【得分宝典】高中物理 实验过关专题六.doc

得分宝典之高中物理实验过关专题六典例解析 例1 某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，a、b两摆球均很小，质量之比为12。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向右上方拉动b球使其摆线伸直并与竖直方向成45角，然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30。若本实验允许的最大误差为4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律。 高考真题解析 1（2011北京）如图2，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量 （填选项前的符号），间接地解决这个问题a小球开始释放高度 b小球抛出点距地面的高度c小球做平抛运动的射程图2中点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置p，测量平抛射程，然后，把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是 （填选项前的符号）a用天平测量两个小球的质量、b测量小球开始释放高度hc测量抛出点距地面的高度hd分别找到相碰后平均落地点的位置m、ne测量平抛射程，若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（用中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足的表达式为（用中测量的量表示）。经测定，小球落地点的平均位置距点的距离如图所示。碰撞前、后的动量分别为与，则： = ：11；若碰撞结束时m2的动量为，则 ： =11： 实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为 有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用中已知的数据，分析和计算出被撞小球平抛运动射程on的最大值为 cm。动能守恒的表达式是，所以若两球相碰前后的动量守恒，则 成立，若碰撞是弹性碰撞，动能守恒则成立。碰撞前后m1动量之比，。发生弹性碰撞时，被碰小球获得的速度最大，根据动量守恒和动能守恒， ，联立解得，因此，最大射程为。答案：c ade或dae或dea 14 29 110176.8过关测试 1（2012广西玉林联考）在“验证动量守恒定律”的实验中已有的实验器材有：斜槽轨道，大小相等质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，圆规。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如右图所示。试根据实验要求完成下列填空： （1）实验前，轨道的调节应注意 ； （2）实验中重复多次让a球从斜槽上释放，应特别注 意 ；（3）实验中还缺少的测量器材有： ；（4）实验中需测量的物理量是_ ；（5）若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式_ 成立。1（1）槽的末端点的切线是水平的（2）让a球从同一高处静止释放滚下（3）天平、刻度尺（4）a、b球的质量m1m2，线段om op on的长度（5）m1op=m1om+m2on2某同学用图1617所示装置通过半径相同的a、b两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量图中pq是斜槽，qr为水平槽。实验开始先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把b球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让a球仍从位置g由静止开始滚下，和b球碰撞后，a、b球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图1617中o点是水平槽 图1617 图1618末端r在记录纸上的垂直投影点。b球落地痕迹如图1618所示，其中米尺水平放置，且平行于g、r、o所在的平面，米尺的零点与o点对齐。（1）碰撞后b球的水平射程应取为_ cm。（2）在以下选项中，哪些是本实验必须进行的测量？_（填选项号）。a水平槽上未放b球时，测量a球落点位置到o点的距离ba球与b球碰撞后，测量a球落点位置到o点的距离c测量a球和b球的直径d测量a球和b球的质量（或两球质量之比）e测量g点相对于水平槽面的高度2（1） 648 （2）abd3如图1619所示的装置中，质量为的钢球a用细线悬挂于o点，质量为mb的钢球b放在离地面高度为h的小支柱n上。o点到a球球心的距离为l，使悬线在a球释放前张直，且线与竖直线的夹角为，a球释放后摆动到最低点时恰与b球正碰，碰撞后，a球把轻质指示针oc推移到与竖直线夹角处，b球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸d。保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个b球的落点。 图1619（1）图1619中x应是b球初始位置到_的水平距离；（2）为了探究碰撞中的守恒量，应测得_等物理量。（3）用测得的物理量表示_；_；_。3（1）b球平均落点 （2）、l、h、x（3） x解析：小球a在碰撞前后做摆动，满足机械能守恒小球b在碰撞后做平抛运动，则x应为b球的平均落点到初始位置的水平距离要得到碰撞前后的mv，要测量、l、h、x等，对a由机械能守恒gl（1cos），.碰后对a，有gl（1cos），得，碰后b做平抛运动，有xt，hgt2，所以x 。4用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图8所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置o。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上a点由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置b，让小球1从a点由静止滚下，使它们碰撞.重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置m、p、n离o点的距离，即线段om、op、on的长度。图8a球1球2bompn对于上述实验操作，下列说法正确的是_a应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下b斜槽轨道必须光滑c斜槽轨道末端必须水平d实验过程中，白纸可以移动，复写纸不能移动e小球1的质量应大于小球2的质量本实验除需测量线段om、op、on的长度外，还需要测量的物理量有_.aa、b两点间的高度差h1 bb点离地面的高度h2c小球1和小球2的质量m1、m2 d小球1和小球2的半径r当所测物理量满足表达式_（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律.如果还满足表达式_（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞时无机械能损失。完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图9所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上a点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，得到两球落在斜面上的平均落点m、p、n.用刻度尺测量斜面顶点到m、p、n三点的距离分别为l1、l2、l3则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 （用所测物理量的字母表示）。入射小球o被碰小球图9mpn4ace； c； m1op= m1om+ m2on； m1op2 = m1om2 + m2on2； 5用如图甲所示的装置，来验证碰撞过程中的动量守恒.图中pq是斜槽，qr为水平槽.o点是水平槽末端r在记录纸上的垂直投影点，a、b两球的质量之比ma：mb=3：1。先使a球从斜槽上固定位置g由静止释放，在水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，得到10个落点.再把b球放在水平槽上的末端r处，让a球仍从位置g由静止释放，与b球碰撞，碰后a、b球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复10次.a、b两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示，其中米尺的零点与o点对齐。gao重锤线b甲qpr3044154乙ocm碰撞后a球的水平射程应取_cm。 本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度.下面的实验条件中，可能不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是_。a使a、b两小球的质量之比改变为5：1b升高固定点g的位置c使a、b两小球的直径之比改变为1：3小球d升高桌面的高度，即升高r点距地面的高度利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为_.（结果保留三位有效数字）514.4514.50 c 1.011.02解析：从图中可以读出为1450cm；如果改变球的直径，则两者发生的不再是对心碰撞，则不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度，故选c；根据图中读数14.50、29.90、4455，结合动量守恒定律m129.90=m114.50+m244.55，可得p前：p后=1.01。第二类 测量型实验大题过关典例解析 例1 伽利略曾设计如图所示的一个实验，将摆球拉至m点放开，摆球会达到同一水平高度上的n点。如果在e或f处钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的m点。这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面（或弧线）下滑时，其末速度的大小a只与斜面的倾角有关b只与斜面的长度有关c只与下滑的高度有关d只与物体的质量有关 高考真题解析 1（2009四川）气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3。若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。解析：根据胡克定律fkx可得fkx，则k；动量pmv，根据vs/（5t）可知两滑块碰前的速度分别为v10.2s1b、v20.2s3b，则碰前动量分别为0.2abs1和0.2abs3，总动量大小为av1av20.2ab（s1-s3）；碰撞后两滑块的总动量大小为2av2a s2/（5t）0.4abs2。答案：0.2abs1 0.2abs3 0.2ab（s1-s3） 0.4abs2过关测试 1把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，置于摩擦可以不计的水平桌面上，如图所示。现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒。（1）除木板、白纸、复写纸、图钉外还必需的器材是_（填字母代号）a天平 b刻度尺 c铅锤 d秒表 h弹簧测力计（2）需直接测量的数据是_（3）用所得数据验证动量守恒定律的关系式是_1（1）a、b、c （2）两小球的质量m1、m2及它们对应的平抛射程s1、s2 （3）m1s1=m2s2（在误差允许的范围内）2如图9所示，在验证动量守恒定律的实验中，将一个质量为m1的钢球a多次从斜槽轨道上端紧靠固定挡板处由静止释放，这个钢球经过斜槽轨道后由水平轨道飞出，在地面上落点的平均位置为p点.然后在水平轨道末端放置一个质量为m2的胶木球b（a、b两球的半径相等），将a球仍然多次从斜槽轨道的同一位置由静止释放，和球b发生碰撞，碰后两球分别落到地面上，根据两球落在地面的痕迹确定两球各自的落地点的平均位置分别为m点和n点.水平轨道末端重锤线指向地面的o点，测得om=s1，op=s2，on=s3重力加速度为g.（1）若测量出水平轨道到地面的高度为h，则与b两球相碰前的瞬间a球的速度v1=_.（2）在允许误差范围内，当m1、m2、s1、s2、s3满足关系式_时，就表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒.2（1） （2）m1s2=m1s1+m2s33（2011浙江高三模拟十）为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了两个材质相同，体积不等的两个长立方体滑块a和b，按下述步骤做了如下实验：步骤1：在a、b的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；步骤2：安装好实验装置如下图，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧链接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；步骤3：让滑块b静置于水平槽的某处，滑块a从斜槽某处静止释放，同时开始频闪拍摄，直到a、b停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如下所示；（1）由图分析可知，滑块a与滑块b碰撞发生的位置是_。a、b相撞的位置在p5、p6之间a、b相撞的位置在p6处a、b相撞的位置在p6、p7之间（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或者读取的物理量是_。a、b两个滑块的质量m1和m2滑块a释放时距桌面的高度频闪照相的周期照片尺寸和实际尺寸的比例照片上测得的s45、s56和s67、s78照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89滑块与桌面的滑动摩擦因数（3）写出验证动量守恒的表达式 。（4）为了提高实验准确度，以下措施中有效的是_。使用更平整的轨道槽使用更光滑的轨道槽在足够成像的前提下，缩短频闪照相每次曝光的时间适当增大相机和轨道槽的距离（5）请再你写出一条有利于提高实验准确度或改进试验原理的建议： 。3（1） （2） （3） （4） （5）将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动（其它合理答案也参照给分）4按现行物理课本中的要求做下列五个力学实验时，需要使用天平的实验有_；需要使用打点计时器的实验有_（只填对应的实验代号）a测定匀变速直线运动的加速度b研究平抛物体的运动c碰撞中的动量守恒d验证机械能守恒e用单摆测定重力加速度4（1）c （2）ad解析：天平用来测量质量，打点计时器是用来计时的，所以，（1）c （2）ad5为验证“两小球碰撞过程中动量守恒”，某同学用图所示的装置进行如下的实验操作：a.先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，小球a撞到木板并在木板上留下痕迹o；b.将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，小球a撞在木板上得到痕迹b；c.然后把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定位置由静止开始滚下与小球b相碰，两球撞在木板上得到痕迹a和c；d.用天平测量a、b两小球的质量分别为ma、mb，用刻度尺测量纸上o点到a、b、c三点的距离分别为y1、y2和y3（1）本实验中所选用的两小球的质量关系为ma_mb（填“”、“”或“=”）.（2）小球a在下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这是不是产生实验误差的主要原因？答：_（填“是”或“不是”）.（3）用本实验中所测得的量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为_.第三类 探究型实验大题过关 典例解析 例3 用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为mb的钢球b放在小支柱n上，球心离地面的高度为h；质量为ma的钢球a用细线拴好悬挂于o点，当细线被拉直时o点到球心的距离为l，且细线与竖直直线之间的夹角；球a由静止释放，摆到最低点时恰与球b发生正碰，碰撞后，a球把轻质指示针c推移到与竖直夹角为处，b球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸d，用来记录球b的落点。（1）用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后两球a、b的动量（设两球a、b碰前的动量分别为pa、pb；碰后动量分别为），则pa=_；=_；pb=_；=_（2）请你提供两条提高实验精度的建议：_ 。答案：（1） （2）让球a多次从同一位置摆下，求b球落点的平均位置；角取值不要太小 ；两球a、b质量不要太小；球a质量要尽量比球b质量大。（任答两条） 点评：此类实验，重点是理解实验原理，找出碰前、碰后的速度，做什么运动，在这个分析的过程中，也可发现实验带来的误差，以及如何解决这些问题。 高考真题解析 1（2011天津）下列能揭示原子具有核式结构的实验是（ ）a光电效应实验b伦琴射线的发现c粒子散射实验d氢原子光谱的发现解析：物理学史、常识考查题，简单题，其中光电效应实验说明光具有粒子性，a选项错误；x射线（伦琴射线）的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（x射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生，b选项错误；氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，d选项错误；所以选择c项。答案：c 过关测试 1某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通人压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图（b）所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 （1）下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通人压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向； 滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 把滑块2放在气垫导轨的中间； 先 ，然后 ，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如下图所示： 测得滑块1（包括撞针）的质量为310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g；试完善实验步骤的内容。（2）已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为 kgms；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kgms（保留三位有效数字）。（3）试说明（2）问中两结果不完全相等的主要原因是 。1接通打点计时器的电源，放开滑块1，0.620，0.618，纸带与打点计时器的限位空有摩擦解析：（1）实验时，先接通电源，让打点计时器工作稳定后，再释放滑块1；（2）根据纸带的记录可以计算出碰前速度v1=2010-2/0.1 ms，滑块2静止，所以，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为m1 v1=0.620 kgms；碰后速度变为v2=1.20 ms，两滑块相互作用后质量与速度的乘积之和为（m1 +m2）v2=0.618 kgms；（3）由于有摩擦的存在，所以，两个数据不相等。2水平光滑桌面上有a、b两个小车，质量分别是0.6k g和0.2kg。a车的车尾拉着纸带，a车以某一速度与静止的b车发生一维碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示。根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的？3某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车a的前端粘有橡皮泥，推动小车a使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示。在小车a后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。（1）若已得到打点纸带如图所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，a点是运动起始的第一点，则应选 段来计算a的碰前速度，应选 段来计算a和b碰后的共同速度（以上两格填“ab”或“bc”或“cd”或 “de”） （2）已测得小车a的质量m1=0.40kg，小车b的质量m2=0.20kg，由以上测量结果可得：碰前mav+mbv。= kgms；碰后mava，+mbvb，= kgms并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等。 解析：（1）小车a碰前做匀速直线运动，打在纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选bc段；cd段上所打的点由稀变密；可见在cd段a、b两小车相互碰撞。a、b撞后一起做匀速运动，所打出的点又应是间距均匀的，故应选de段计算碰后速度。 （2）碰前 mava十mbvb=0.420kgm/s 碰后 mava/十mbvb=（ma十mb）v=0.417kgms 其中，va=bc/t=1.05ms va=vb= de/t =0.695ms 通过计算可以发现，在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的 答案：（1）bc de （2）0.420 0.417 第四类 设计型实验大题过关 典例解析 例4 （2012河南新县测试）某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验，入射球与被碰球的半径相同。 实验装置如下图所示。先不放b球，使a球从斜槽上某一固定点c由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把b球静置于水平槽前端边缘处，让a球仍从 c处由静止滚下，a球和b球碰撞后分别落在记录纸上留下各自落点的痕迹。记录纸上的o点是重锤所指的位置，m、p、n分别为落点的痕迹。未放b球时，a球落地点是记录纸上的_点。入射小球a被碰小球b重垂线ompnabc 释放多次后，取各落点位置的平均值，测得各落点痕迹到o点的距离：om=13.10cm，op=21.90cm，on=26.04cm。用天平称得入射小球a的质量m1=16.8g，被碰小球b的质量m2 = 5.6 g 。若将小球质量与水平位移的乘积作为“动量”，请将下面的数据处理表格填写完整。op/mom/mon/m碰前总动量p/ kgm碰后总动量p/ kgm相对误差0.21900.13100.260436810-3根据上面表格中的数据处理数据，你认为能得到的结论是：_ 实验中可以将表达式m1 v1 = m1 v1+ m2 v2转化为m1 s1 = m1 s1+ m2 s2来进行验证，其中s1、s1、s2为小球平抛的水平位移。可以进行这种转化的依据是_（请选择最合适的答案）a小球飞出后的加速度相同b小球飞出后，水平方向的速度相同c小球在空中水平方向都做匀速直线运动，水平位移与时间成正比d小球在空中水平方向都做匀速直线运动，又因为从同一高度平抛，运动时间相同，所以水平位移与初速度成正比bcaompny1y2y3 完成实验后，实验小组对上述装置进行了如下图所示的改变：（i）在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点c由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹o；（ii）将木板向右平移适当的距离固定，再使小球a从原固定点c由静止释放，撞到木板上得到痕迹p；（iii）把半径相同的小球b 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下， 与小球b 相碰后，两球撞在木板上得到痕迹 m和 n；（iv）用刻度尺测量纸上o点到m、p、n 三点的距离分别为y1、y2、y3请你写出用直接