2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題沖刺 專題復(fù)習(xí)篇七 力學(xué)實(shí)驗(yàn)練習(xí)(含解析)
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2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題沖刺 專題復(fù)習(xí)篇七 力學(xué)實(shí)驗(yàn)練習(xí)(含解析)
力學(xué)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)提煉1.力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要思想方法(1)等效法:等效法是將復(fù)雜(或抽象)的物理問題轉(zhuǎn)換為熟知(或形象)的物理問題的方法。例如:驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,將小球的動(dòng)量關(guān)系等效轉(zhuǎn)換為小球的質(zhì)量與水平位移乘積間的關(guān)系;驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中,用合力與分力效果相同來(lái)檢驗(yàn)定則是否成立;在測(cè)量微小長(zhǎng)度的儀器中,螺旋測(cè)微器利用等效的思想把微小的直線位移轉(zhuǎn)化為角位移并在較大的圓周上對(duì)其進(jìn)行顯示等。(2)控制變量法:所謂控制變量法,就是在研究和解決問題的過程中,對(duì)影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制,使其中一些條件按照特定的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化。例如:驗(yàn)證牛頓第二定律等。(3)描跡法:把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置、軌跡、圖像)記錄下來(lái),以便從容地測(cè)量、比較、研究的方法。例如:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶、頻閃照片等。2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法(1)列表法:在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)列成表格的處理方法。優(yōu)點(diǎn):數(shù)據(jù)列表可以簡(jiǎn)單而又明確地表示各物理量之間的關(guān)系,有助于找出物理量之間的規(guī)律性的聯(lián)系。注意事項(xiàng):寫明表的標(biāo)題或加上必要的說明。必須交代清楚表中各符號(hào)所表示的物理量的意義,并寫明單位。表中的數(shù)據(jù)是正確反映測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字。(2)平均值法:將測(cè)得的多組數(shù)據(jù)通過運(yùn)算求得多個(gè)運(yùn)算結(jié)果,將運(yùn)算結(jié)果取算術(shù)平均值的處理方法。優(yōu)點(diǎn):可減小偶然誤差,但對(duì)減小系統(tǒng)誤差無(wú)效。注意事項(xiàng):取平均值時(shí)按測(cè)量?jī)x器的精確程度決定保留的有效數(shù)字位數(shù)。注意對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)是應(yīng)先取平均值再運(yùn)算還是應(yīng)先運(yùn)算再對(duì)結(jié)果取平均值。(3)作圖法:通過建立平面直角坐標(biāo)系,將測(cè)得的一系列數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)、連線,進(jìn)而利用圖線斜率、在坐標(biāo)軸上的截距、與坐標(biāo)軸所圍面積等獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法。優(yōu)點(diǎn):直觀、簡(jiǎn)便,有取平均的效果。容易得出結(jié)果、找出規(guī)律,還可剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng):描點(diǎn)時(shí)要注意每個(gè)坐標(biāo)軸代表的物理量和單位。用平滑的線連線時(shí)不一定能通過所有的數(shù)據(jù)點(diǎn),但要使盡可能多的點(diǎn)落在線上,不能落在線上的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè),離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍棄。在圖上求直線的斜率時(shí),要選取線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn),不一定要取原來(lái)測(cè)得的數(shù)據(jù)點(diǎn)。作圖時(shí)常設(shè)法使圖線線性化,即“化曲為直”。要使作出的圖線大致分布在整個(gè)坐標(biāo)圖紙上。3測(cè)速度的方法4測(cè)加速度的方法物理考試大綱規(guī)定的七個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn),包括研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、探究動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。這些實(shí)驗(yàn)都離不開力、長(zhǎng)度、速度或加速度的測(cè)量,其中長(zhǎng)度的測(cè)量可用刻度尺、游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微器,速度、加速度的測(cè)量用紙帶法、光電門法等測(cè)量,力的測(cè)量用測(cè)力計(jì)、力傳感器等。高考考向1紙帶、光電門類實(shí)驗(yàn)命題角度1紙帶類實(shí)驗(yàn)例1(2019·江蘇高考)某興趣小組用如圖1所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。(1)有兩種工作頻率均為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供實(shí)驗(yàn)選用:A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小,應(yīng)選擇_(選填“A”或“B”)。(2)保持長(zhǎng)木板水平,將紙帶固定在小車后端,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。實(shí)驗(yàn)中,為消除摩擦力的影響,在砝碼盤中慢慢加入沙子,直到小車開始運(yùn)動(dòng)。同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得到消除。同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子,直至輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)??捶ㄕ_的同學(xué)是_(選填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影響后,在砝碼盤中加入砝碼。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,松開小車,小車運(yùn)動(dòng)。紙帶被打出一系列點(diǎn),其中的一段如圖2所示。圖中紙帶按實(shí)際尺寸畫出,紙帶上A點(diǎn)的速度vA_ m/s。(4)測(cè)出小車的質(zhì)量為M,再測(cè)出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L(zhǎng)。小車動(dòng)能的變化量可用EkMv算出。砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m,重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)中,小車的質(zhì)量應(yīng)_(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量,小車所受合力做的功可用WmgL算出。多次測(cè)量,若W與Ek均基本相等則驗(yàn)證了動(dòng)能定理。解析(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的紙帶受到的阻力較大,而電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的紙帶所受阻力較小,故選B。(2)由于剛開始運(yùn)動(dòng),拉力等于最大靜摩擦力,而最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力,故平衡摩擦力的兩種看法中,乙同學(xué)正確。(3)取與A點(diǎn)相鄰的兩點(diǎn),用毫米刻度尺測(cè)出兩點(diǎn)之間的距離,如圖所示,可測(cè)得x1.24 cm。用這一段的平均速度表示A點(diǎn)的瞬時(shí)速度,則vA m/s0.31 m/s。(4)由題意知,本實(shí)驗(yàn)用砝碼、砝碼盤和沙子的總重力大小表示小車受到的拉力大小,故要求小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量。答案(1)B(2)乙(3)0.31(0.300.33都算對(duì))(4)遠(yuǎn)大于(1)高考涉及的紙帶類實(shí)驗(yàn)廣義的紙帶類實(shí)驗(yàn)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶外,還包括頻閃照相、滴水法等。高考中涉及“紙帶”的實(shí)驗(yàn)包括:研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、探究動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,以及測(cè)量重力加速度、測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。(2)紙帶問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn):計(jì)時(shí)點(diǎn)是指打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn),計(jì)數(shù)點(diǎn)是指測(cè)量和計(jì)算時(shí)在紙帶上所選取的點(diǎn)。要注意“每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”與“每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”的取點(diǎn)方法是一樣的。涉及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)均是先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后,再釋放紙帶。備課記錄: 11(2019·全國(guó)卷)某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究。物塊拖動(dòng)紙帶下滑,打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz,紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出。在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是_點(diǎn)。在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為_ m/s(保留三位有效數(shù)字);物塊下滑的加速度大小為_ m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。答案A0.2330.75解析物塊加速下滑,因此打點(diǎn)間距逐漸增大,故先打出A點(diǎn)。打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小vC m/s0.233 m/s。物塊下滑的加速度大小a m/s20.75 m/s2。12(2020·河南省高三段考)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。他在打好點(diǎn)的紙帶中挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,如圖乙所示。把打下的第一個(gè)點(diǎn)記作0,從0點(diǎn)后某個(gè)點(diǎn)開始,依次記為1、2、3,分別測(cè)出各個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離,已標(biāo)在圖乙中,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期T0.02 s,當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮9.80 m/s2,回答下列問題。(1)這五個(gè)數(shù)據(jù)中有一個(gè)不符合測(cè)量讀數(shù)要求,該數(shù)據(jù)是_(填圖乙中的數(shù)據(jù),不用寫單位)。(2)改正(1)中不符合測(cè)量讀數(shù)要求的數(shù)據(jù)后,通過該紙帶上的數(shù)據(jù),可得出重物下落的加速度a_ m/s2。(3)若重物的質(zhì)量為0.5 kg,從開始下落到打第4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)時(shí),重物的機(jī)械能損失為_ J。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)在處理紙帶時(shí),測(cè)出各點(diǎn)的速度v后,描繪v2h(各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離)圖象如圖丙所示,若選取的重物質(zhì)量較大而密度不是很大,所受空氣阻力會(huì)隨重物的速度增大而明顯增大,則v2h圖象可能是A、B、C中的_。答案(1)12.4(2)9.75(3)0.010(4)C解析(1)根據(jù)有效數(shù)字規(guī)則可知,五個(gè)數(shù)據(jù)中,應(yīng)保留兩位小數(shù),其中數(shù)據(jù)12.4 cm不符合測(cè)量讀數(shù)要求。(2)根據(jù)逐差法,利用紙帶求解加速度,t0.02 s,a×102 m/s29.75 m/s2。(3)重物做勻加速直線運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,打第4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的瞬時(shí)速度為:v4 m/s1.94 m/s;下落過程中動(dòng)能增加量為:Ekmv0.9409 J;重力勢(shì)能減少量為:Epmgh40.5×9.80×19.41×102 J0.9511 J;則機(jī)械能損失為:EEpEk0.010 J。(4)空氣阻力隨重物的速度增大而明顯增大,下落相同的高度h時(shí),阻力做功逐漸增大,動(dòng)能增加量減小,速度平方的增加量減小,故C正確。命題角度2 光電門類實(shí)驗(yàn)例2(2019·四川南充三診)氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝有兩個(gè)光電傳感器A、B,A、B間距為L(zhǎng),滑塊P上固定一遮光條,P與遮光條的總質(zhì)量為M,若光線被遮光條遮擋,光電傳感器會(huì)輸出高電壓,兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連?;瑝K在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng),遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時(shí),通過計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象。(1)實(shí)驗(yàn)前,接通氣源,將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,當(dāng)圖乙中的t1_t2(選填“>”“<”或“”)時(shí),說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度d,測(cè)量結(jié)果如圖丙所示,則d_ mm。(3)將滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連,將滑塊P由圖甲所示位置釋放,通過計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示。利用測(cè)定的數(shù)據(jù),當(dāng)關(guān)系式_成立時(shí),表明在上述過程中,滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。(重力加速度為g,用題中給定的物理量符號(hào)表達(dá))解析(1)輕推滑塊,當(dāng)圖乙中的t1t2時(shí),說明滑塊經(jīng)過兩光電門的速度相等,則氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平。(2)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為8 mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×47.6 mm0.476 mm。由讀數(shù)規(guī)則可得d8 mm0.476 mm8.476 mm。(3)滑塊經(jīng)過兩光電門時(shí)的速度分別為:v1;v2;若機(jī)械能守恒,則滿足:mgL(mM)v(mM)v,即滿足22。答案(1)(2)8.476(3)22(1)涉及光電門的實(shí)驗(yàn)包括:驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、探究動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。(2)光電門的原理當(dāng)物體通過光電門時(shí)光被擋住,計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí),當(dāng)物體離開時(shí)停止計(jì)時(shí),這樣就可以根據(jù)物體大小與運(yùn)動(dòng)時(shí)間計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。計(jì)算速度:如果擋光片的寬度為d,擋光時(shí)間為t,則物體經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v。計(jì)算加速度:利用兩光電門的距離L及a計(jì)算加速度。備課記錄: 21(2019·江蘇南通一模)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”。圖中A、B為兩個(gè)光電門,C為固定在木槽上的遮光條。實(shí)驗(yàn)前(不掛鉤碼)左右移動(dòng)小木塊使木槽能夠在長(zhǎng)木板上勻速運(yùn)動(dòng)。遮光條的寬度為d,兩光電門間的距離為x。實(shí)驗(yàn)時(shí)木槽每次都從同一位置由靜止釋放,研究對(duì)象為木槽(包括內(nèi)部的砝碼)及鉤碼組成的系統(tǒng)。(1)通過光電計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過A、B兩個(gè)光電門的時(shí)間分別是tA、tB,則木槽的加速度是_。(用測(cè)量的符號(hào)表示)(2)保持懸掛鉤碼的質(zhì)量m不變,增加或減少槽內(nèi)的砝碼,測(cè)出每次對(duì)應(yīng)的加速度,為了能直觀反映在合外力一定的情況下,加速度與質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)作出at_關(guān)系圖象(M表示槽及槽內(nèi)砝碼的總質(zhì)量)。AM Bm C. D.(3)為了精確測(cè)量木槽運(yùn)動(dòng)的加速度,甲同學(xué)固定光電門B,移動(dòng)光電門A,然后釋放木槽,測(cè)出遮光條每次經(jīng)過光電門A的時(shí)間t1;乙同學(xué)固定光電門A,移動(dòng)光電門B,然后釋放木槽,測(cè)出遮光條每次經(jīng)過光電門B的時(shí)間t2,兩位同學(xué)根據(jù)圖象求解系統(tǒng)的加速度。甲同學(xué)作出的圖象應(yīng)為下圖中的_,乙同學(xué)作出的圖象應(yīng)為下圖中的_。若甲同學(xué)所作圖象斜率的絕對(duì)值為k,則木槽的加速度a_。答案(1)(2)D(3)BC解析(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出通過A、B兩個(gè)光電門的速度vA,vB,由速度位移公式可得a。(2)懸掛鉤碼的質(zhì)量m保持不變,即合力保持不變,a與系統(tǒng)質(zhì)量成反比,可知為了能直觀反映在合外力一定的情況下,加速度與質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)作a圖象,故選D。(3)甲同學(xué)固定光電門B,移動(dòng)光電門A,然后釋放木槽,測(cè)出遮光條每次經(jīng)過光電門A的時(shí)間t1。通過光電門A的瞬時(shí)速度vA,B點(diǎn)的速度為定值,根據(jù)vv2ax得,故B正確。乙同學(xué)固定光電門A,移動(dòng)光電門B,然后釋放木槽,測(cè)出遮光條每次經(jīng)過光電門B的時(shí)間t2,通過光電門B的瞬時(shí)速度vB,A點(diǎn)的速度為定值,根據(jù)vv2ax得,故C正確。若甲同學(xué)所作圖象的斜率的絕對(duì)值為k,則有k,解得系統(tǒng)的加速度a。22(2019·四川南充三診)如圖甲所示為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置,氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上,G1和G2為兩個(gè)光電門,A、B均為彈性滑塊,質(zhì)量分別為mA、mB,且mA大于mB,兩遮光片沿運(yùn)動(dòng)方向的寬度均為d,實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài);(2)輕推滑塊A,測(cè)得A通過光電門G1的遮光時(shí)間為t1;(3)A與B相碰后,B和A先后經(jīng)過光電門G2的遮光時(shí)間分別為t2和t3。回答下列問題:用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光片寬度如圖乙所示,讀數(shù)為:_ mm。實(shí)驗(yàn)中選擇mA大于mB的目的是:_。利用所測(cè)物理量的符號(hào)表示動(dòng)量守恒定律成立的式子為:_。答案1.195(1.1931.197均可)碰撞中滑塊A不反彈mAmAmB解析螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 mm,轉(zhuǎn)動(dòng)刻度的格數(shù)估讀一位,則遮光片寬度為d1 mm19.5×0.01 mm1.195 mm(1.1931.197 mm均可)。A和B發(fā)生彈性碰撞,若用質(zhì)量大的A碰質(zhì)量小的B,則A不會(huì)發(fā)生反彈?;瑝K經(jīng)過光電門時(shí)擋住光的時(shí)間極短,則平均速度可近似替代為滑塊的瞬時(shí)速度,則碰前A的速度vA,碰后A的速度vA,碰后B的速度vB;由碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒有:mAvAmAvAmBvB;代入可得表達(dá)式:mAmAmB。高考考向2彈簧、橡皮條、碰撞類實(shí)驗(yàn)命題角度1 彈簧、橡皮條類實(shí)驗(yàn)例3(2018·全國(guó)卷)如圖a,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置,簡(jiǎn)化為圖中的指針?,F(xiàn)要測(cè)量圖a中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖b所示,其讀數(shù)為_ cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為_ N/m(保留三位有效數(shù)字)。解析游標(biāo)卡尺精度為0.05 mm,游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第15條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊,根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則,題圖b所示的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為3.7 cm15×0.05 mm3.7 cm0.075 cm3.775 cm。托盤中放有質(zhì)量為m0.100 kg的砝碼時(shí),彈簧受到的拉力 Fmg0.100×9.8 N0.980 N,彈簧伸長(zhǎng)x3.775 cm1.950 cm1.825 cm0.01825 m,根據(jù)胡克定律,F(xiàn)kx,解得此彈簧的勁度系數(shù)k53.7 N/m。答案3.77553.7高考涉及的彈簧、橡皮條實(shí)驗(yàn)包括:探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、探究動(dòng)能定理。探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、驗(yàn)證力的平行四邊形定則主要利用了胡克定律及等效思想,常用作圖法處理數(shù)據(jù)。探究動(dòng)能定理涉及彈力做功的知識(shí),一般用比例法表示彈力做的功。備課記錄: 31(2017·全國(guó)卷)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn),將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在桌面上,如圖a所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí),橡皮筋處于原長(zhǎng)。(1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O。此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出。測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖b所示,F(xiàn)的大小為_N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點(diǎn),現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋,再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖a中兩條虛線所示的方向,由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F14.2 N和F25.6 N。()用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 N的力,以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn),在圖a中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合;()F合的大小為_N,F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案(1)4.0(2)()如圖所示()4.00.05解析(1)由題給測(cè)力計(jì)示數(shù)可知,讀數(shù)為4.0 N。(2)作圖,F(xiàn)2長(zhǎng)度為28 mm,F(xiàn)1長(zhǎng)度為21 mm,平行四邊形如圖,量出合力長(zhǎng)度約為20 mm,大小代表4.0 N,量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長(zhǎng)度,其比值就是F合與拉力F的夾角的正切值。32(2019·廣東廣州二模)某興趣小組用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置完成探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系后做拓展研究。請(qǐng)根據(jù)如下實(shí)驗(yàn)過程,完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:(1)將輕質(zhì)彈簧懸掛于鐵架臺(tái),測(cè)得彈簧原長(zhǎng)L0;(2)在彈簧下端拴掛質(zhì)量為m的鉤碼,待系統(tǒng)靜止時(shí),測(cè)得彈簧長(zhǎng)度L;(3)當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,彈簧的勁度系數(shù)k_(用m、g、L0、L表示);(4)托起鉤碼使彈簧恢復(fù)原長(zhǎng),并由靜止釋放,測(cè)得彈簧拉伸的最大長(zhǎng)度L。發(fā)現(xiàn)LL,于是進(jìn)一步探究彈簧兩次伸長(zhǎng)量x0LL0和xLL0之間的關(guān)系;(5)改變鉤碼個(gè)數(shù),重復(fù)實(shí)驗(yàn),得到多組x0、x數(shù)據(jù),作出xx0圖象如圖乙所示;(6)由圖乙可知_,該小組換用不同彈簧進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)的值相同;(7)通過分析,該小組得出了彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式:步驟(2)中,系統(tǒng)靜止時(shí),鉤碼受力平衡,有mg_(用k、x0表示);步驟(4)中,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,彈簧被拉伸到最長(zhǎng)時(shí)的彈性勢(shì)能Ep_(用m、g、x表示);結(jié)合步驟(6),勁度系數(shù)為k的彈簧伸長(zhǎng)x時(shí),對(duì)應(yīng)的彈性勢(shì)能Ep_(用k、x表示)。答案(3)(6)2(7)kx0mgxkx2解析(3)由平衡條件可得:mgk(LL0),解得:k。(6)由圖乙可知2。(7)步驟(2)中,系統(tǒng)靜止時(shí),鉤碼受力平衡,有mgkx0。步驟(4)中,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,彈簧被拉伸到最長(zhǎng)時(shí)的彈性勢(shì)能等于物體重力勢(shì)能的減小量,即Epmgx。勁度系數(shù)為k的彈簧伸長(zhǎng)x時(shí),對(duì)應(yīng)的彈性勢(shì)能Epmgxkx0xkx2。命題角度2 碰撞類實(shí)驗(yàn)例4(2019·湖南衡陽(yáng)三模)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球A、B的直徑d,其示數(shù)如圖乙所示,則直徑d_ mm。用天平測(cè)得球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2。(2)用兩條細(xì)線分別將大小相同的球A、B懸掛于同一水平高度,且自然下垂時(shí)兩球恰好相切,球心位于同一水平線上。(3)將球A向左拉起使其懸線與豎直方向的夾角為時(shí),由靜止釋放,與球B碰撞后,測(cè)得球A向左擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為,球B向右擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為。(4)若兩球碰撞前后動(dòng)量守恒,則其表達(dá)式為_;若碰撞是彈性碰撞,則還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_(用測(cè)量的物理量表示)。解析(1)小球A、B的直徑:d10.5 mm0.01×30.0 mm10.800 mm。(4)設(shè)懸線長(zhǎng)為l,小球A下擺過程只有重力做功,機(jī)械能守恒,由機(jī)械能守恒定律得:m1vm1gl(1cos),碰撞后,對(duì)A、B兩球分別根據(jù)機(jī)械能守恒定律得:m1v12m1gl(1cos),m2v22m2gl(1cos),若兩球碰撞前后的動(dòng)量守恒,則滿足:m1v1m1v1m2v2,聯(lián)立以上四式得:m1m2m1。若碰撞是彈性碰撞,則碰撞過程中機(jī)械能守恒,則有:m1vm1v12m2v22,解得:m1cosm1cosm2(1cos)。答案(1)10.800(4)m1m2m1m1cosm1cosm2(1cos)碰撞類實(shí)驗(yàn)就是驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),其中一些可歸到紙帶、光電門類實(shí)驗(yàn)。還有一些沒有用到紙帶、光電門。這類實(shí)驗(yàn)主要有:利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律、利用擺球的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。碰撞類實(shí)驗(yàn)近幾年高考沒有考過,為了知識(shí)的完整性,有必要熟練掌握。備課記錄: 4(2019·北京豐臺(tái)二模)在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,甲、乙兩位同學(xué)用了不同的實(shí)驗(yàn)方案。(1)如圖1所示,甲同學(xué)利用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)中,斜槽軌道末端_。(填選項(xiàng)前的字母)A必須水平 B要向上傾斜C要向下傾斜若入射小球質(zhì)量為m1,半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2,半徑為r2。實(shí)驗(yàn)要求m1_m2,r1_r2。(填“”“”或“”)。圖1中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在水平地面上的垂直投影。實(shí)驗(yàn)時(shí),先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放,找到其平均落點(diǎn)位置P,測(cè)量平拋射程OP。然后把被碰小球m2靜置于軌道水平部分末端,再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放,與小球m2相碰,并多次重復(fù)??諝庾枇雎圆挥?jì),接下來(lái)要完成的必要步驟是_。(填選項(xiàng)前的字母)A測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B測(cè)量小球m1開始釋放時(shí)的高度hC測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE測(cè)量平拋射程OM、ONF測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的半徑r1、r2若兩個(gè)小球相碰前后的動(dòng)量守恒,其表達(dá)式可表示為_;若碰撞是彈性碰撞,則還可以寫出表達(dá)式為_。(用問中測(cè)量的量表示)(2)如圖2所示,乙同學(xué)利用此裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。水平氣墊導(dǎo)軌(導(dǎo)軌與滑塊間摩擦力忽略不計(jì))上裝有兩個(gè)光電計(jì)時(shí)裝置C和D,可記錄遮光片的遮光時(shí)間。乙同學(xué)按照如下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):a測(cè)量滑塊A的質(zhì)量mA,測(cè)量滑塊B的質(zhì)量mBb測(cè)量滑塊A的遮光片的寬度d1,測(cè)量滑塊B的遮光片的寬度d2c將滑塊A、B靜止放在導(dǎo)軌上,給滑塊A一個(gè)向右的瞬時(shí)沖量,讓滑塊A與靜止的滑塊B發(fā)生碰撞后,B、A依次通過光電計(jì)時(shí)裝置Dd待B、A完全通過光電計(jì)時(shí)裝置D后用手分別按住e記錄光電計(jì)時(shí)裝置C顯示的時(shí)間t1和裝置D顯示的時(shí)間t2、t3完成上述實(shí)驗(yàn)步驟需要的實(shí)驗(yàn)器材有_。按照乙同學(xué)的操作,若兩滑塊碰撞前后的動(dòng)量守恒,其表達(dá)式可表示為_;兩滑塊碰撞過程中損失的機(jī)械能為_。(3)通過實(shí)驗(yàn)來(lái)“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”,不論采用何種方法,都要測(cè)得系統(tǒng)內(nèi)物體作用前后的“速度”,請(qǐng)比較分析甲、乙同學(xué)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,分別說明在測(cè)得“速度”的方法上有何不同?_ _。答案(1)A>ADEm1·OPm1·OMm2·ONm1·OP2m1·OM2m2·ON2(2)天平、刻度尺(3)甲是利用平拋射程間接代替速度,乙是直接求出速度解析(1)實(shí)驗(yàn)中,斜槽軌道末端必須水平,以保證小球能做平拋運(yùn)動(dòng),故選A;為保證兩球發(fā)生正碰,兩球必須等大,即r1r2;為防止入射球反彈,則入射球的質(zhì)量要大于被碰球的質(zhì)量,即m1>m2;要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即驗(yàn)證:m1v1m1v2m2v3,小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),它們拋出點(diǎn)的高度相等,在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,上式兩邊同時(shí)乘以t得:m1v1tm1v2tm2v3t,即m1·OPm1·OMm2·ON,因此需要完成的必要操作步驟是A、D、E。若兩小球相碰前后動(dòng)量守恒,則:m1·OPm1·OMm2·ON;若碰撞是彈性碰撞,則還可以寫出表達(dá)式為m1vm1vm2v,即m1·OP2m1·OM2m2·ON2,即m1·OP2m2·OM2m2·ON2。(2)完成上述實(shí)驗(yàn)步驟需要的實(shí)驗(yàn)器材有天平和刻度尺;碰撞前后滑塊A的速度分別為:vA0;vA1;碰撞后滑塊B的速度為:vB;則要驗(yàn)證的關(guān)系是:mAvA0mAvA1mBvB,即;兩滑塊碰撞過程中損失的機(jī)械能為:EmAv。(3)甲是利用平拋射程間接代替速度,乙是利用遮光板通過光電門的時(shí)間直接求出速度。高考考向3力學(xué)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)命題角度1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)例5(2019·全國(guó)卷)如圖a,某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有:鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等?;卮鹣铝袉栴}:(1)鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)_(用木板與水平面的夾角、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)整木板與水平面的夾角使30°。接通電源,開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放鐵塊,鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶,如圖b所示。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。重力加速度為9.80 m/s2,可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(結(jié)果保留兩位小數(shù))。解析(1)鐵塊受重力、木板彈力及摩擦力作用,受力分析如圖。由牛頓第二定律得:mgsinFNma且FNmgcos聯(lián)立以上兩式解得。(2)由逐差法求鐵塊加速度:a m/s21.97 m/s2代入,得0.35。答案(1)(2)0.35測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)一般結(jié)合在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”或“探究動(dòng)能定理”等實(shí)驗(yàn)中考查。實(shí)驗(yàn)的原理是:利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等器材測(cè)出物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度,再利用牛頓第二定律計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù),或者利用平衡條件、動(dòng)能定理或能量守恒定律等計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新思維實(shí)驗(yàn)原理將研究運(yùn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)化為研究靜止物體利用F彈FfFN求讓物塊先做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)中,利用逐差法求加速度,利用Fmgma進(jìn)一步求將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為角度的測(cè)量利用agsingcos求(a通過逐差法求解)將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為加速度的測(cè)量利用vv2as求加速度,再利用動(dòng)力學(xué)知識(shí)得到備課記錄: 51(2018·全國(guó)卷)某同學(xué)用圖a所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的摩擦因數(shù)??邕^光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊之間的細(xì)線保持水平,在木塊上放置砝碼。緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板,當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí),彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出,其中f4的值從圖b中彈簧秤的示數(shù)讀出。砝碼的質(zhì)量m/kg0.050.100.150.200.25滑動(dòng)摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列問題:(1)f4_ N。(2)在圖c的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出fm圖線。(3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板和木塊之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)及重力加速度大小g之間的關(guān)系式f_,fm圖線(直線)的斜率的表達(dá)式k_。(4)取g9.80 m/s2,由繪出的fm圖線求得_。(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)2.75(2)圖見解析(3)(Mm)gg(4)0.41解析(1)指針在2.7與2.8之間,估讀為2.75 N。(2)描點(diǎn)畫線注意讓所有點(diǎn)均勻分布在線上或線的兩側(cè),作圖如圖所示。(3)木塊受到的是滑動(dòng)摩擦力,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力的定義知f(Mm)g?;?jiǎn)可得:f(Mm)g(g)mMg,所以圖象的斜率kg。(4)取g9.80 m/s2,取圖象上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)求斜率,k4,則0.41。52(2019·江西南昌二模)物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端裝有定滑輪;木板上有一滑塊,其一端與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連,另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50 Hz,開始實(shí)驗(yàn)時(shí),在托盤中放入適量砝碼,滑塊開始向右運(yùn)動(dòng),在紙帶上打出一系列小點(diǎn)。(1)圖乙中給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算滑塊的加速度a_ m/s2(保留三位有效數(shù)字)。(2)為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù),還需要測(cè)量的物理量有_(填入所選物理量前的字母)。A木塊的長(zhǎng)度LB木板的質(zhì)量m1C滑塊的質(zhì)量m2D托盤和砝碼的總質(zhì)量m3E滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t(3)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)_(用上述物理量的符號(hào)表示,重力加速度為g)。答案(1)0.497(2)CD(3)解析(1)每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn),說明相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T0.1 s,由逐差法可得:a m/s20.497 m/s2。(2)對(duì)托盤和砝碼,由牛頓第二定律得:m3gTm3a,對(duì)滑塊,有:Tfm2a,滑動(dòng)摩擦力:fm2g,解得:,要測(cè)得動(dòng)摩擦因數(shù),需要測(cè)出滑塊的質(zhì)量m2與托盤和砝碼的總質(zhì)量m3,故選C、D。(3)由(2)分析可知,滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為:。命題角度2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新測(cè)定重力加速度例6(2019·全國(guó)卷)甲乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中,甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球,乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照。已知相機(jī)每間隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息,在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是_。(填正確答案標(biāo)號(hào))A米尺 B秒表 C光電門 D天平(2)簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法。答:_ _。(3)實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm,則該地的重力加速度大小為g_ m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)利用頻閃照片測(cè)重力加速度時(shí)需要測(cè)量小球下落的距離,因此實(shí)驗(yàn)中還必須使用米尺,A正確。(2)將米尺豎直放置,小球靠近米尺下落,從照片上直接讀出小球下落的距離。(3)根據(jù)sgT2得重力加速度大小g m/s29.7 m/s2。答案(1)A(2)將米尺豎直放置,使小球下落時(shí)盡量靠近米尺(3)9.7重力加速度的測(cè)定是力學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新熱點(diǎn),常見方案有以下幾種:備課記錄: 61(2019·河北衡水中學(xué)三模)如圖甲所示為阿特武德機(jī)的示意圖,它是早期測(cè)量重力加速度的器械,由英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特武德于1784年制成。他將質(zhì)量均為M的兩個(gè)重物用不可伸長(zhǎng)的輕繩連接后,放在光滑的輕質(zhì)滑輪上,處于靜止?fàn)顟B(tài)。再在一個(gè)重物上附加一質(zhì)量為m的小物塊,這時(shí),由于小物塊的重力而使系統(tǒng)做初速度為零的緩慢加速運(yùn)動(dòng),測(cè)出加速度。完成一次實(shí)驗(yàn)后,換用不同質(zhì)量的小物塊,重復(fù)實(shí)驗(yàn),測(cè)出不同m時(shí)系統(tǒng)的加速度。(1)所產(chǎn)生的微小加速度可表示為a_(用M、m、重力加速度g表示)。(2)若選定如圖甲所示左側(cè)重物從靜止開始下落的過程進(jìn)行測(cè)量,想要求出重物的質(zhì)量M,則需要測(cè)量的物理量有_。A小物塊的質(zhì)量mB重物下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間C繩子的長(zhǎng)度D滑輪半徑(3)經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),得到多組a、m數(shù)據(jù),作出圖象,如圖乙所示,已知該圖象斜率為k,縱軸截距為b,則可求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_,并可求出每個(gè)重物質(zhì)量M_。答案(1)(2)AB(3)解析(1)根據(jù)牛頓第二定律得:(mM)gT(mM)a,TMgMa,解得:a。(2)根據(jù)hat2,則有:g,所以需要測(cè)量的物理量有:小物塊的質(zhì)量m,重物下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間。故A、B正確。(3)因?yàn)閍,則·,知圖線斜率k,b,解得g,M。62(2019·西安二模)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示裝置測(cè)定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值。實(shí)驗(yàn)開始時(shí),小鋼球被電磁鐵吸引靜止不動(dòng),光電門位于鋼球的下方,二者的中心處在同一豎直線上。將此時(shí)鋼球球心位置記為A點(diǎn),光電門中心位置記為O點(diǎn),AO間距離為h。(1)使用螺旋測(cè)微器測(cè)定小鋼球的直徑如圖乙所示,可知鋼球直徑大小為d_ mm。(2)斷開電磁鐵開關(guān),小鋼球由靜止開始下落,下落過程中通過位于O點(diǎn)處的光電門,由數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄鋼球通過光電門的時(shí)間t,可由表達(dá)式v_得到小鋼球球心通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度。(3)將光電門向下移動(dòng)一小段距離后,重新釋放小鋼球,記錄小鋼球通過光電門時(shí)數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間t和此時(shí)光電門與O點(diǎn)間距離x;重復(fù)上述步驟,得到若干組t和x的數(shù)值;在x坐標(biāo)中描點(diǎn)連線,得到如圖丙所示直線并計(jì)算出其斜率大小為1.6×105,根據(jù)此斜率值,可以得到當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值為_ m/s2。答案(1)11.000(2)(3)9.68解析(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為11 mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×0.0 mm0.000 mm,則d11.000 mm。(2)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度知,小鋼球通過光電門的速度表達(dá)式為v。(3)依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)位移與速度公式,則有:2g(hx),整理得,·x,而x圖象的斜率大小為k1.6×105,那么g m/s29.68 m/s2。閱卷現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)驗(yàn)原理出錯(cuò)例7(2017·北京高考)(18分)如圖1所示,用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車,使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是_(選填選項(xiàng)前的字母)。A直流電源 B交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正確操作方法是_(選填選項(xiàng)前的字母)。A把長(zhǎng)木板右端墊高 B改變小車的質(zhì)量在不掛重物且_(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下,輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源,釋放小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測(cè)得A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中,重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中,拉力對(duì)小車做的功W_,打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v_。(4)以v2為縱坐標(biāo),W為橫坐標(biāo),利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_。根據(jù)功與能的關(guān)系,動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子;分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系,與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_。(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2W關(guān)系的是_。正解(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交變電流,故應(yīng)選用交流電源。(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)采用墊高長(zhǎng)木板右端,使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡,阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦,故需要在打點(diǎn)狀態(tài)下判斷是否達(dá)到平衡要求。(3)由做功公式知:Wmgx2;利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知,B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度,vB。(4)根據(jù)圖線,關(guān)系式寫為v2kWb,在直線上取兩點(diǎn),如(1.4×102,0.07)(8×102,0.38),代入上式,解得k4.7,b0.004,在作圖誤差允許的范圍內(nèi),表達(dá)式可寫為v24.7W。把功的單位用基本單位表示,JN·mkg·m2·s2,容易得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg1,故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)若重物質(zhì)量m不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M,則繩子對(duì)小車的拉力實(shí)際不等于重物的重力,由mg(Mm)a和FMa知Fmg,由動(dòng)能定理得:mv2Fx,v2xx,而Wmgx,故v2W,則實(shí)際v2W圖線的斜率k,重物質(zhì)量m與小車質(zhì)量M不變,速度雖然增大,但斜率不變,選項(xiàng)A正確。答案(1)B(2分)(2)A(2分)B(2分)(3)mgx2(2分)(2分)(4)v24.7W(4.6W4.8W均認(rèn)為正確)(2分)質(zhì)量(2分)(5)A(4分)錯(cuò)解(1)因電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源上,學(xué)生電源已經(jīng)將220 V的交流電變成了直流電,故選A。(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)采用墊高長(zhǎng)木板右端,使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡,阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦,故需要在打點(diǎn)狀態(tài)下判斷是否達(dá)到平衡要求。(3)由做功公式知:Wmgx2;利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知,B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度,vB。(4)根據(jù)已給出的v2 W圖象可以判斷為正比例函數(shù)圖象,所以函數(shù)關(guān)系方程設(shè)定為v2kW形式,在直線上選定一點(diǎn)為(3×102,0.15),解之得k5 kg1。則方程為v25W,把功的單位用基本單位表示,JN·mkg·m2·s2,容易得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg1,故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)若重物質(zhì)量m不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M,則繩子對(duì)小車的拉力實(shí)際不等于重物的重力,由mg(Mm)a和FMa知Fmg,由動(dòng)能定理得:mv2Fx,v2xx,而Wmgx,則實(shí)際v2W圖線的斜率k,隨著重物質(zhì)量m的增大,斜率k變小,所以D正確。答案(1)A(扣2分)(2)A(2分)B(2分)(3)mgx2(2分)(2分)(4)v25W(扣2分)質(zhì)量(2分)(5)D(扣4分)本題的錯(cuò)誤往往容易出現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:(1)對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理沒有理解清楚,只是死記硬背,在用時(shí)往往出現(xiàn)錯(cuò)誤。(2)從題目給出的v2W圖象來(lái)看,肯定是條直線,但是過不過原點(diǎn)就未可知了。因此,在設(shè)定直線方程時(shí)要設(shè)成一次函數(shù)式,不應(yīng)設(shè)成正比例函數(shù)式。但是不管是一次函數(shù)式還是正比例函數(shù)式,它們的斜率都是相同的,均為k。(3)判斷v2W圖象關(guān)系時(shí)推導(dǎo)出v2W后,聯(lián)想到探究“加速度與力的關(guān)系”時(shí),隨著m增大,a與F有類似的關(guān)系,所以圖象向下彎曲,從而錯(cuò)選D。專題作業(yè)1(2019·長(zhǎng)沙二模)某探究小組為了研究小車的直線運(yùn)動(dòng),用自制的“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前,將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁,如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)時(shí),保持桌面水平,讓小車在外力的作用下運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間,滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴,圖乙記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置及它們之間的距離。已知滴水計(jì)時(shí)器從滴出第1個(gè)水滴開始計(jì)時(shí),到滴出第26個(gè)水滴共用時(shí)10 s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)水滴從滴到位置1至滴到位置6用時(shí)_ s。(2)小車運(yùn)動(dòng)過程的加速度大小為_ m/s2;水滴滴到位置5時(shí),小車的速度大小為_ m/s。答案(1)2.0(2)0.100.35解析(1)滴水計(jì)時(shí)器從滴出第1個(gè)水滴開始計(jì)時(shí),到滴出第26個(gè)水滴共用時(shí)10 s,則滴水周期為T s0.4 s。所以水滴從滴到位置1至滴到位置6用時(shí)為t5×0.4 s2.0 s。(2)根據(jù)saT2可求得a m/s20.10 m/s2,根據(jù)中間時(shí)刻的速度等于平均速度可求得水滴滴到位置5時(shí),小車的速度大小為v5×103 m/s0.35 m/s。2(2019·北京石景山高三統(tǒng)一測(cè)試)橡皮筋也像彈簧一樣,在彈性限度內(nèi)伸長(zhǎng)量x與彈力F成正比,即Fkx,k的值與橡皮筋的原長(zhǎng)L、橫截面積S有關(guān),理論與實(shí)驗(yàn)都證明kY,其中Y是由材料決定的常數(shù),材料力學(xué)中稱之為楊氏模量。(1)在國(guó)際單位中,楊氏模量Y的單位應(yīng)為()AN Bm CN/m DN/m2(2)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù),作出了外力F與伸長(zhǎng)量x之間的關(guān)系圖象如圖所示,由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k_ N/m。(3)若橡皮筋的原長(zhǎng)為10.0 cm,橫截面積為1.0 mm2,則該橡皮筋的楊氏模量Y的大小是_(只填數(shù)字,單位取(1)中正確單位,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。答案(1)D(2)500(3)5.0×107解析(1)由題意知Y,故Y的單位是N/m2,故選D。(2)橡皮筋的勁度系數(shù)是Fx圖象的斜率,由圖象得k N/m500 N/m。(3)根據(jù)楊氏模量公式知Y N/m25.0×107 N/m2。3(2018·江蘇高考)某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量重力加速度g。細(xì)繩跨過固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪,兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。實(shí)驗(yàn)操作如下:用米尺量出重錘1底端距地面的高度H;在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼;左手將重錘2壓在地面上,保持系統(tǒng)靜止。釋放重錘2,同時(shí)右手開啟秒表,在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí),記錄下落時(shí)間;重復(fù)測(cè)量3次下落時(shí)間,取其平均值作為測(cè)量值t。請(qǐng)回答下列問題:(1)步驟可以減小對(duì)下落時(shí)間t測(cè)量的_(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。(2)實(shí)驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多,主要是為了_。A使H測(cè)得更準(zhǔn)確B使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些C使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差?,F(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差,可以怎么做?_。(4)使用橡皮泥改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,并測(cè)出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量量和已知量表示g,得g_。答案(1)偶然(2)B(3)在重錘1上粘上橡皮泥,調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落(4)解析(1)時(shí)間測(cè)量是人為操作快慢和讀數(shù)問題帶來(lái)的誤差,所以屬于偶然誤差。(2)由于自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度較大,下落H高度的時(shí)間較短,為了減小測(cè)量時(shí)間的實(shí)驗(yàn)誤差,就要使重錘下落的時(shí)間長(zhǎng)一些,因此系統(tǒng)下降的加速度要小,所以小鉤碼的質(zhì)量要比重錘的質(zhì)量小很多。(3)為了消除滑輪的摩擦阻力,可用橡皮泥粘在重錘1上,輕拉重錘放手后若系統(tǒng)做勻速運(yùn)動(dòng),則表示平衡了阻力。(4)根據(jù)牛頓第二定律有mg(Mm0mM)a,又Hat2,解得g。4(2018·天津高考)某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn),所用器材有:方木板一塊,白紙,量程為5 N的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè),橡皮條(帶兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套),刻度尺,圖釘(若干個(gè))。(1)具體操作前,同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議,其中正確的是_。A橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí),結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同C使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí),施力方向應(yīng)沿彈簧測(cè)力計(jì)軸線;讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)刻度D用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn),白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn),如下圖所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是_。答案(1)BC(2)B解析(1)為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有普遍性,在實(shí)驗(yàn)過程中不應(yīng)讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位置,A錯(cuò)誤;只要每一組實(shí)驗(yàn)時(shí)用一個(gè)力和用兩個(gè)力拉的效果相同即可,即結(jié)點(diǎn)O的位置相同,不需要每次實(shí)驗(yàn)時(shí)結(jié)點(diǎn)O的位置都相同,B正確;使