实验专练九 力学创新实验-【金版教程】2025年高考物理一轮总复习首选用卷全书Word（新教材）

金版教程　高考总复习首选用卷　物理 实验专练九　力学创新实验 题组一　基础与经典题 1．某学习小组利用如图所示装置探究弹簧的弹性势能大小。实验器材有：左端带有挡板的水平长木板、轻质弹簧、带有遮光片的滑块、光电门、数字计时器、游标卡尺、毫米刻度尺、天平。 实验过程如下： ①用游标卡尺测得遮光片的宽度为d，用天平测得带有遮光片的滑块质量为m； ②长木板固定在水平地面上，将弹簧左端固定在挡板P上，右端与滑块不拴接，当弹簧自由伸长时，弹簧的右端垂直投影位于木板上O处，在此处安装光电门，并与数字计时器相连； ③用滑块压缩弹簧，然后用销钉把滑块锁定，此时遮光片中心线通过木板上的A点，用刻度尺测量出A、O间的距离x； ④拔去锁定滑块的销钉，滑块经过光电门，记录数字计时器显示的遮光时间为t，滑块停止运动时遮光片中心线通过木板上的B点，用刻度尺测量出O、B间的距离L。 请回答下列问题： (1)滑块与弹簧分离瞬间，滑块的速度大小v＝________； (2)滑块在OB段运动的加速度大小a＝________； (3)实验过程中弹簧的最大弹性势能Epm＝________。(均用题目所给物理量符号表示) 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)根据光电门工作原理，滑块与弹簧分离瞬间，滑块的速度大小v＝。 (2)根据运动学知识，滑块在OB段运动的过程有0－v2＝－2aL，又v＝，解得a＝。 (3)实验中，从拔去销钉到滑块停止运动，根据能量守恒定律，可知弹簧弹性势能全部转化为滑块与木板因摩擦而产生的内能，则Epm＝f(L＋x)，滑块在OB段运动过程，由牛顿第二定律得f＝ma，联立解得Epm＝。 题组二　高考真题 2．(2023·浙江6月选考)如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表。 钩码个数 0 1 2 … xA/cm 7.75 8.53 9.30 … xB/cm 16.45 18.52 20.60 … 钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝________ cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝________ cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp________mg(ΔxA＋ΔxB)(选填“＝”、“<”或“>”)。 答案　0.78　1.29　< 解析　钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝8.53 cm－7.75 cm＝0.78 cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝(18.52 cm－8.53 cm)－(16.45 cm－7.75 cm)＝1.29 cm。弹簧A、B的弹力随形变量的增大而增大，因为此时弹簧A、B中的弹力大小均为mg，则弹簧A、B克服弹力做功分别为WA＝A·ΔxA<mg·ΔxA，WB＝B·ΔxB<mg·ΔxB，由功能关系可得，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp＝WA＋WB<mg(ΔxA＋ΔxB)。 3．(2023·福建高考)某小组用图a所示的实验装置探究斜面倾角是否对动摩擦因数产生影响。所用器材有：绒布、木板、滑块、挡光片、米尺、游标卡尺、光电门、倾角调节仪等。实验过程如下： (1)将绒布平铺并固定在木板上，然后将光电门A、B固定在木板上。用米尺测量A、B间距离L； (2)用游标卡尺测量挡光片宽度d，示数如图b所示。该挡光片宽度d＝________ mm； (3)调节并记录木板与水平面的夹角θ，让装有挡光片的滑块从木板顶端下滑。记录挡光片依次经过光电门A和B的挡光时间ΔtA和ΔtB，求得挡光片经过光电门时滑块的速度大小vA和vB。某次测得ΔtA＝5.25×10－3 s，则vA＝________ m/s(结果保留3位有效数字)； (4)推导滑块与绒布间动摩擦因数μ的表达式，可得μ＝________(用L、vA、vB、θ和重力加速度大小g表示)，利用所得实验数据计算出μ值； (5)改变θ进行多次实验，获得与θ对应的μ，并在坐标纸上作出μ­θ关系图像，如图c所示； (6)根据上述实验，在误差允许范围内，可以得到的结论为__________________________。 答案　(2)5.25　(3)1.00　(4)tanθ－ (6)斜面倾角对动摩擦因数没有影响 解析　(2)由题图b可知，该游标卡尺为20分度，精度为0.05 mm，则该挡光片宽度d＝5 mm＋5×0.05 mm＝5.25 mm。 (3)根据极短时间内的平均速度近似等于该段时间内某时刻的瞬时速度，可知挡光片经过光电门A时滑块的速度大小为vA＝＝ m/s＝1.00 m/s。 (4)挡光片依次经过光电门A和B的过程，对滑块(含挡光片)由动能定理可得mgLsinθ－μmgLcosθ＝mv－mv，解得μ＝tanθ－。 (6)根据题图c可知，在误差允许的范围内，可认为动摩擦因数并不随斜面倾角θ的变化而发生变化，所以可以得到的结论为：斜面倾角对动摩擦因数没有影响。 题组三　模拟题 ※4.(2023·湖北省七市(州)高三下3月联合统一调研)2022年11月30日7时33分，翘盼已久的神舟十四号航天员乘组顺利打开“家门”，热情欢迎远道而来的神舟十五号乘组亲人入驻“天宫”。胜利会师的两个航天员乘组，一起在中国人自己的“太空家园”里留下了一张载入史册的太空合影(图甲)。假设刘洋想在太空用如图乙所示的装置验证碰撞中的动量守恒，粗糙导轨平放在实验台上，A、B两滑块上装有相同的挡光板但宽度未知，滑块由静止被压缩的弹簧弹开后，左侧A滑块通过左侧的光电计时器，记录挡光时间为t1，右侧B滑块通过右侧的光电计时器，记录挡光时间为t2，A、B质量未知。 (1)假如航天员在A、B两滑块中间夹了一个质量不计的压力传感器，现给B滑块一个恒力，如图丙所示，此时压力传感器示数为N1，将A、B对换位置，给A施加相同的恒力，压力传感器示数为N2，据此可知A、B两滑块的质量之比mA∶mB＝________(用N1、N2表示)。 (2)关于在天宫二号中验证碰撞中的动量守恒的实验，下列说法正确的是________。 A．需要测出挡光板宽度d B．可以用天平测出A、B滑块的质量 C．验证动量守恒，不需要先平衡摩擦力 D．通过题干条件和步骤(1)无法估算出弹簧的弹性势能 (3)写出验证滑块A、B动量守恒的表达式：________(用N1、N2、t1、t2表示)。 答案　(1)N1∶N2 (2)CD (3)＝ 解析　(1)将A、B视为一个系统，恒力F作用在系统上时，设系统的加速度大小为a，根据牛顿第二定律，对于系统有F＝(mA＋mB)a，F作用在B上时，对于滑块A有N1＝mAa，A、B对换位置，F作用在A上时，对于滑块B有N2＝mBa，联立可得A、B两滑块的质量之比mA∶mB＝N1∶N2。 (2)释放弹簧前，A、B的总动量为p1＝0，释放弹簧后，设A、B的速度分别为vA、vB，则A、B的总动量为p2＝mAvA－mBvB，其中vA＝，vB＝，如果碰撞前后系统动量守恒，则有p1＝p2，联立可得＝，故不需要测出挡光板宽度d，故A错误；“天宫”中物体处于完全失重状态，不能用天平测出A、B滑块的质量，故B错误；“天宫”中的物体均处于完全失重状态，则滑块与导轨间无弹力，滑块不受摩擦力，不需要平衡摩擦力，故C正确；由机械能守恒定律可得，弹簧的弹性势能Ep＝mAv＋mBv，因为滑块质量和挡光板宽度均未知，故无法估算出弹簧的弹性势能，故D正确。 (3)由(2)问的分析可知，验证滑块A、B动量守恒的表达式为＝，由(1)问知mA∶mB＝N1∶N2，可得＝。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$