1.如圖所示,在研究平拋運動時,小球A沿軌道滑下,離開軌道末端(末端水平)時撞開輕質接觸式開關S,被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落。改變整個裝置的高度做同樣的實驗,發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩球總是同時落地。該實驗現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后( )
A.水平方向的分運動是勻速直線運動
B.水平方向的分運動是勻加速直線運動
C.豎直方向的分運動是自由落體運動
D.豎直方向的分運動是勻速直線運動
2.以下是做研究平拋物體運動實驗的步驟:
A.將斜槽固定于實驗桌上。
B.將坐標紙固定于木板上,并使木板面豎直且與小球運動軌跡平行和靠近,在坐標紙上記下過槽口的豎直線作為y軸,并作出小球在槽口時在坐標紙上的水平投影點作為原點。
C.將鋼球從斜槽上某處由靜止釋放,它離開斜槽軌道后做平拋運動,先用眼睛粗略地確定小球經過某一x處(如x=1 cm)的y值;然后使小球再次從原位置滾下,再用鉛筆準確地確定小球通過的位置并在坐標紙上記下來。依次改變x的值,同樣確定出多個點的位置。
D.取下坐標紙,作出x軸,然后將記錄的各相鄰點用直線連接起來,得到軌跡。
E.在軌跡上取一點,用尺測出x和y的值,求出初速度。
在以上步驟中有三處錯誤或不足,請指出并改正過來。
(1)______________________________________________________________。
(2)______________________________________________________________。
(3)______________________________________________________________。
3.(2022浙江臺州高一期中)研究平拋運動的實驗
(1)在研究平拋運動的實驗中,為減小空氣阻力對小球運動的影響,應采用 。
A.空心小鐵球
B.實心小鐵球
C.實心小木球
D.以上三種小球都可以
(2)安裝實驗裝置的過程中,斜槽末端的切線必須是水平的,這樣做的目的是 。
A.保證小球飛出時,初速度水平
B.保證小球飛出時,速度既不太大,也不太小
C.保證小球在空中運動的時間每次都相等
D.保證小球運動的軌跡是一條拋物線
(3)如圖所示,某同學在做平拋運動的實驗時,小球運動過程中先后經歷了軌跡(軌跡未畫出)上的a、b、c、d四個點;已知圖中每個小方格的邊長l=1.6 cm,g取10 m/s2,請你根據小方格紙上的信息,完成下面的問題:
①若已知平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動,則小球運動過程中從a→b、b→c、c→d所經歷的時間 (選填“相同”或“不同”)。
②小球運動過程中a→b的時間t= s;
③小球平拋運動的初速度v0= m/s。
4.探究向心力的大小F與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系的實驗裝置如圖所示。轉動手柄,可使塔輪、長槽和短槽隨之勻速轉動。塔輪自上而下有三層,每層左右半徑比分別是1∶1、2∶1和3∶1。左右塔輪通過皮帶連接,并可通過改變皮帶所處的層來改變左右塔輪的角速度之比。實驗時,將兩個小球分別放在短槽C處和長槽的A(或B)處,A、C到塔輪中心的距離相等。兩個小球隨塔輪做勻速圓周運動,向心力大小可由塔輪中心標尺露出的等分格的格數(shù)讀出。
(1)在該實驗中應用了 來探究向心力的大小與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系。
A.理想實驗法
B.控制變量法
C.等效替代法
(2)用兩個質量相等的小球放在A、C位置,勻速轉動時,左邊標尺露出1格,右邊標尺露出4格,則皮帶連接的左右塔輪半徑之比為 。
5.某同學用如圖所示裝置做探究向心力大小與角速度大小的關系。裝置中水平光滑直桿隨豎直轉軸一起轉動,一個滑塊套在水平光滑桿上,用細線將滑塊與固定在豎直轉軸上的力傳感器連接,細繩處于水平伸直狀態(tài),當滑塊隨水平桿一起勻速轉動時,細線的拉力就是滑塊做圓周運動需要的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得,滑塊轉動的角速度可以通過輕質角速度傳感器測得。
(1)保持滑塊的質量和到豎直轉軸的距離r不變,僅多次改變豎直轉軸轉動的快慢,測得多組力傳感器的示數(shù)F及角速度傳感器的示數(shù)ω,根據實驗數(shù)據得到F- ω2的圖線斜率為k,則滑塊的質量為 。(用題目中的字母表示)
(2)若水平桿不光滑,根據(1)得到圖線的斜率將 (選填“增大”“不變”或“減小”)。
6.在驗證機械能守恒定律的實驗中,所用電源的頻率f=50 Hz,某次實驗選擇一條較理想紙帶,某同學用毫米刻度尺測量從起始點O依次到A、B、C、D、E、F各點的距離分別記作x1、x2、x3、x4、x5、x6,并記錄在下表中。
(1)在實驗過程中需要用工具進行直接測量的是 。
A.重錘的質量
B.重力加速度
C.重錘下降的高度
D.重錘的瞬時速度
(2)該同學用重錘在OE段的運動來驗證機械能守恒定律。已知重錘的質量為1 kg,當?shù)氐闹亓铀俣葹?.80 m/s2。則此過程中重錘重力勢能減少量為 J,而動能的增加量為 J。(結果均保留三位有效數(shù)字)
(3)另一位同學根據這一條紙帶來計算重錘下落過程中的加速度a,為了充分利用記錄數(shù)據,盡可能減少實驗操作和測量過程中的誤差,他的計算式應為a= ,代入數(shù)據,求得a= m/s2(結果保留三位有效數(shù)字)。因此 (選填“能”或“不能”)用v=gt求重錘在E點處的速度。
能力提高
7.如圖所示是研究平拋運動的實驗裝置示意圖,桌面上的小球經壓縮狀態(tài)的彈簧彈開后,飛出桌面做平拋運動。撞到帶有白紙和復寫紙的豎直長木板上,并留下痕跡A。重復實驗,木板依次后退水平距離相同,都為x,小球撞在木板上,留下痕跡B、C,測量A、B、C點到同一點O的距離y1、y2、y3,其中O點與小球拋出時圓心位置等高。
(1)關于此實驗,以下說法正確的是 。
A.重復實驗時,必須將彈簧壓縮到同一位置,再釋放小球
B.桌面必須保證嚴格水平
C.桌面必須盡量光滑,多次重復實驗
D.一定會有y1∶y2∶y3=1∶4∶9
(2)利用題目中所給數(shù)據,可得到平拋運動的初速度為v0= (已知當?shù)刂亓铀俣葹間)。
8.某實驗小組在做“驗證機械能守恒定律”實驗中,提出了如圖所示的甲、乙兩種方案:甲方案為用自由落體運動進行實驗,乙方案為用小車在斜面上下滑進行實驗。
(1)小組同學對兩種方案進行了深入的討論分析,最終確定了一個大家認為誤差相對較小的方案,你認為該小組選擇的方案是 ,理由是 。
(2)若該小組采用圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖丙所示,相鄰兩點之間的時間間隔為0.02 s,請根據紙帶計算出B點的速度大小為 m/s。(結果保留三位有效數(shù)字)
丙
9.在“探究向心力大小的表達式”實驗中,所用向心力演示儀如圖甲所示。圖乙是部分原理示意圖:其中皮帶輪①、④的半徑相同,輪②的半徑是輪①的2倍,輪④的半徑是輪⑤的2倍,兩轉臂上黑白格的長度相等。A、B、C為三根固定在轉臂上的擋板,可對轉臂上做圓周運動的實驗球產生擠壓,從而提供向心力,圖甲中的標尺1和2可以顯示出兩球所受向心力的大小關系?？晒┻x擇的實驗球有:質量均為2m的球Ⅰ和球Ⅱ,質量為m的球Ⅲ。
甲
乙
(1)為探究向心力與圓周運動軌道半徑的關系,實驗時應將皮帶與輪①和輪 相連,同時應選擇球Ⅰ和球 作為實驗球;
(2)若實驗時將皮帶與輪②和輪⑤相連,這是要探究向心力與 (填物理量的名稱)的關系,此時輪②和輪⑤的這個物理量值之比為 ,應將兩個實驗球分別置于擋板C和擋板 處;
(3)本實驗采用的實驗方法是 ,下列實驗也采用此方法的是 。
A.探究平拋運動的特點
B.驗證機械能守恒定律
C.探究加速度與力和質量的關系
D.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律
10.(2021浙江衢州教學質量測試)利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗。
甲
(1)除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、重錘、鐵架臺、導線及開關外,在下面的器材中,必須使用的還有 。(選填器材前的字母)
A.天平
B.刻度尺
C.游標卡尺
D.直流電源
E.交流電源
F.秒表
(2)圖乙是實驗中得到的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C,測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。重錘質量用m表示,已知當?shù)刂亓铀俣葹間,打點計時器打點的時間間隔為T。從打下O點到打下B點的過程中,重錘重力勢能的減少量ΔEp= ,動能的增加量ΔEk= 。
乙
(3)在實驗過程中,下列做法正確的是 。
A.做實驗時,先接通打點計時器的電源,再釋放重錘
B.為測量打點計時器打下某點時重錘的速度v,可測量該點到O點的距離h,再根據公式計算,其中g應取當?shù)氐闹亓铀俣?br>C.用刻度尺測出物體下落的高度h,根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度,等于這點前后相鄰兩點間的平均速度,測算出瞬時速度v
D.用刻度尺測量某點到O點的距離h,利用公式mgh計算重力勢能的減少量,其中g應取當?shù)氐闹亓铀俣?br>優(yōu)化集訓23 必修二實驗
1.C 解析 由于A、B兩球同時從同一高度開始下落,并且同時到達地面,故在豎直方向兩球遵循相同的運動規(guī)律,即速度、加速度總是相同,由于B球做自由落體運動,故A球在平拋過程中在豎直方向也做自由落體運動,故C正確,D錯誤;而A球在水平方向的運動沒有可以參照的物體,故無法確定平拋運動的物體在水平方向的運動所遵循的規(guī)律,故A、B無法判定。
2.解析 (1)步驟A,應調整斜槽軌道使其末端切線水平,這樣才可以保證物體離開斜槽后做平拋運動,滿足平拋運動的條件。
(2)步驟D,應該用平滑的曲線將各點連接起來,因為平拋運動的軌跡是一條曲線,而非直線。
(3)步驟E,要多取幾個點,分別計算初速度,然后取平均值作為測量結果。
答案 見解析
3.解析 (1)為了減小空氣阻力對小球的影響,要選擇體積較小質量較大的小球,故選實心小鐵球,故B正確,A、C、D錯誤。
(2)實驗時必須確保拋出的速度方向是水平的,故A正確,B、C、D錯誤。
(3)a→b、b→c、c→d過程中水平方向的位移相等,則用時相同;在研究平拋運動的實驗中,為保證小球做平拋運動斜槽末端要水平,為保證每次運動軌跡相同要求小球從同一位置釋放,小球豎直方向做自由落體運動,有Δh=gT2
即為l=gT2
解得T=lg
故小球運動過程中a→b的時間
t=T=lg=1.6×10-210 s=0.04 s
小球初速度為v0=2lT
代入數(shù)據得v0=0.80 m/s。
答案 (1)B (2)A (3)①相同 ②0.04 ③0.80
4.解析 (1)要探究向心力的大小與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系,需要采用控制變量法。
(2)設皮帶連接的左右塔輪半徑分別為r1和r2,左右塔輪的角速度分別為ω1和ω2,A、C到塔輪中心的距離為r,A、C兩個小球向心力大小分別為F1和F2。
根據題意知,F1∶F2=1∶4,根據F=mω2r知,m、r相等,則有F1∶F2=ω12∶ω22,則ω1∶ω2=1∶2,左右塔輪邊緣的線速度大小相等,由v=ωr得r1∶r2=ω2∶ω1=2∶1。
答案 (1)B (2)2∶1
5.解析 (1)由牛頓第二定律得,F=mω2r,則可知F-ω2的圖線斜率k=mr,所以滑塊的質量為m=kr;
(2)若水平桿不光滑,由牛頓第二定律得,F+Ff=mω2r,則可知F-ω2的圖線斜率不發(fā)生變化。
答案 (1)kr (2)不變
6.解析 (1)在實驗過程中重錘下降的高度需要用工具進行直接測量,C項正確。
(2)重力勢能的減少量為mgh=1×9.80×4.78×10-2 J=0.468 J。由vE=x6-x42T,T=1f,EkE=12mvE2,解得EkE=0.454 J。
(3)據Δx=aT2得,a=(x6-x3)-x39T2=x6-2x39f2=9.58 m/s2。
答案 (1)C (2)0.468 0.454
(3)(x6-2x3)f29 9.58 不能
7.解析 (1)重復實驗時,必須將彈簧壓縮到同一位置,再釋放小球,以保證每次彈出的初速度都相同,選項A正確;桌面必須保證嚴格水平,以保證小球做平拋運動,選項B正確;桌面光滑與否與實驗精度無關,只要彈出時速度相同即可,選項C錯誤;由于豎直板的初始位移與拋出點的距離不一定也是x,則O、A、B、C四點的時間間隔不一定相同,則不一定會有y1∶y2∶y3=1∶4∶9,選項D錯誤。
(2)由平拋運動的規(guī)律可知x=v0t;(y3-y2)-(y2-y1)=gt2;解得v0=xgy1+y3-2y2。
答案 (1)AB (2)xgy1+y3-2y2
8.解析 (1)由甲、乙兩圖可知,乙圖存在的摩擦遠遠大于甲圖中摩擦,由此可知甲圖驗證機械能守恒更合適。
(2)因為做勻變速直線運動,因此有v=xAC2T=1.37 m/s。
答案 (1)甲 乙存在的摩擦遠遠大于甲的摩擦 (2)1.37
9.解析 (1)探究向心力與圓周運動軌道半徑的關系,根據F=mω2r可知,需保證兩球的質量和轉動的角速度相同,所以應選擇球Ⅰ和球Ⅱ作為實驗球;為保證角速度相同,則在皮帶傳動的過程,線速度大小相等,只需要選擇半徑相同的輪①和輪④即可;
(2)實驗時將皮帶與輪②和輪⑤相連,因為輪②和輪⑤邊緣的線速度大小相等,半徑之比為4∶1,則兩輪的角速度不同,所以實驗是探究向心力與角速度的關系,則需保證小球轉動時半徑相等,故選用擋板A,根據v=ωr可知角速度之比為1∶4;
(3)該實驗過程是保證了其余因素不變,探究向心力和其中一個影響因素的關系,所以采用的是控制變量法,而探究加速度與力和質量的關系時,也是保證力不變探究加速度與質量的關系和保證質量不變探究加速度與力的關系,故C項正確。
答案 (1)④ Ⅱ (2)角速度 1∶4 A (3)控制變量法 C
10.解析 (1)刻度尺用來測量紙帶上各點間的距離;交流電源使打點計時器正常工作。
(2)從打下O點到打下B點的過程中,重錘重力勢能的減少量為ΔEp=mghB
首先計算出打下B點的速度vB=hC-hA2T
則動能的增加量為ΔEk=12mvB2=12mhC-hA2T2。
(3)做實驗時,先接通打點計時器的電源,再釋放重錘,故A正確;用刻度尺測出物體下落的高度h,根據做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度,等于這點前后相鄰兩點間的平均速度,測算出瞬時速度v,故B錯誤,C正確;用刻度尺測量某點到O點的距離h,利用公式mgh計算重力勢能的減少量,其中g應取當?shù)氐闹亓铀俣?故D正確。
答案 (1)BE (2)mghB 12mhC-hA2T2 (3)ACD
符號
x1
x2
x3
x4
x5
x6
數(shù)值(×10-2 m)
0.19
0.76
1.71
3.06
4.78
6.87

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