高中物理学考复习优化练习23必修二实验含答案

这是一份高中物理学考复习优化练习23必修二实验含答案，共12页。试卷主要包含了研究平抛运动的实验，80 m/s2等内容，欢迎下载使用。
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.(2022浙江台州高一期中)研究平抛运动的实验
(1)在研究平抛运动的实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采用 。
A.空心小铁球
B.实心小铁球
C.实心小木球
D.以上三种小球都可以
(2)安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是 。
A.保证小球飞出时,初速度水平
B.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小
C.保证小球在空中运动的时间每次都相等
D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线
(3)如图所示,某同学在做平抛运动的实验时,小球运动过程中先后经历了轨迹(轨迹未画出)上的a、b、c、d四个点;已知图中每个小方格的边长l=1.6 cm,g取10 m/s2,请你根据小方格纸上的信息,完成下面的问题:
①若已知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动,则小球运动过程中从a→b、b→c、c→d所经历的时间 (选填“相同”或“不同”)。
②小球运动过程中a→b的时间t= s;
③小球平抛运动的初速度v0= m/s。
4.探究向心力的大小F与质量m、角速度ω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,每层左右半径比分别是1∶1、2∶1和3∶1。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ω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.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ω,根据实验数据得到F- ω2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”)。
6.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。
(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点处的速度。
能力提高
7.如图所示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y1∶y2∶y3=1∶4∶9
(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)。
8.某实验小组在做“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
9.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所示。图乙是部分原理示意图:其中皮带轮①、④的半径相同,轮②的半径是轮①的2倍,轮④的半径是轮⑤的2倍,两转臂上黑白格的长度相等。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,图甲中的标尺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Ⅰ和球Ⅱ,质量为m的球Ⅲ。
甲
乙
(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①和轮 相连,同时应选择球Ⅰ和球 作为实验球;
(2)若实验时将皮带与轮②和轮⑤相连,这是要探究向心力与 (填物理量的名称)的关系,此时轮②和轮⑤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.探究两个互成角度的力的合成规律
10.(2021浙江衢州教学质量测试)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ΔEp= ,动能的增加量ΔEk= 。
乙
(3)在实验过程中,下列做法正确的是 。
A.做实验时,先接通打点计时器的电源,再释放重锤
B.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v
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
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)为了减小空气阻力对小球的影响,要选择体积较小质量较大的小球,故选实心小铁球,故B正确,A、C、D错误。
(2)实验时必须确保抛出的速度方向是水平的,故A正确,B、C、D错误。
(3)a→b、b→c、c→d过程中水平方向的位移相等,则用时相同;在研究平抛运动的实验中,为保证小球做平抛运动斜槽末端要水平,为保证每次运动轨迹相同要求小球从同一位置释放,小球竖直方向做自由落体运动,有Δh=gT2
即为l=gT2
解得T=lg
故小球运动过程中a→b的时间
t=T=lg=1.6×10-210 s=0.04 s
小球初速度为v0=2lT
代入数据得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与质量m、角速度ω和半径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ω1和ω2,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,F1∶F2=1∶4,根据F=mω2r知,m、r相等,则有F1∶F2=ω12∶ω22,则ω1∶ω2=1∶2,左右塔轮边缘的线速度大小相等,由v=ωr得r1∶r2=ω2∶ω1=2∶1。
答案 (1)B (2)2∶1
5.解析 (1)由牛顿第二定律得,F=mω2r,则可知F-ω2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=mω2r,则可知F-ω2的图线斜率不发生变化。
答案 (1)kr (2)不变
6.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=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)据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)重复实验时,必须将弹簧压缩到同一位置,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y1∶y2∶y3=1∶4∶9,选项D错误。
(2)由平抛运动的规律可知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)因为做匀变速直线运动,因此有v=xAC2T=1.37 m/s。
答案 (1)甲 乙存在的摩擦远远大于甲的摩擦 (2)1.37
9.解析 (1)探究向心力与圆周运动轨道半径的关系,根据F=mω2r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Ⅰ和球Ⅱ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①和轮④即可;
(2)实验时将皮带与轮②和轮⑤相连,因为轮②和轮⑤边缘的线速度大小相等,半径之比为4∶1,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=ωr可知角速度之比为1∶4;
(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)④ Ⅱ (2)角速度 1∶4 A (3)控制变量法 C
10.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ΔEp=mghB
首先计算出打下B点的速度vB=hC-hA2T
则动能的增加量为ΔEk=12mvB2=12mhC-hA2T2。
(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)mghB 12mhC-hA2T2 (3)ACD
符号
x1
x2
x3
x4
x5
x6
数值(×10-2 m)
0.19
0.76
1.71
3.06
4.78
6.87