专辑19 力学实验题-2021年高考5月北京市二模物理试题分项汇编（解析版）

2021 年高考 5 月北京市二模物理试题分项汇编 专题 19 力学实验题 1、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模反馈）某同学借助图所示装置验证动量守恒定律，长木板的 一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使两个小车均能在木板上做匀速直线运动。 小车 1 前端贴有橡皮泥，后端与穿过打点计时器的纸带相连，接通打点计时器电源后，让小车 1 以某速度 做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车 2 相碰并粘在一起，之后继续做匀速直线运动。打点计时器电 源频率为 50Hz，得到的纸带如图所示，已将各计数点之间的距离标在图上。 （1）图中的数据有 AB、BC、CD、DE 四段，计算小车 1 碰撞前的速度大小 v1=_______m/s，计算两车碰撞 后的速度大小应选_______段。 （2）若小车 1 的质量（含橡皮泥）为 0.4kg，小车 2 的质量为 0.2kg，根据纸带数据，经过计算，发现两小 车碰前动量________碰后两小车动量（填“大于、等于、小于”）。你认为出现此结果的原因可能是_______。 （3）关于实验的操作与反思，下述说法正确的是_______。 A．实验中小车 1 必须从静止释放 B．若小车 1 前端没贴橡皮泥，不影响实验验证 C．上述实验装置不能验证弹性碰撞规律 （4）如果在测量小车 1 的质量时，忘记粘橡皮泥，则所测系统碰前的动量与系统碰后的动量相比，将 _________（填“偏大”或“偏小”或“相等”））。 【答案】 (1). 1.712 (2). DE (3). 大于 (4). 针孔与纸带之间有摩擦 (5). C (6). 偏小 【解析】 （1）[1]碰前的速度应选 BC 段的平均速度 1 0.1712 m/s 1.712m/s0.1 BCv T    [2]由于 CD 段既有碰前的运动，也有碰后的运动，因此计算两车碰撞后的速度大小应选 DE 段 （2）[3] [4]碰前的动量 1 1 1 0.4 1.712kg m/s 0.685kg m/sp m v      碰后的速度 2 0.1140 m/s 1.140m/s0.1v   因此碰后的动量 2 1 2 2( ) (0.4 0.2) 1.140kg m/s 0.684kg m/sp m m v        因此碰前动量大于碰后的动量，可能的原因是针孔与纸带之间存在摩擦。 （3）[5]A．由于小车 1 匀速运动，因此必须给小车 1 一定的初速度，A 错误； B．若小车 1 前端没贴橡皮泥，碰后两个小车会分离，速度不同，本实验无法求得车 2 的速度，B 错误； C．通过打点计时器只能测量碰前，碰后车 1 的速度，若弹性碰撞，碰后车 2 的速度无法测量，因此本实验 装置不能验证弹性碰撞规律，C 正确。 故选 C。 （4）[6] 设橡皮泥质量为 m ，碰撞过程中应满足 1 1 1 2 2( ) ( )m m v m m m v      如果在测量小车 1 的质量时，忘记粘橡皮泥，则碰前动量测量值 1 11p m v测 碰后动量的测量值 1 2 22 ( )p m m v 测 显然 1 21 ( ) 0p p m v v    测 2测 因此所测系统碰前的动量小于系统碰后的动量。 2、（2021·北京市海淀区高三下学期 5 月二模）用如图 13 所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高 处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，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。已知当地重力加速度为 g。 图 13 打点计时器 纸带 夹子 重锤 （1）除图 13 中所示的装置之外，还必须使用的器材是 ； A．直流电源、天平（含砝码） B．直流电源、刻度尺 C．交流电源、天平（含砝码） D．交流电源、刻度尺 （2）下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图 13 所示安装好实验器材并连接好电源 B．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带 C．测量纸带上某些点间的距离 D．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或者操作不当的步骤是 （选填步骤前的字母）； （3）如图 14 所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点 A、B、C、D、E，通过测量并计算 出点 A 距起始点 O 的距离为 s0，点 AC 间的距离为 s1，点 CE 间的距离为 s2，若相邻两点的打点时间间隔为 T，重锤质量为 m，根据这些条件计算重锤从释放到下落 OC 距离时的重力势能减少量ΔEp= ，动能 增加量ΔEk= _______；在实际计算中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要 是 ； A s2s1 B C D E s0 O 图 14 （4）某同学利用图 14 中纸带，先分别测量出从 A 点到 B、C、D、E、F、G 点的距离 h（其中 F、G 点为 E 点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出 B、C、D、E、F 各点时重锤下落的速度 v 和 v2，绘 制 2 hv 图像，如图 15 所示，并求得图线的纵轴截距 b 和斜率 k。 v2 hO 图 15 ①请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒？ ； ②假设上述实验操作中不受一切阻力影响，此时绘制的 2 hv 图线的纵轴截距 b和斜率 k与 b、k 的关 系最可能的是 。 A．b>b，k>k B．bΔEk，这是因为存在摩擦 阻力做负功； （3）根据原理可得 2 2 v =gh，故 2 2 v -h 的图像是过原点的直线，选项 B 正确。 7、（2021·北京市首都师大附中高三下学期 4 月月考）利用图 1 装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 （1）除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用 的还有______；（选填器材前的字母） A．大小合适的铁质重锤 B．体积较大的木质重锤 C．刻度尺 D．游标卡尺 E．秒表 （2）图 2 是实验中得到的一条纸带。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 hA、hB、hC；重锤质量用 m 表示，已知当地重力加速度为 g，打点计时器打点的周期为 T。从打下 O 点到打下 B 点的过程中，重锤重力势能减少量ΔEp=______，动能的增加量ΔEk=______； （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，关于这个误差产生的原因是______； （4）在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是______； A．做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤 B．实验时要多打几条纸带，必须选择第 1、2 两点间距离约为 2mm 的纸带 C．为测量打点计时器打下某点时重锤的速度 v，可测量该点到 O 点的距离 h，再根据运动学公式计算，其 中 g 应取当地的重力加速度 D．用刻度尺测量某点到 O 点的距离 h，利用公式 mgh 计算重力势能的减少量，其中 g 应取当地的重力加速 度 （5）某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点 O 的距离 h，并计算出打相应计数点时重锤的速度 v，通过描绘 v2-h 图像去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从 理论上分析，合理的 v2-h 图像是图中的哪一个______。 A. B. C. D. 【答案】 (1). AC (2). mghB (3).  2 28 C Am h h T  (4). 重物下落过程要受到阻力作用，重物克服 阻力做功，机械能有损失 (5). AD (6). A 【解析】 (1)[1] AB．为减小重物运动过程的空气阻力，重物应该质量大一些、体积小一些的物体，故应该选大小合适 的铁质重锤，故 A 正确，B 错误； CD．由于要测量纸带上计数点间的距离，故要用到刻度尺，故 C 正确，D 错误； E．打点计时器可记录重物的运动时间，不需要秒表，故 E 错误。 故选 AC。 (2)[2][3] 从打下 O 点到打下 B 点的过程中，重锤重力势能的变化量的绝对值为 ΔEp=mghB 由于初速度为零，则动能的变化量为  22 2 k 2 1 1 2 2 2 8 C AC A B m h hh hE mv m T T        (3)[4]实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差产生的原因是重物下落过程要 受到阻力作用，重物克服阻力做功，机械能有损失。 (4)[5] A．做实验时，先接通电源，后释放重锤，故 A 正确； B．物体自由下落时根据公式 21 2h gt ，其中 t =0.02s，由此可知，开始所打两个点之间的距离约等于 2mm， 但验证机械能守恒，不是必须选择的，故 B 错误； C．由于实验过程中不可避免地存在阻力作用，所以重物的实际加速度小于重力加速度，所以应该利用匀变 速直线规律中的：平均速度等于中间时刻的速度来求打下某点时，重锤的速度 v，故 C 错误； D．用刻度尺测量某点到 O 点的距离 h，利用公式 mgh 计算重力势能的减少量，其中 g 应取当地的重力加速 度，故 D 正确。 故选 AD。 (5)[6] 实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，设加速度为 a，则根据匀变速直线运动规律有 v2=2ah，可知 v2 与 h 成正比例函数关系。 故选 A。 8、（2021·北京市丰台区高三下学期 5 月二模）在“验证动量守恒定律”的实验中，先让质量为 m1 的 A 球 从斜槽轨道上某一固定位置 S 由静止开始滚下，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在 复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作 10 次，得到 10 个落点痕迹。再把质量为 m2 的 B 球放在斜槽 轨道末端，让 A 球仍从位置 S 由静止滚下，与 B 球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作 10 次。M、P、N 为三个落点的平均位置，O 点是轨道末端在白纸上的竖直投影点。 （1）实验中，通过测量___________间接地测定小球碰撞前后的速度； A.小球开始释放的高度 h B.小球抛出点距地面的高度 H C.小球做平抛运动的水平距离 （2）以下提供的器材中，本实验必须使用的是___________； A.刻度尺 B.天平 C.秒表 （3）关于该实验的注意事项，下列说法正确的是___________； A.斜槽轨道必须光滑 B.斜槽轨道末端的切线必须水平 C.上述实验过程中白纸可以移动 D.两小球 A、B 半径相同 （4）为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足 m1>m2，若满足关系式___________则可以认为两小 球碰撞前后总动量守恒； （5）某同学记录小球三个落点的平均位置时发现 M 和 N 偏离了 OP 方向，如图甲所示。该同学认为只要 满足关系式___________，则说明两小球碰撞前后总机械能守恒； （6）实验时，若斜槽轨道光滑、两小球发生弹性碰撞，且 m1