簧弹力与形变成正比 (6). 87.7 ( ) ( )2 3.30 2.81 2.31 1.80 2 0.1 + − − × × 2 BDx T 2.31 2.81 2 0.1 + ×× Ma g 0.50 0.50 9.8 ×【解析】 (1)[1][2]根据坐标纸最小方格的边长为 1mm，读出长度分别为 6.30mm，5.17mm. (2)[3]分析四条纸带的长度可知每多挂 50g 的重物，弹簧伸长的长度大约增加 0.57mm，由(1)可知弹簧只挂 50g 重物时，弹簧长度是 5.17mm，故弹簧原长为： (3)[4][5]因为弹簧增加相同的弹力，伸长的长度(形变量)近似相等，故可以判断胡克定律成立. (4)[6]根据胡克定律有： 0 5.17mm 0.57mm=4.60mml = − 3 2 50 10 10 0.57 10 N/m=87.7N/mFk x − − ∆ × ×= =∆ ×