适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习实验题专项练4

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1.(6分)某乒乓球爱好者,利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下:
①固定好手机,打开录音功能;
②从一定高度由静止释放乒乓球;
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音,其随时间(单位:s)的变化图像如图所示。
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻,如下表所示。
根据实验数据,回答下列问题:
(1)利用碰撞时间间隔,计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为 m(保留2位有效数字,g取9.80 m/s2)。
(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k,则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的 倍(用k表示),第3次碰撞过程中k= (保留两位有效数字)。
(3)由于存在空气阻力,第(1)问中计算的弹起高度 (选填“高于”或“低于”)实际弹起高度。
2.(8分)在测量定值电阻的实验中,提供的实验器材如下:电压表V1(量程3 V,内阻r1=3.0 kΩ),电压表V2(量程5 V,内阻r2=5.0 kΩ),滑动变阻器R(额定电流1.5 A,最大阻值100 Ω),待测定值电阻Rx,电源E(电动势6.0 V,内阻不计),开关和导线若干。
(1)将虚线框中的电路原理图补充完整。
(2)根据下表中的实验数据(U1、U2分别为电压表V1、V2的示数),在图甲给出的坐标纸上绘制U2-U1图像。
甲
乙
(3)由U2-U1图像得到待测定值电阻的阻值Rx= Ω。(结果保留两位有效数字)
(4)完成上述实验后,若要继续采用该实验原理测定另一个定值电阻Ry(阻值约为700 Ω)的阻值,在不额外增加器材的前提下,要求实验精度尽可能高,请在图乙的虚线框内画出你改进的电路图。
答案：
1.答案(1)0.20 (2)1-k2 0.95 (3)高于
解析(1)第3次碰撞到第4次碰撞用时t0=2.40s-2.00s=0.40s,根据竖直上抛和自由落体运动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为h0=×9.8×0.22m≈0.20m。
(2)碰撞后弹起瞬间速度为v2,碰撞前瞬间速度为v1,根据题意可知=k,则每次碰撞损失的动能与碰撞前动能的比值为=1-=1-k2,第2次碰后从最高点落地瞬间的速度v=gt=g=0.21s·g,第3次碰撞后瞬间速度为v'=gt'=g=0.20s·g,则第3次碰撞过程中k=≈0.95。
(3)由于存在空气阻力,乒乓球在上升过程中受到向下的阻力和重力,乒乓球的动能转化为内能和乒乓球的重力势能,能达到的最高点低于理论高度,所以第(1)问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度。
2.答案(1)见解析图 (2)见解析图 (3)1.8×103 (4)见解析图
解析(1)电压表V1和Rx串联再和V2并联,并联的总电阻远大于滑动变阻器的最大阻值,为了调节滑动变阻器时,电表示数变化明显,且能获得更多组数据,选择分压接法,如图甲所示。
甲
(2)根据表格数据,绘制的U2-U1图像如图乙所示。
乙
(3)根据实验电路图,则有Rx=,变形得U2=U1,根据U2-U1图像可得斜率k=1.60,则有1.60=,代入r1=3.0kΩ,解得Rx=1.8×103Ω。
(4)因待测电阻Ry(阻值约为700Ω)的阻值较小,若仍与电压表V1串联,则所分得的电压过小,不利于测量,故待测电阻与其中的一个电压表并联,由于电源电动势只有6V,为了让待测电阻Ry分得较大电压,故待测电阻Ry应与电压表V2并联,再与电压表V1串联,故改进后的电路图如图丙所示。
丙碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻t/s
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.16
3.48
测量次数
1
2
3
4
5
U1/V
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
U2/V
1.61
2.41
3.21
4.02
4.82