2022高考物理 基础知识综合复习 优化集训23 必修二实验.docx

1、优化集训23必修二实验基础巩固1.如图所示,在研究平抛运动时,小球A沿轨道滑下,离开轨道末端(末端水平)时撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。改变整个装置的高度做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。该实验现象说明了A球在离开轨道后()A.水平方向的分运动是匀速直线运动B.水平方向的分运动是匀加速直线运动C.竖直方向的分运动是自由落体运动D.竖直方向的分运动是匀速直线运动2.以下是做研究平抛物体运动实验的步骤:A.将斜槽固定于实验桌上。B.将坐标纸固定于木板上,并使木板面竖直且与小球运动轨迹平行和靠近,在坐标纸上记下过槽口的竖直线作为y轴,并作出小球在槽口时

2、在坐标纸上的水平投影点作为原点。C.将钢球从斜槽上某处由静止释放,它离开斜槽轨道后做平抛运动,先用眼睛粗略地确定小球经过某一x处(如x=1 cm)的y值;然后使小球再次从原位置滚下,再用铅笔准确地确定小球通过的位置并在坐标纸上记下来。依次改变x的值,同样确定出多个点的位置。D.取下坐标纸,作出x轴,然后将记录的各相邻点用直线连接起来,得到轨迹。E.在轨迹上取一点,用尺测出x和y的值,求出初速度。在以上步骤中有三处错误或不足,请指出并改正过来。(1)。(2)。(3)。3.(1)为了研究平抛运动的规律,设计如图甲、乙的实验。在图乙所示的实验中,小锤打击弹簧片C,C向前推动小钢球A具有水平初速度,使

3、A做平抛运动,同时松开小钢球B,使B做自由落体运动,结果两球同时落地。A、B两球同时落地,说明A球。在图甲所示实验中,将小铁球P、Q分别吸在电磁铁上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度同时从两轨道的下端射出,将观察到现象。说明P球。(2)在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如图所示,以A为坐标原点,建立坐标系,各点坐标值已在图中标出,则小球平抛的初速度大小为,小球经过B点的速度大小为。(g取10 m/s2)4.探究向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系的实验装置如图所示。转动手柄,可使塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。塔轮自上而下有三层,每层左右半

4、径比分别是11、21和31。左右塔轮通过皮带连接,并可通过改变皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比。实验时,将两个小球分别放在短槽C处和长槽的A(或B)处,A、C到塔轮中心的距离相等。两个小球随塔轮做匀速圆周运动,向心力大小可由塔轮中心标尺露出的等分格的格数读出。(1)在该实验中应用了来探究向心力的大小与质量m、角速度和半径r之间的关系。A.理想实验法B.控制变量法C.等效替代法(2)用两个质量相等的小球放在A、C位置,匀速转动时,左边标尺露出1格,右边标尺露出4格,则皮带连接的左右塔轮半径之比为。5.如图所示,图甲为“用向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图,图乙为俯视图。图中A、B槽分

5、别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同,a、b两轮在皮带的带动下匀速转动。(1)两槽转动的角速度A(选填“”“=”或“”)B。(2)现有两质量相同的钢球,球放在A槽的边缘,球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为21。则钢球、的线速度之比为;受到的向心力之比为。6.某同学用如图所示装置做探究向心力大小与角速度大小的关系。装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动,一个滑块套在水平光滑杆上,用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接,细绳处于水平伸直状态,当滑块随水平杆一起匀速转动时,细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得,滑块转动的角速度可以通过轻质角速度传

6、感器测得。(1)保持滑块的质量和到竖直转轴的距离r不变,仅多次改变竖直转轴转动的快慢,测得多组力传感器的示数F及角速度传感器的示数,根据实验数据得到F-2的图线斜率为k,则滑块的质量为。(用题目中的字母表示)(2)若水平杆不光滑,根据(1)得到图线的斜率将(选填“增大”“不变”或“减小”)。7.在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,电源的频率为50 Hz,依次打出的点为0、1、2、3、4n。(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证,必须直接测量的物理量为、,必须计算出的物理量为、,验证的表达式为。(2)下列实验步骤合理的排列顺序是。(填写步骤前面的字母)A.将打点计时器竖直安装在铁架台

7、上B.先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落C.取下纸带,更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D.将重物固定在纸带的一端,让纸带穿过打点计时器,用手提着纸带E.选择一条纸带,用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3hn,计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3vnF.分别算出12mvn2和mghn,在实验误差允许的范围内看是否相等8.在验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率f=50 Hz,某次实验选择一条较理想纸带,某同学用毫米刻度尺测量从起始点O依次到A、B、C、D、E、F各点的距离分别记作x1、x2、x3、x4、x5、x6,并记录在下表中。符号x1x2x3x4x5x6数值(10-2m)

8、0.190.761.713.064.786.87(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是()A.重锤的质量B.重力加速度C.重锤下降的高度D.重锤的瞬时速度(2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律。已知重锤的质量为1 kg,当地的重力加速度为9.80 m/s2。则此过程中重锤重力势能减少量为J,而动能的增加量为J。(结果均保留三位有效数字)(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a,为了充分利用记录数据,尽可能减少实验操作和测量过程中的误差,他的计算式应为a=,代入数据,求得a=m/s2(结果保留三位有效数字)。因此(选填“能”或“不能”)用v=gt求重锤在E

9、点处的速度。能力提高9.如图是研究平抛运动的实验装置示意图,桌面上的小球经压缩状态的弹簧弹开后,飞出桌面做平抛运动。撞到带有白纸和复写纸的竖直长木板上,并留下痕迹A。重复实验,木板依次后退水平距离相同,都为x,小球撞在木板上,留下痕迹B、C,测量A、B、C点到同一点O的距离y1、y2、y3,其中O点与小球抛出时圆心位置等高。(1)关于此实验,以下说法正确的是。A.重复实验时,必须将弹簧压缩到同一位置,再释放小球B.桌面必须保证严格水平C.桌面必须尽量光滑,多次重复实验D.一定会有y1y2y3=149(2)利用题目中所给数据,可得到平抛运动的初速度为v0=(已知当地重力加速度为g)。10.某实验

10、小组在做验证机械能守恒定律实验中,提出了如图所示的甲、乙两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验,乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。(1)小组同学对两种方案进行了深入的讨论分析,最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案是,理由是。(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图丙所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02 s,请根据纸带计算出B点的速度大小为m/s。(结果保留三位有效数字)丙11.在“探究向心力大小的表达式”实验中,所用向心力演示仪如图甲、图乙所示。图丙是部分原理示意图:其中皮带轮、的半径相同,轮的半径是轮的2倍,轮的半径是轮的2倍,两转臂上黑白格的长度相等

11、。A、B、C为三根固定在转臂上的挡板,可对转臂上做圆周运动的实验球产生挤压,从而提供向心力,图乙中的标尺1和2可以显示出两球所受向心力的大小关系。可供选择的实验球有:质量均为2m的球和球,质量为m的球。甲乙丙(1)为探究向心力与圆周运动轨道半径的关系,实验时应将皮带与轮和轮相连,同时应选择球和球作为实验球;(2)若实验时将皮带与轮和轮相连,这是要探究向心力与(填物理量的名称)的关系,此时轮和轮的这个物理量值之比为,应将两个实验球分别置于挡板C和挡板处;(3)本实验采用的实验方法是,下列实验也采用此方法的是。A.探究平抛运动的特点B.验证机械能守恒定律C.探究加速度与力和质量的关系D.探究两个互

12、成角度的力的合成规律12.(2021衢州教学质量测试)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。甲(1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、重锤、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.天平B.刻度尺C.游标卡尺D.直流电源E.交流电源F.秒表(2)图乙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,打点计时器打点的时间间隔为T。从打下O点到打下B点的过程中,重锤重力势能的减少量Ep=,动能的增加量Ek=。乙(3)在实验过程中,下列做法正确的是。A.做实

13、验时,先接通打点计时器的电源,再释放重锤B.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,再根据公式计算,其中g应取当地的重力加速度C.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度vD.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参考答案优化集训23必修二实验1.C解析由于A、B两球同时从同一高度开始下落,并且同时到达地面,故在竖直方向两球遵循相同的运动规律,即速度、加速度总是相同。由于B球做自由落体运动,故A球在平抛过程中在竖直方向也做自由落体运

14、动,故C正确,D错误;而A球在水平方向的运动没有可以参照的物体,故无法确定平抛运动的物体在水平方向的运动所遵循的规律,故A、B无法判定。2.解析(1)步骤A,应调整斜槽轨道使其末端切线水平,这样才可以保证物体离开斜槽后做平抛运动,满足平抛运动的条件。(2)步骤D,应该用平滑的曲线将各点连接起来,因为平抛运动的轨迹是一条曲线,而非直线。(3)步骤E,要多取几个点,分别计算初速度,然后取平均值作为测量结果。答案见解析3.解析(1)用小锤打击弹簧片,A球就水平飞出,同时B球被松开,做自由落体运动,两球同时落到地面,知A球竖直方向上的运动规律与B球相同,即平抛运动竖直方向上做自由落体运动;把两个质量相

15、等的小铁球从同一轨道高度由静止同时释放,则将观察到的现象是P球落到水平木板上击中Q球,即两球发生碰撞,可知P球在水平方向上的运动规律与Q球相同,即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动。(2)根据y=gT2得,T=yg=0.25-0.1510s=0.1s,即小球由A到B的时间为0.1s平抛运动的初速度v0=xT=0.10.1m/s=1m/sB点竖直分速度vy=yAC2T=0.40.2m/s=2m/s则小球在B点的速度大小为vB=v02+vy2=5m/s。答案(1)竖直方向是自由落体运动两球发生碰撞水平方向是匀速直线运动(2)1 m/s5 m/s4.解析(1)要探究向心力的大小与质量m、角速度和半径

16、r之间的关系,需要采用控制变量法。(2)设皮带连接的左右塔轮半径分别为r1和r2,左右塔轮的角速度分别为1和2,A、C到塔轮中心的距离为r,A、C两个小球向心力大小分别为F1和F2。根据题意知,F1F2=14,根据F=m2r知,m、r相等,则有F1F2=1222,则12=12,左右塔轮边缘的线速度大小相等,由v=r得r1r2=21=21。答案(1)B(2)215.解析(1)因两轮a、b转动的角速度相同,而两槽的角速度与两轮角速度相同,则两槽转动的角速度相等,即A=B;(2)钢球、的角速度相同,轨迹半径之比为21,则根据v=r可知,线速度之比为21;根据F=m2r可知,受到的向心力之比为21。答

17、案(1)=(2)21216.解析(1)由牛顿第二定律得,F=m2r,则可知F-2的图线斜率k=mr,所以滑块的质量为m=kr;(2)若水平杆不光滑,由牛顿第二定律得,F+Ff=m2r,则可知F-2的图线斜率不发生变化。答案(1)kr(2)不变7.解析(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒,应测出第2点到第6点的距离h26,要计算第2点和第6点的速度v2和v6,必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57,机械能守恒的表达式为mgh26=12mv6212mv22。(2)实验操作顺序为ADBCEF。答案(1)第2点到第6点之间的距离h26第1

18、点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6mgh26=12mv6212mv22(2)ADBCEF8.解析(1)在实验过程中重锤下降的高度需要用工具进行直接测量,C项正确。(2)重力势能的减少量为mgh=19.804.7810-2J=0.468J。由vE=x6-x42T,T=1f,EkE=12mvE2,解得EkE=0.454J。(3)据x=aT2得,a=(x6-x3)-x39T2=x6-2x39f2=9.58m/s2。答案(1)C(2)0.4680.454(3)(x6-2x3)f299.58不能9.解析(1)重复实验时,必须将弹簧压缩到同一位

19、置,再释放小球,以保证每次弹出的初速度都相同,选项A正确;桌面必须保证严格水平,以保证小球做平抛运动,选项B正确;桌面光滑与否与实验精度无关,只要弹出时速度相同即可,选项C错误;由于竖直板的初始位移与抛出点的距离不一定也是x,则O、A、B、C四点的时间间隔不一定相同,则不一定会有y1y2y3=149,选项D错误;故选AB。(2)由平抛运动的规律可知:x=v0t;(y3-y2)-(y2-y1)=gt2;解得v0=xgy3+y1-2y2。答案(1)AB(2)xgy1+y3-2y210.解析(1)由甲、乙两图可知,乙图存在的摩擦远远大于甲图中摩擦,由此可知甲图验证机械能守恒更合适。(2)因为做匀变速

20、直线运动,因此有v=xAC2T=1.37m/s。答案(1)甲乙存在的摩擦远远大于甲的摩擦(2)1.3711.解析(1)探究向心力与圆周运动轨道半径的关系,根据F=m2r可知,需保证两球的质量和转动的角速度相同,所以应选择球和球作为实验球;为保证角速度相同,则在皮带传动的过程,线速度大小相等,只需要选择半径相同的轮和轮即可;(2)实验时将皮带与轮和轮相连,因为轮和轮边缘的线速度大小相等,半径之比为41,则两轮的角速度不同,所以实验是探究向心力与角速度的关系,则需保证小球转动时半径相等,故选用挡板A,根据v=r可知角速度之比为14;(3)该实验过程是保证了其余因素不变,探究向心力和其中一个影响因素

21、的关系,所以采用的是控制变量法,而探究加速度与力和质量的关系时,也是保证力不变探究加速度与质量的关系和保证质量不变探究加速度与力的关系,故C项正确。答案(1)(2)角速度14A(3)控制变量法C12.解析(1)刻度尺用来测量纸带上各点间的距离;交流电源使打点计时器正常工作。(2)从打下O点到打下B点的过程中,重锤重力势能的减少量为Ep=mghB;首先计算出打下B点的速度vB=C-A2T,则动能的增加量为Ek=12mvB2=12mC-A2T2。(3)做实验时,先接通打点计时器的电源,再释放重锤,故A正确;用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v,故B错误,C正确;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。答案(1)BE(2)mghB12mC-A2T2(3)ACD