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2020-2024年五年高考真题分类汇编
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专题13力学实验
1、(2024·山东卷·T13)在第四次“天宫课堂”中,航天员演示了动量守恒实验。受此启发,某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验,气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器,a测量滑块A与它的距离xA,b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下:
①测量两个滑块的质量,分别为200.0g和400.0g;
②接通气源,调整气垫导轨水平;
③拨动两滑块,使A、B均向右运动;
④导出传感器记录的数据,绘制xA、xB随时间变化的图像,分别如图乙、图丙所示。
回答以下问题:
(1)从图像可知两滑块在t=_________s时发生碰撞;
(2)滑块B碰撞前的速度大小v=_____________m/s(保留2位有效数字);
(3)通过分析,得出质量为200.0g的滑块是________(填“A”或“B”)。
【答案】(1)1.0(2)0.20(3)B
【解析】
【小问1详析】
由图像的斜率表示速度可知两滑块的速度在时发生突变,即这个时候发生了碰撞;
【小问2详析】
根据图像斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间B的速度大小为
【小问3详析】
由题图乙知,碰撞前A的速度大小,碰撞后A的速度大小约为,由题图丙可知,碰撞后B的速度大小为,A和B碰撞过程动量守恒,则有
代入数据解得
所以质量为200.0g的滑块是B。
2、(2022·山东卷·T13)在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨;
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00cm,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
回答以下问题(结果均保留两位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为_____N/m。
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a—F图像如图丙中I所示,由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a—F图像Ⅱ,则待测物体的质量为________kg。
【答案】①.12②.0.20③.0.13
【解析】
(1)[1]由题知,弹簧处于原长时滑块左端位于O点,A点到O点的距离为5.00cm。拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时。结合图乙的F—t图有
?x=5.00cm,F=0.610N
根据胡克定律
计算出
k≈12N/m
(2)[2]根据牛顿第二定律有
F=ma
则a—F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数,根据图丙中I,则有
则滑块与加速度传感器的总质量为
m=0.20kg
(3)[3]滑块上增加待测物体,同理,根据图丙中II,则有
则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为
m′=0.33kg
则待测物体的质量为
?m=m′-m=0.13kg
3、(2021·山东卷·T13)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。
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻(s)
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47
根据实验数据,回答下列向题:
(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,当地重力加速度)。
(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___________(保留2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___________(填“高于”或“低于”)实际弹起高度。
【答案】①.0.20②.③.0.95④.高于
【解析】
(1)[1]第3次碰撞到第4次碰撞用时,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
(2)[2]碰撞后弹起瞬间速度,碰撞前瞬间速度
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