2017-2018學(xué)年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第3板塊 力學(xué)實(shí)驗(yàn)題教學(xué)案

第3板塊 力學(xué)實(shí)驗(yàn)題第12講 常考實(shí)驗(yàn)學(xué)法指導(dǎo)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。高考除了對(duì)課本中原有的學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考查外，還增加了對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的考查，利用學(xué)生所學(xué)過(guò)的知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材或?qū)嶒?yàn)方法加以重組，來(lái)完成新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。復(fù)習(xí)本講內(nèi)容時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：熟知各種器材的特性；熟悉課本實(shí)驗(yàn)，抓住實(shí)驗(yàn)的靈魂實(shí)驗(yàn)原理；掌握數(shù)據(jù)處理的方法；熟知兩類誤差分析系統(tǒng)誤差和偶然誤差?？疾辄c(diǎn)(一)游標(biāo)卡尺讀數(shù)方法刻度格數(shù)刻度總長(zhǎng)度(mm)每小格與1 mm相差(mm)精確度(mm)游標(biāo)尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對(duì)齊時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)(mm)1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)0.02n注意：(1)讀數(shù)最后的“0”不能丟，且不需要估讀。(2)讀數(shù)時(shí)主尺和游標(biāo)尺所用單位要統(tǒng)一，都用mm，最后根據(jù)題目要求轉(zhuǎn)換單位。(3)游標(biāo)卡尺可以測(cè)量外徑、內(nèi)徑、長(zhǎng)度、深度等。例1下面各圖均是用游標(biāo)卡尺測(cè)量時(shí)的示意圖，圖甲為50分度游標(biāo)卡尺，圖乙為20分度游標(biāo)卡尺，圖丙為10分度游標(biāo)卡尺，它們的讀數(shù)分別為：_；_；_。解析在題圖甲中，主尺讀數(shù)為42 mm，游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對(duì)齊，由于游標(biāo)卡尺是50分度的，所以讀數(shù)為42 mm8×0.02 mm42.16 mm；在題圖乙中，主尺讀數(shù)為63 mm，游標(biāo)尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對(duì)齊，由于游標(biāo)卡尺是20分度的，所以讀數(shù)為63 mm6×0.05 mm63.30 mm；在題圖丙中，主尺讀數(shù)為29 mm，游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對(duì)齊，由于游標(biāo)卡尺是10分度的，所以讀數(shù)為29 mm8×0.1 mm29.8 mm。答案42.16 mm63.30 mm29.8 mm考查點(diǎn)(二)螺旋測(cè)微器讀數(shù)方法測(cè)量值固定刻度值(注意半毫米刻度線是否露出)精確度×可動(dòng)刻度上與固定刻度水平線所對(duì)的刻度值(注意刻度值要估讀一位)。精確度為0.01 mm。注意：(1)螺旋測(cè)微器讀數(shù)以“mm”為單位時(shí)，小數(shù)點(diǎn)后面一定有三位數(shù)字。(2)螺旋測(cè)微器需要估讀，讀數(shù)時(shí)要估讀到0.001 mm。例2如圖甲、乙、丙是螺旋測(cè)微器的三種刻度，其讀數(shù)分別為：_mm、_mm、_mm。解析圖甲：固定尺讀數(shù)可動(dòng)尺讀數(shù)6.5 mm35.8×0.01 mm6.858 mm。圖乙：固定尺讀數(shù)可動(dòng)尺讀數(shù)00.7×0.01 mm0.007 mm。丙：固定尺讀數(shù)可動(dòng)尺讀數(shù)0.5 mm14.6 ×0.01 mm0.646 mm。答案6.8580.0070.646考查點(diǎn)(一)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)利用紙帶確定時(shí)間、速度、加速度(1)由紙帶確定時(shí)間：要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t0.02×5 s0.10 s。(2)求解瞬時(shí)速度：利用做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求打某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度。如圖甲所示，第n點(diǎn)時(shí)的速度vn。(3)用“逐差法”求加速度：如圖乙所示，因?yàn)閍1，a2，a3，所以a。(4)圖像法求加速度由vn，求出相應(yīng)點(diǎn)的速度。確定各計(jì)數(shù)點(diǎn)的坐標(biāo)值(v1，T)、(v2,2T)、(vn，nT)。畫出v­t圖像，圖線的斜率為物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。注意：凡是應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)，都必須先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放紙帶。例1(2016·天津高考)某同學(xué)利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(1)實(shí)驗(yàn)中，必需的措施是_。A細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行B先接通電源再釋放小車C小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D平衡小車與長(zhǎng)木板間的摩擦力(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中未畫出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm。則小車的加速度a_ m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB_ m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，為順利完成實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)效果，細(xì)線與長(zhǎng)木板要平行，否則小車受力會(huì)發(fā)生變化，選項(xiàng)A正確；為打的點(diǎn)盡量多些，需先接通電源，再釋放小車，選項(xiàng)B正確；本題中只要保證小車做勻變速運(yùn)動(dòng)即可，無(wú)須保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；同理，小車與長(zhǎng)木板間可以有不變的摩擦力，無(wú)須平衡摩擦力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故必需的措施是A、B選項(xiàng)。(2)由s4s13aT2、s5s23aT2、s6s33aT2知加速度a0.80 m/s2打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB0.40 m/s。答案(1)AB(2)0.800.40考查點(diǎn)(二)探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法列表法將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)好的表格之中，可以分析兩物理量間的定性關(guān)系圖像法根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行作圖。若是曲線應(yīng)平滑，若是直線要讓直線過(guò)盡量多的點(diǎn)，或各點(diǎn)在直線兩側(cè)均勻分布函數(shù)法往往是根據(jù)圖像得到物理量間的函數(shù)關(guān)系方程式例2在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中。(1)某同學(xué)先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，然后用鉤碼掛在彈簧下端，測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，把LL0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x，改變鉤碼個(gè)數(shù)重復(fù)操作。由于彈簧自身重力的影響，最后作出的F­x圖像，可能是下圖中的()(2)另一同學(xué)使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖像如圖所示。下列表述正確的是()Aa的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng)Ba的勁度系數(shù)比b的大Ca的勁度系數(shù)比b的小D測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比(3)為了測(cè)量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來(lái)，在自由端掛上不同質(zhì)量的鉤碼。實(shí)驗(yàn)測(cè)出了鉤碼質(zhì)量m與彈簧長(zhǎng)度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)出。作出m­l的關(guān)系圖線。彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi) N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析(1)由于彈簧自身重力的原因，在不施加外力，把彈簧豎直懸掛起來(lái)時(shí)，彈簧有一定的伸長(zhǎng)量，根據(jù)公式Fkx可知圖像是一條傾斜的直線，故C正確。(2)彈簧的斜率表示勁度系數(shù)，所以a的勁度系數(shù)比b的大，由于圖像沒(méi)有通過(guò)原點(diǎn)，即彈簧的長(zhǎng)度等于原長(zhǎng)加變化量，即彈簧的長(zhǎng)度和彈力不成正比。(3)由胡克定律Fkx得：kgk斜0.255 N/m。答案(1)C(2)B(3)如圖所示0.255(0.2480.262均正確)考查點(diǎn)(三)驗(yàn)證力的平行四邊形定則1本實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)原理的理解，即“力作用效果的等效性”。2對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟中兩個(gè)分力和合力的大小和方向的確定也是考查的重點(diǎn)。例3(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)的紙貼在水平桌面上，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_(kāi)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)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_(kāi) N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_(kāi)。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。解析(1)由測(cè)力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0 N。(2)()利用平行四邊形定則作圖，如圖所示。()由圖可知F合4.0 N，從F合的頂點(diǎn)向x軸和y軸分別作垂線，頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為1 mm，頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度為20 mm，則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05。答案(1)4.0(2)()圖見(jiàn)解析()4.00.05考查點(diǎn)(四)驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律1實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。2平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3實(shí)驗(yàn)條件：Mm，只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4作圖：畫出a­F圖像和a­圖像并進(jìn)行分析。例4(2016·全國(guó)卷)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過(guò)滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg。(a)實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s­t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見(jiàn)下表。n2時(shí)的s­t圖像如圖(b)所示；由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(m·s2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a­n圖像。從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用a­n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為_(kāi)kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 m·s2)。(6)若以“保持木板水平”來(lái)代替步驟(1)，下列說(shuō)法正確的是_(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))。Aa­n圖線不再是直線Ba­n圖線仍是直線，但該直線不過(guò)原點(diǎn)Ca­n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析(3)根據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t2.00 s時(shí)，位移s0.78 m，由sat2，得加速度a0.39 m/s2。(4)描點(diǎn)及圖像如圖所示。(5)由(4)圖像求得斜率k0.20 m/s2。由牛頓第二定律得nm0g(mNm0)a，整理得an，即k，代入數(shù)據(jù)得m0.44 kg。(6)若保持木板水平，則所掛鉤碼總重力與小車所受摩擦力的合力提供加速度，即nm0gm(Nn)m0g(mNm0)a，整理得ang，可見(jiàn)a­n圖線仍是直線，但不過(guò)原點(diǎn)，且斜率變大，選項(xiàng)B、C正確。答案(3)0.39(4)見(jiàn)解析(5)0.44(6)BC考查點(diǎn)(五)探究動(dòng)能定理在探究動(dòng)能定理時(shí)，通常有定性分析和定量計(jì)算兩種考查方式。定性分析一般要求作出W­v2圖像，也可以拓展為與W或v2相關(guān)的物理量間的關(guān)系圖像，如l­v2圖像等；定量計(jì)算時(shí)需要用WFl計(jì)算合外力做的功，再利用Ekmv2mv02計(jì)算出動(dòng)能的變化量，比較即可。例5(2017·江蘇高考)利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m10.0 g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_。(2)掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離x，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1_m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對(duì)小車做的功W。利用EkMv2算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量Ek。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。W/×103J2.452.923.353.814.26Ek/×103 J2.312.733.123.614.00請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出Ek­W圖像。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ek總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F_N。解析(1)掛鉤碼前，調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，表明此時(shí)已消除了摩擦力的影響。(2)打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1m/s0.228 m/s。(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖，如圖所示：(4)由于Wmgx，EkFx，則有Fmg×0.01×9.8 N0.093 N。答案(1)小車做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228(3)見(jiàn)解析圖(4)0.093考查點(diǎn)(六)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。代入ghn和vn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghnvn2，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算。任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB；算出vB2vA2的值；在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若ghABvB2vA2，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法三：圖像法。從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2­h圖線。若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。2誤差分析教材中驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)是利用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究的，在重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，故動(dòng)能的增加量一定略小于重力勢(shì)能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差。而利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，動(dòng)能的減少量略大于重力勢(shì)能的增加量，所以在對(duì)誤差進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結(jié)論。例6(2016·北京高考)利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的_。A動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B速度變化量和勢(shì)能變化量C速度變化量和高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_。A交流電源 B刻度尺 C天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量Ep_，動(dòng)能變化量Ek_。(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是_。A利用公式vgt計(jì)算重物速度B利用公式v 計(jì)算重物速度C存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2­h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。解析(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，重物下落，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量大小是否相等，故選A。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)用到電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則必須使用交流電源。在計(jì)算動(dòng)能和勢(shì)能變化量時(shí)，需用刻度尺測(cè)量位移和重物下落高度。在比較動(dòng)能變化量和勢(shì)能變化量是否相等時(shí)需驗(yàn)證m(v22v12)mgh是否成立，而等式兩邊可約去質(zhì)量m，故不需要天平。故選A、B。(3)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物下落hB，重力勢(shì)能減少，則重物的重力勢(shì)能變化量EpmghB。動(dòng)能增加，則動(dòng)能的變化量EkmvB20m20m2。(4)重物在下落過(guò)程中，除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，重物的重力勢(shì)能要轉(zhuǎn)化為重物的動(dòng)能和內(nèi)能，則重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，選項(xiàng)C正確。(5)不正確。v2­h圖像為一條直線，僅表明物體所受合力恒定，與機(jī)械能是否守恒無(wú)關(guān)。例如，在本實(shí)驗(yàn)中若存在恒定阻力，則物體的機(jī)械能不守恒，但mghfhmv2，v22h，v2­h為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，故該同學(xué)判斷不正確。要想通過(guò)v2­h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。答案(1)A(2)AB(3)mghBm2(4)C(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過(guò)程中，若阻力f恒定，根據(jù)動(dòng)能定理得，mghfhmv20v22h可知，v2­h圖像就是過(guò)原點(diǎn)的一條直線。要想通過(guò)v2­h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。考查點(diǎn)(七)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量和碰撞前后物體的速度，找出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。2誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。碰撞是否為一維碰撞。實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，用長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)時(shí)是否平衡掉摩擦力。(2)偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量。例7氣墊導(dǎo)軌(如圖甲所示)工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力。為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為a的滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率均為b。氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。圖乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以相同間距的6個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度x1、x2和x3。若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為_(kāi)、_，兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)；碰撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多做幾次。若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證。解析打點(diǎn)周期T，打x1、x2、x3均用時(shí)。碰前其中一滑塊的動(dòng)量p1mv1ma0.2abx1，碰前另一滑塊的動(dòng)量p2mv2ma0.2abx3，故碰前總動(dòng)量pp1p20.2ab(x1x3)，同理碰后總動(dòng)量p2m0.4abx2。答案0.2abx10.2abx30.2ab(x1x3)0.4abx2 1(2015·海南高考)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度，測(cè)量結(jié)果如圖(a)和(b)所示。該工件的直徑為_(kāi) cm，高度為_(kāi) mm。解析：游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d12 mm4× mm12.20 mm1.220 cm螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為h6.5 mm36.1×0.01 mm6.861 mm。答案：1.2206.8612在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)獲得的一條紙帶如圖所示。(1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)。(2)A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x_ m。(3)C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是_ m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度為_(kāi) m/s2。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)若實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際所用交流電的頻率高于50 Hz，則第(3)問(wèn)中計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相比_。(填“偏大”“偏小”或“不變”)解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔t s0.02 s。(2)由于每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T0.1 s，A、B間的距離x0.30 cm0.0030 m。(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段時(shí)間的平均速度，可以求出打下C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小vC m/s0.060 m/s。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式xaT2可以求出加速度的大小，得a0.20 m/s2。(4)如果實(shí)驗(yàn)中實(shí)際所用交流電的頻率高于50 Hz，那么實(shí)際打點(diǎn)周期變小，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得第(3)問(wèn)中計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相比偏小。答案：(1)0.02 s(2)0.003 0(3)0.0600.20(4)偏小3.(2016·浙江高考)某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500 N/m。如圖1所示，用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)，在保持彈簧伸長(zhǎng)1.00 cm不變的條件下：(1)若彈簧秤a、b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù)是_ N(圖2中所示)，則彈簧秤b的讀數(shù)可能為_(kāi) N。(2)若彈簧秤a、b間夾角大于90°，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角，則彈簧秤a的讀數(shù)_、彈簧秤b的讀數(shù)_(填“變大”“變小”或“不變”)。解析：(1)根據(jù)胡克定律，彈簧OC伸長(zhǎng)1.00 cm時(shí)彈簧的彈力Fckx500×1.00×102 N5.00 N；由題圖可知彈簧秤a的讀數(shù)Fa3.00 N，根據(jù)勾股定理，F(xiàn)a2Fb2Fc2，解得Fb4.00 N。(2)改變彈簧秤b與OC的夾角時(shí)，由于保持彈簧伸長(zhǎng)1.00 cm不變，因而Fa與Fb的合力F保持不變，根據(jù)平行四邊形定則，F(xiàn)a、Fb合成的平行四邊形如圖所示(OACB)，當(dāng)彈簧秤b與OC的夾角變小時(shí)，其力的合成的平行四邊形為OACB，由圖可知a、b兩彈簧秤的示數(shù)都將變大。答案：(1)3.00(3.003.02)4.00(3.904.10)(有效數(shù)字不作要求)(2)變大變大4.(2015·安徽高考)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn)，兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置，如圖所示。請(qǐng)將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整：用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置，記為O；記錄兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線；只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O，記錄測(cè)力計(jì)的示數(shù)F3，_；按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3；根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F；比較_的一致程度，若有較大差異，對(duì)其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。解析：用鉛筆描出繩上的幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線(畫拉力的方向)，目的是畫出同兩分力產(chǎn)生相同效果的這個(gè)力的方向。F與F3作比較，即比較用平行四邊形作出的合力和產(chǎn)生相同效果的實(shí)際的力是否相同，即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則的正確性。答案：沿此時(shí)細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線F與F35用如圖甲所示的裝置探究加速度與合外力和質(zhì)量的關(guān)系，現(xiàn)有如下一些操作：(1)在實(shí)驗(yàn)中，要進(jìn)行“平衡摩擦力”的操作，下列關(guān)于“平衡摩擦力”的說(shuō)法正確的是()A平衡摩擦力的目的是為了使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力B平衡摩擦力的目的是為了使小車受到繩子的拉力等于所掛砂桶的總重力C平衡摩擦力時(shí)，繩子上不掛砂桶，也不掛紙帶，只通過(guò)改變斜面的傾角，使小車在斜面上能勻速下滑D平衡摩擦力時(shí)，不改變斜面的傾角，繩子掛上質(zhì)量適當(dāng)?shù)纳巴埃剐≤囋谛泵嫔夏軇蛩傧禄?2)選擇適當(dāng)?shù)男≤嚭晚来a的總質(zhì)量、砂和砂桶的總質(zhì)量，讓小車由靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置無(wú)初速釋放，得到如圖乙所示的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。用刻度尺測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a_ m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(3)保持砂和砂桶的總質(zhì)量不變，改變小車和砝碼的總質(zhì)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作，得到對(duì)應(yīng)的加速度，這是為了探究“_不變，加速度與_的關(guān)系”。解析：(1)平衡摩擦力的目的是為了使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；平衡摩擦力時(shí)，繩子上不掛砂桶，通過(guò)改變斜面的傾角，使小車拖著紙帶在斜面上能勻速下滑，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。(2)根據(jù)xaT2可知：2a1T2，2a2T2，解得：a(a1a2) m/s20.40 m/s2。(3)這是為了探究“合外力不變，加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量的關(guān)系”。答案：(1)A(2)0.40(3)合外力小車和砝碼的總質(zhì)量6(2018屆高三·桂林六校聯(lián)考)某同學(xué)做“探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，小車在橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行。用1條橡皮筋時(shí)彈力對(duì)小車做的功記為W，當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致。實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。(1)木板水平放置，小車在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是_。A橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)B橡皮筋恰好恢復(fù)原長(zhǎng)C小車恰好運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D小車已超過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處(2)實(shí)驗(yàn)操作中需平衡小車受到的摩擦力，最根本的目的是_。A防止出現(xiàn)小車不能被橡皮筋拉動(dòng)的情況B保證橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功C便于小車獲得較大的彈射速度D防止紙帶上點(diǎn)跡不清晰(3)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是_。A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電，電壓為46 VB實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等C每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出D利用每次測(cè)出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W­vm、W­vm2、W­vm3、W2­vm、W3­vm的圖像，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系(4)如圖乙所示是某次在正確操作的情況下，用50 Hz交變電流作電源的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的一條紙帶，為了得到小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_(填“AF”或“FI”)部分進(jìn)行測(cè)量，速度大小為_(kāi) m/s。解析：(1)當(dāng)小車速度最大時(shí)，加速度應(yīng)等于零，即彈力與摩擦力平衡，所以橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，選項(xiàng)A正確。(2)平衡摩擦力的根本目的是保證橡皮筋對(duì)小車做的功等于小車動(dòng)能的變化量，即合外力做的功，選項(xiàng)B正確。(3)要保證每根橡皮筋做功相同，實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)必須相等，每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出，選項(xiàng)C、D正確。(4)為了得到小車獲得的速度，應(yīng)選勻速運(yùn)動(dòng)的一段紙帶即FI部分進(jìn)行測(cè)量。速度的大小v m/s0.76 m/s。答案：(1)A(2)B(3)CD(4)FI0.767.某同學(xué)用圖示裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。質(zhì)量均為M的物體A、B通過(guò)細(xì)繩連在一起，物體B上放置質(zhì)量為m的金屬片C，在其正下方h處固定一個(gè)圓環(huán)，P1、P2是相距為d的兩個(gè)光電門。釋放后，系統(tǒng)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體B穿過(guò)圓環(huán)時(shí)，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出物體B通過(guò)P1、P2的時(shí)間為t。(1)物體B剛穿過(guò)圓環(huán)后的速度v_。(2)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證下面_(填正確選項(xiàng)的序號(hào))等式成立，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；AmghMv2BmghMv2Cmgh(2Mm)v2 Dmgh(Mm)v2(3)本實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量?jī)x器除了圖中器材和刻度尺、電源外，還需要_。解析：(1)物體B剛穿過(guò)圓環(huán)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度v。(2)由題意可知，系統(tǒng)A、B、C減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)增加的動(dòng)能，得：mghMghMgh(2Mm)v2，得：mgh(2Mm)v2，故選C。(3)由mgh(2Mm)v2知除了刻度尺、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器外，還需要天平測(cè)出各物體的質(zhì)量。答案：(1)(2)C(3)天平8如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過(guò)僅測(cè)量_，間接地解決這個(gè)問(wèn)題。A小球開(kāi)始釋放高度hB小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測(cè)量平拋射程OP。然后把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)。接下來(lái)要完成的必要步驟是_。A用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B測(cè)量小球m1開(kāi)始釋放高度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、ON(3)若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為_(kāi)用(2)中測(cè)量的量表示。(4)經(jīng)測(cè)定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖所示。碰撞前、后m1的動(dòng)量分別為p1與p1，則p1p1_11；若碰撞結(jié)束時(shí)m2的動(dòng)量為p2，則p1p211_。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，碰撞前、后總動(dòng)量的比值為_(kāi)。解析：(1)小球離開(kāi)軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，由Hgt2知t ，即小球的下落時(shí)間一定，則初速度v可用平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程來(lái)表示，選項(xiàng)C正確。(2)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是m1·OMm2·ONm1·OP，因此要測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1和m2以及它們的水平射程OM和ON，而要確定水平射程，應(yīng)先分別確定兩個(gè)小球落地的平均落點(diǎn)，沒(méi)有必要測(cè)量小球m1開(kāi)始釋放的高度h和拋出點(diǎn)距地面的高度H。故應(yīng)完成的步驟是A、D、E。(3)若動(dòng)量守恒，應(yīng)有m1v1m2v2m1v0(v0是m1單獨(dú)下落離開(kāi)軌道時(shí)的速度，v1、v2是兩球碰后m1、m2離開(kāi)軌道時(shí)的速度)，又v，則有m1·m2·m1·，即m1·OMm2·ONm1·OP。(4)碰前m1的動(dòng)量p1m1v0m1·，碰后m1的動(dòng)量p1m1v1m1·，則p1p1OPOM1411；碰后m2的動(dòng)量p2m2v2m2·，所以p1p2(m1·OM)(m2·ON)112.9；碰撞前、后總動(dòng)量的比值1.01。答案：(1)C(2)ADE(3)m1·OMm2·ONm1·OP(4)142.91.01教師備選題1圖甲為一游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)測(cè)量一鋼筆帽的內(nèi)徑時(shí)，應(yīng)該用游標(biāo)卡尺的_(填“A”“B”或“C”)進(jìn)行測(cè)量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為_(kāi) mm。解析：測(cè)量尺寸較小管件的內(nèi)徑時(shí)用游標(biāo)卡尺的內(nèi)測(cè)量爪A進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量尺寸較小管件的外徑時(shí)用游標(biāo)卡尺的外測(cè)量爪B進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量深度時(shí)用游標(biāo)卡尺的深度尺C進(jìn)行測(cè)量。鋼筆帽的內(nèi)徑為：11 mm6×0.05 mm11.30 mm。答案：A11.302.某校同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)之后的一次課外興趣活動(dòng)中，利用頻閃照相方法研究小球的自由落體運(yùn)動(dòng)。如圖所示是其中一小組拍出的照片，他們所用的是每隔 s 時(shí)間拍一次的相機(jī)，從某個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢瞄_(kāi)始測(cè)量，用1、2、6表示第一、第二第六段相鄰間隔，第一段和第六段相鄰間隔的距離已標(biāo)在圖中。(1)由圖中信息求出小球加速度的測(cè)量值a_；(2)由圖中數(shù)據(jù)，求出小球在位置A時(shí)的瞬時(shí)速度vA_ m/s。解析：(1)根據(jù)逐差法有x2x1x3x2xnxn1aT2，可得xnx1(n1)aT2，故x6x15aT2，解得a9.72 m/s2。(2)對(duì)于第一段間隔，其中間時(shí)刻的速度大小為v1，而vAv1a·，代入數(shù)據(jù)解得vA2.472 m/s。答案：(1)9.72 m/s2(2)2.4723(2015·福建高考)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量l為_(kāi) cm；(2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來(lái)改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是_；(填選項(xiàng)前的字母)A逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重B隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量l與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_。解析：(1)彈簧伸長(zhǎng)后的總長(zhǎng)度為14.66 cm，則伸長(zhǎng)量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm。(2)逐一增掛鉤碼，便于有規(guī)律地描點(diǎn)作圖，也可避免因隨意增加鉤碼過(guò)多超過(guò)彈簧的彈性限度而損壞彈簧。(3)AB段明顯偏離OA，伸長(zhǎng)量l不再與彈力F成正比，是超出彈簧的彈性限度造成的。答案：(1)6.93(2)A(3)彈簧受到的拉力超過(guò)了其彈性限度4某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M，彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置。分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)。并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向。(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖乙中A的示數(shù)為_(kāi) N。(2)下列的實(shí)驗(yàn)要求中不必要的是_。A細(xì)線應(yīng)盡可能長(zhǎng)一些B應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力C細(xì)線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于90°D改變拉力的大小與方向，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的力的圖示，下列說(shuō)法正確的是_。A圖中的F是力F1和F2合力的理論值B圖中的F是力F1和F2合力的理論值CF是力F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值D本實(shí)驗(yàn)將細(xì)線都換成橡皮條，同樣能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是_。A理想實(shí)驗(yàn)法B等效替代法C控制變量法 D建立物理模型法解析：(1)題圖中彈簧測(cè)力計(jì)A的讀數(shù)為3.80 N。(2)本實(shí)驗(yàn)中兩彈簧測(cè)力計(jì)合力的大小和方向是一定的，與重物M的重力等大反向，故應(yīng)測(cè)量重物M的重力，但沒(méi)有必要保持O點(diǎn)位置不變，細(xì)線長(zhǎng)些便于更準(zhǔn)確地確定兩拉力的方向，但沒(méi)必要一定使夾角大于90°，故不必要的為C、D。(3)題圖中的F是F1和F2兩力的合力的理論值，而F為F1和F2的合力的實(shí)際值，A錯(cuò)誤，B、C正確；本實(shí)驗(yàn)將細(xì)線換成橡皮條并不影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，D正確。(4)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法為等效替代法，B正確。答案：(1)3.80 N(3.793.81 N均正確)(2)CD(3)BCD(4)B5某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示裝置探究做功與動(dòng)能變化的關(guān)系。小車經(jīng)平衡摩擦力后，掛上橡皮筋，在橡皮筋的作用下小車彈出，脫離橡皮筋沿木板滑行。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源按下圖連接，正確的連接是_(填“A”或“B”)。(2)實(shí)驗(yàn)中，甲、乙同學(xué)用兩種不同的方法來(lái)改變橡皮筋對(duì)小車所做的功。甲同學(xué)：改變相同橡皮筋的條數(shù)，小車每次拉到同一位置釋放；乙同學(xué)：保持橡皮筋的條數(shù)不變，小車每次拉到不同位置釋放。你認(rèn)為_(kāi)(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法更合理。(3)從釋放小車到剛脫離橡皮筋的過(guò)程，小車的運(yùn)動(dòng)可能是_。A勻加速運(yùn)動(dòng)B勻減速運(yùn)動(dòng)C加速度增大的加速運(yùn)動(dòng) D加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)(4)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得小車質(zhì)量為1.0 kg，某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶及測(cè)量數(shù)據(jù)如圖所示，測(cè)得小車獲得的動(dòng)能為_(kāi)J(保留兩位有效數(shù)字)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz。解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接低壓交流電源，故A正確。(2)改變相同的橡皮筋的條數(shù)，且拉到同一位置釋放，橡皮筋對(duì)小車做的功與橡皮筋條數(shù)成正比，故甲同學(xué)方法合理。(3)隨著橡皮筋的拉力減小，小車的加速度逐漸減小，D正確。(4)小車的末速度v m/s2 m/s，故小車獲得的動(dòng)能Ekmv22.0 J。答案：(1)A(2)甲(3)D(4)2.06.如圖是用來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時(shí)把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球2落到水平地面上的C點(diǎn)。測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒?，F(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a，B點(diǎn)離水平桌面的距離為b，C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c。此處，(1)還需要測(cè)量的量是_、_和_。(2)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_(kāi)。(忽略小球的大小)解析：(1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測(cè)量彈性球1的質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動(dòng)量變化；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律還需要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面高H，就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要再測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化。(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動(dòng)量守恒的方程2m12m1m2。答案：(1)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2立柱高h(yuǎn)桌面高H(2)2m12m1m2第13講 從近幾年的高考實(shí)驗(yàn)題來(lái)看，創(chuàng)新型的題目越來(lái)越突出，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的考查將逐步取代對(duì)課本中原有的單純學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考查。復(fù)習(xí)本講內(nèi)容時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：熟悉各種實(shí)驗(yàn)器材的原理和使用方法熟知基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，能在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)熟悉物理規(guī)律，能根據(jù)現(xiàn)有的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康目疾辄c(diǎn)(一)利用平衡觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)例1在利用平衡的條件來(lái)測(cè)定滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，甲、乙兩同學(xué)分別完成了如下的操作：如圖1，同學(xué)甲將長(zhǎng)木板固定在水平地面上，一帶有拉力傳感器的滑塊放在長(zhǎng)木板上，用一水平向右的拉力拉動(dòng)滑塊使其向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，并讀出拉力傳感器的示數(shù)。如圖2，同學(xué)乙將滑塊與長(zhǎng)木板疊放在一起，將拉力傳感器固定在豎直墻壁上，其另一端拴接在滑塊上，現(xiàn)用一水平外力拉動(dòng)長(zhǎng)木板，穩(wěn)定時(shí)讀出拉力傳感器的示數(shù)。(1)通過(guò)你所學(xué)的知識(shí)分析兩個(gè)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中合理的是_，說(shuō)明理由_。(2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，同學(xué)乙進(jìn)行了多次操作，該同學(xué)利用質(zhì)量均為200 g的砝碼來(lái)改變滑塊與長(zhǎng)木板之間的壓力和摩擦力，通過(guò)多次操作將得到的數(shù)據(jù)記錄如下。已知滑塊的重力為G2.00 N，重力加速度g10 m/s2。實(shí)驗(yàn)次序12345砝碼的個(gè)數(shù)01234拉力傳感器的示數(shù)(N)0.501.001.501.802.50通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)，同學(xué)乙以摩擦力Ff為縱坐標(biāo)、以滑塊與長(zhǎng)木板之間的壓力FN為橫坐標(biāo)建立了坐標(biāo)系，請(qǐng)?jiān)谠撟鴺?biāo)系中描點(diǎn)、連線作出Ff­FN圖線。根據(jù)作出的圖線可知_。解析(1)同學(xué)甲的方案：對(duì)摩擦力的測(cè)量是采用“間接法”進(jìn)行的，只有當(dāng)滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力才與摩擦力大小相等。同學(xué)乙的方案：拉動(dòng)木板時(shí)，滑塊受到向右的摩擦力，由于滑塊相對(duì)地面靜止，因此摩擦力大小與拉力傳感器的示數(shù)相等。(2)作圖時(shí)，由于滑塊所受摩擦力Ff與壓力FN成正比，所繪圖線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線。答案(1)同學(xué)乙不受木板如何運(yùn)動(dòng)的限制(或摩擦力的測(cè)量更方便、準(zhǔn)確)(2)如圖所示0.25考查點(diǎn)(二)利用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)例2在測(cè)定滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，進(jìn)行如下操作：首先用天平測(cè)出滑塊的質(zhì)量M300 g，將紙帶與滑塊拴接在一起穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，拴接在滑塊另一端的輕繩跨過(guò)定滑輪連接一定數(shù)量的質(zhì)量均為m100 g的鉤碼，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)應(yīng)始終讓輕繩與水平桌面平行。接通電源，由靜止釋放滑塊，讓滑塊在鉤碼的牽引下做加速運(yùn)動(dòng)，得到一條紙帶。在紙帶上選取點(diǎn)跡清晰的A點(diǎn)為第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，然后每間隔四個(gè)點(diǎn)選擇一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖2所示。如果該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T0.02 s，重力加速度為g10 m/s2?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)由紙帶求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)的速度為vB_ m/s；(2)滑塊的加速度大小為a_ m/s2；(3)由以上可知，鉤碼數(shù)量為2個(gè)時(shí)，該滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)。(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)滑塊做勻變速直線運(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，又由題意可知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t5T5×0.02 s0.1 s，則vBAC m/s0.74 m/s。(2)利用逐差法可求得滑塊的加速度a m/s20.64 m/s2。(3)對(duì)滑塊，由牛頓第二定律可得：2mgMg(2mM)a，代入數(shù)據(jù)解得：0.56。答案(1)0.74(2)0.64(0.630.65都對(duì))(3)0.56考查點(diǎn)(三)利用能量觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)例3某同學(xué)用如圖甲所示的裝置測(cè)量滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)量出固定于滑塊上的遮光條的寬度d_ mm，在桌面上合適位置固定好彈簧和光電門，將光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)連接。(2)用滑塊把彈簧壓縮到某一位置，測(cè)量出滑塊到光電門的距離x，釋放滑塊，測(cè)出滑塊上的遮光條通過(guò)光電門所用的時(shí)間t，則此時(shí)滑塊的速度v_。(3)通過(guò)在滑塊上增減砝碼來(lái)改變滑塊的質(zhì)量m，仍用滑塊將彈簧壓縮到(2)中的位置，重復(fù)(2)的操作，得出一系列滑塊質(zhì)量m與它通過(guò)光電門時(shí)的速度v的值。根據(jù)這些數(shù)值，作出v2­圖像如圖丙所示，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，由圖像可知，滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)_，繼續(xù)分析這個(gè)圖像，還能求出的物理量是_，其值為_(kāi)。解析(1)由題圖游標(biāo)卡尺可知，主尺示數(shù)為0.5 cm5 mm，游標(biāo)尺示數(shù)為14×0.05 mm0.70 mm，游標(biāo)卡尺讀數(shù)d5 mm0.70 mm5.70 mm。(2)經(jīng)過(guò)光電門的速度可以由經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的平均速度表示，故v。(3)對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程由動(dòng)能定理可知：Wmgxmv2，可得v22W2gx，圖像與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為：b2gx；解得：，同時(shí)圖像的斜率表示彈力做功的2倍，即2Ep，故可以求出每次彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能Ep。答案(1)5.70(2)(3)每次彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能考查點(diǎn)(一)用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器例1小剛同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究“機(jī)械能守恒定律”，他進(jìn)行如下操作：用天平測(cè)出小球的質(zhì)量為0.50 kg；用游標(biāo)卡尺測(cè)出小球的直徑為10.0 mm；用刻度