2019高考物理二輪復習 第16講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt

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第16講力學實驗與創(chuàng)新,總綱目錄,考點1基本儀器的使用與讀數,1.游標卡尺讀數方法,注意:(1)讀數最后的“0”不能丟,且不需要估讀。(2)讀數時主尺和游標尺所用單位要統(tǒng)一,都用mm,最后根據題目要求轉換單位。(3)游標卡尺可以測量長度、深度、內徑、外徑等。2.螺旋測微器讀數方法測量值=固定刻度值(注意半毫米刻度線是否露出)+精確度可動刻度上與固定刻度中心線所對的刻度值(注意刻度值要估讀一位)。精確度為0.01mm。注意:(1)螺旋測微器讀數以“mm”為單位時,小數點后面一定有三位數字。(2)螺旋測微器需要估讀,讀數時要估讀到0.001mm。,1.一游標卡尺的主尺分度值為1mm,游標尺上有20個小等分間隔,現(xiàn)用此游標卡尺來測量某工件的長度,如圖甲所示,該工件的長度為mm。如圖乙所示螺旋測微器的示數為cm。,答案91.600.6750,解析由題可知,游標卡尺是20分度,精度是0.05毫米,在甲圖中可看到游標尺上0刻線的左側主尺讀數為9.1cm,而不是游標尺邊緣左側的9cm,游標尺上第12條刻線與主尺上某刻度對齊,所以該工件的長度L=91mm+120.05mm=91.60mm。從螺旋測微器固定刻度上讀出整毫米數為6mm,半毫米數為0.5mm,可動刻度與固定刻度中心線對齊的是25.0(最后一位是估讀數字,不能省略),所以螺旋測微器的示數為:6mm+0.5mm+25.00.01mm=6.750mm=0.6750cm。,2.(1)圖甲中游標卡尺游標尺的每小格比主尺的每小格小mm;該游標卡尺的讀數應為mm。(2)圖乙中螺旋測微器的讀數應為mm。甲乙,答案(1)0.11.0(2)0.642,解析(1)主尺每小格的長度為1mm,而游標尺上的刻度是把9mm分成了10份,每一份為0.9mm,所以游標尺的每小格比主尺的每小格小0.1mm,主尺讀出1mm,游標尺讀出0,所以讀數為1.0mm;(2)從固定刻度上讀出0.5mm,可動刻度與固定刻度中心線對齊的是14.2,所以示數為:0.5mm+14.20.01mm=0.642mm。,3.在一次實驗中,張華同學用螺旋測微器測某長方體工件的厚度如圖所示,根據圖示可判斷其厚度為mm。該學生用①螺旋測微器、②10分度游標卡尺、③20分度游標卡尺、④50分度游標卡尺中的某種儀器測得該工件的寬度為1.275cm,則該同學所用的儀器可能是(將正確答案的序號填在橫線上)。,答案1.700③,解析螺旋測微器固定刻度部分讀數為1.5mm,可動刻度部分分度值為0.01mm,可動刻度部分讀數為0.200mm,工件的厚度為1.700mm。若用某種儀器測出的工件的寬度為1.275cm=12.75mm,由于以毫米為單位,小數點后有兩位有效數字,測量儀器不可能是①螺旋測微器和②10分度的游標卡尺,又由于最后一位是5,50分度的游標卡尺最后一位不可能是5,所以應是③。,方法技巧游標卡尺和螺旋測微器讀數時應注意的問題(1)10分度的游標卡尺,以mm為單位,小數點后只有1位。20分度和50分度的游標卡尺以mm為單位,小數點后有2位。(2)游標卡尺在讀數時先讀主尺數據,再讀游標尺數據,最后兩數相加。游標卡尺讀數不估讀。(3)不要把游標尺的邊緣當成零刻線,從而把主尺的刻度讀錯。(4)螺旋測微器讀數時,要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經露出;要準確到0.01mm,估讀到0.001mm,即結果若用mm為單位,則小數點后必須保留三位數字。,考點2“紙帶”類實驗,1.實驗儀器(1)打點計時器①t=nT(n表示打點的時間間隔的個數,T表示打點周期);②打點頻率(周期)與所接交流電的頻率(周期)相同。(2)光電計時器光電計時器能自動記錄擋光時間,顯示在讀數窗口。,B.連續(xù)的奇數段數據,去掉最短的x1,如圖所示a=C.不連續(xù)的兩段數據,如圖所示,a==②利用光電門求加速度若兩個光電門之間的距離為L,則利用速度與位移的關系可求加速度,即a=。,1.某同學利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中,必要的措施是。A.細線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質量遠大于鉤碼的質量D.平衡小車與長木板間的摩擦力,(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數點如圖所示(每相鄰兩個計數點間還有4個點,圖中未畫出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。則小車的加速度a=m/s2(要求充分利用測量的數據),打點計時器在打B點時小車的速度vB=m/s。(結果均保留兩位有效數字),答案(1)AB(2)0.800.40,解析(1)利用打點計時器研究小車的勻變速直線運動時,為順利完成實驗,保證實驗效果,細線與長木板要平行,否則小車受力會發(fā)生變化,選項A正確;為打的點盡量多些,需先接通電源,再釋放小車,選項B正確;本題中只要保證小車做勻變速運動即可,無須保證小車質量遠大于鉤碼的質量,選項C錯誤;同理,小車與長木板間可以有不變的摩擦力,無須平衡摩擦力,選項D錯誤。故必要的措施是A、B選項。(2)每相鄰計數點間還有4個點,則T=0.1s,由s4-s1=3aT2、s5-s2=3aT2、s6-s3=3aT2知加速度a==0.80m/s2;打B點時小車的速度vB==0.40m/s。,2.用如圖甲所示的實驗裝置驗證質量為m1=50g、m2=150g的物體A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒。B從高處由靜止開始下落,A上拖著的紙帶打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律。圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶,0是打下的第一個點,每相鄰兩計數點間還有4個打下的點(圖中未標出),計數點間的距離如圖乙所示。則(計算結果保留兩位有效數字,實驗用交流電周期為0.02s),乙(1)在紙帶上打下計數點5時的速度v5=m/s;,(2)在打點0~5過程中系統(tǒng)動能的增加量ΔEk=J,為了簡化計算,g取10m/s2,則系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp=J;(均保留兩位有效數字)(3)在本實驗中,若某同學作出了v2-h圖像,如圖丙所示,h為從起點量起的長度,則據此得到當地的重力加速度g=m/s2。,答案(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7,,3.某同學利用如圖甲所示裝置探究“加速度與力、物體質量的關系”,圖中裝有砝碼的小車放在長木板上,左端拴有一不可伸長的細繩,跨過固定在木板邊緣的滑輪與一砝碼盤相連。在砝碼盤的牽引下,小車在長木板上做勻加速直線運動,圖乙是該同學做實驗時打點計時器在紙帶上打出的一些連續(xù)的點,該同學測得相鄰點之間的距離分別是s1、s2、s3、s4、s5、s6,打點計時器所接交流電的周期為T。小車及車中砝碼的總質量為M,砝碼盤和盤中砝碼的總質量為m,當地重力加速度為g。,(3)該同學接下來探究在質量不變的情況下,加速度與合外力的關系。他平衡摩擦力后,每次都將小車中的砝碼取出一個放在砝碼盤中,用天平測得砝碼盤及盤中砝碼的總質量m,并通過打點計時器打出的紙帶求出加速度。得到多組數據后,繪出如圖丙所示的a-F圖像,發(fā)現(xiàn)圖像是一條過坐標原點的傾斜直線。圖像中直線的斜率表示(用本實驗中可測量的量表示)。(4)該同學在這個探究實驗中采用的物理學思想方法為。A.理想化模型法B.控制變量法C.極限法D.比值法,所以F=(M+m)a即a=F,a-F圖像是過坐標原點的傾斜直線,直線的斜率表示。(4)該實驗采用控制變量法,先控制砝碼盤和砝碼的總重力不變,探究加速度與質量的關系,再控制小車和砝碼盤及砝碼的質量M+m不變,探究加速度與力的關系,故選B。,4.某同學設計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速直線運動,然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運動。他設計的裝置如圖甲所示。在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz,長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力。甲,乙(1)若已測得打點紙帶如圖乙所示,并測得各計數點間距(已標在圖上)。A為運動的起點,則應選段來計算A碰前的速度,應選段來計算A和B碰后的共同速度。(以上兩空均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已測得小車A的質量mA=0.4kg,小車B的質量為mB=0.2kg,求碰前兩小車的總動量、碰后兩小車的總動量。,答案(1)BCDE(2)0.420kgm/s0.417kgm/s,解析(1)從分析紙帶上打點的情況看,BC段既表示小車做勻速運動,又表示小車有較大速度,因此BC段能較準確地描述小車A在碰撞前的運動情況,應選用BC段計算小車A碰前的速度。從CD段打點的情況看,小車的運動情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內小車運動穩(wěn)定,故應選用DE段計算A和B碰后的共同速度。(2)小車A在碰撞前速度v0==m/s=1.050m/s小車A在碰撞前動量p0=mAv0=0.41.050kgm/s=0.420kgm/s,此即碰前兩小車的總動量碰撞后A、B的共同速度v==m/s=0.695m/s碰撞后A、B的總動量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)0.695kgm/s=0.417kgm/s,考點3“彈簧”“橡皮條”類實驗,1.刻度尺及彈簧測力計的讀數(1)以mm為最小刻度值的刻度尺,要估讀到mm的十分位。(2)彈簧測力計讀數時要先看量程和分度值,再根據指針所指的位置讀出所測力的大小。如分度值為0.1N,則要估讀,即有兩位小數,如分度值為0.2N,則小數點后只能有一位小數。,2.在“探究彈簧彈力和彈簧伸長的關系”實驗中數據處理的方法(1)圖像法:根據測量數據,在建好直角坐標系的坐標紙上描點,以彈簧的彈力F為縱軸,彈簧的伸長量x為橫軸,根據描點的情況,作出一條經過原點的直線。(2)列表法:將實驗數據填入表中,研究測量的數據,可發(fā)現(xiàn)在實驗誤差允許的范圍內,彈力與彈簧伸長量的比值不變。(3)函數法:根據實驗數據,找出彈力與彈簧伸長量的函數關系。3.驗證力的平行四邊形定則的操作關鍵(1)每次拉伸結點位置O必須保持不變。(2)記下每次各力的大小和方向。(3)畫力的圖示時應選擇適當的標度。,1.某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗。①圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度,其示數為7.73cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度,此時彈簧的伸長量Δl為cm;,②本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關于此操作,下列選項中規(guī)范的做法是;(填選項前的字母)A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重③圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關系圖線,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。,答案①6.93②A③超過彈簧的彈性限度,解析①Δl=14.66cm-7.73cm=6.93cm②應逐一增掛鉤碼,不能隨意增減,A項正確。③彈簧下端鉤碼對彈簧的拉力過大,使彈簧形變量超過了彈簧的彈性限度,彈簧的伸長量不再是線性變化。,2.在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,某同學的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結點,OB和OC為細繩。圖乙是白紙上根據實驗結果畫出的圖。,(1)圖乙中,是F1和F2的實際合力。(2)保持O點的位置和OB繩的方向不變,當角θ從60逐漸增大到120的過程中,OC繩的拉力的變化情況是。(3)為了減小實驗誤差,下列措施中可行的是。A.拉橡皮條的細繩應該細一些且適當長一些B.拉橡皮條時彈簧測力計、橡皮條、細繩應貼近木板且與木板平面平行C.橡皮條彈性要好,在選擇O點位置時,應讓拉力適當大些D.拉力F1和F2的夾角越大越好,答案(1)F(2)先減小后增大(3)ABC,解析(1)F是通過作圖的方法得到合力的理論值,而F是通過一個彈簧測力計沿AO方向拉橡皮條,使橡皮條伸長到O點,使得一個彈簧測力計的拉力與兩個彈簧測力計的拉力效果相同。故方向一定沿AO方向的是F,由于誤差的存在,F和F并不完全重合。(2)保持O點的位置和OB繩的方向不變,當角θ從60逐漸增大到120的過程中,合力大小和方向不變,根據平行四邊形定則作出對應圖像如圖所示,則可知,OC繩的拉力的變化情況是先減小后增大。,(3)為了減小實驗的誤差,拉橡皮條的細繩應該細一些且適當長一些,故A正確。拉彈簧測力計時必須保證與木板平面平行,故B正確。橡皮條彈性要好,選擇拉結點達到某一位置O時,拉力要適當大些,故C正確。為了減小實驗的誤差,拉力的夾角適當大一些,不是越大越好,故D錯誤。,3.在“探究彈力和彈簧伸長的關系并測定彈簧的勁度系數”實驗中,實驗裝置如圖甲所示。所懸掛鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右的恒定拉力。實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端,每次測出相應的彈簧總長度。作出彈簧的長度(x)隨鉤碼個數(n)變化的圖像如圖乙所示,則:,(1)圖線與x軸的交點的物理意義是;(2)圖線BC段偏離了直線,其原因是;(3)該同學實驗時,把彈簧水平放置與彈簧豎直懸掛放置相比,優(yōu)點在于,缺點在于。,答案(1)彈簧的原長(2)超出彈簧的彈性限度(3)避免彈簧自身所受重力對實驗的影響彈簧與桌面、繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗誤差,,解析(1)圖線與x軸的交點的物理意義表示鉤碼個數n=0時彈簧的長度,即彈簧的原長。(2)根據胡克定律可知,在彈性限度內,彈簧的彈力與形變量成正比,因此隨著所掛鉤碼的改變,圖像應為一條傾斜直線,圖線BC段偏離了直線,說明彈簧的彈力與形變量不成正比關系,因此其原因為超出了彈簧的彈性限度。(3)當彈簧豎直放置時,彈簧實際自身有重力,會對彈簧產生拉力,因此改為水平放置時可以避免彈簧自身所受重力對實驗的影響,但是此時彈簧與桌面、繩子與滑輪間的摩擦卻不可避免,成為它的缺點。,方法技巧幾點注意的問題:1.F-x和F-l圖像的特點(其中x為彈簧的長度,l為彈簧的形變量)(1)F-x為一條過原點的直線,而F-l為一條傾斜直線但不過原點。(2)F-x圖線和F-l圖線的斜率均表示彈簧(或橡皮筋)的勁度系數。(3)F-l圖線在l軸的截距表示彈簧(或橡皮筋)的原長。(4)F-x和F-l圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧(或橡皮筋)超出了彈性限度。2.在驗證力的平行四邊形定則的實驗中,利用平行四邊形定則求得的合力與測得的合力一般不完全重合。,考點4力學創(chuàng)新實驗,1.創(chuàng)新設計實驗分析創(chuàng)新設計實驗通?？煞譃閮深?第一類為通過實驗和實驗數據的分析得出物理規(guī)律;第二類為給出實驗規(guī)律,讓你選擇實驗儀器,設計實驗步驟,并進行數據處理。第一類必須在實驗數據上下功夫,根據數據特點,掌握物理量間的關系,得出實驗規(guī)律;第二類必須從已知規(guī)律入手,正確選擇測量的物理量,根據問題聯(lián),想相關的實驗模型,確定實驗原理,選擇儀器,設計實驗步驟,記錄實驗數據并進行數據處理。2.創(chuàng)新實驗題的解法實驗原理是創(chuàng)新實驗問題的關鍵,是進行這類實驗設計的根本依據和起點。實驗原理決定了應當測量哪些物理量、如何安排實驗步驟等項目。實驗原理應根據題干的要求、條件等信息確定。,考向1試題情景的設計與創(chuàng)新,1.某同學用如圖所示裝置測物塊與長木板間的動摩擦因數。圖中長木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圓弧軌道與長木板的上表面在O點相切,一豎直標尺緊貼圓弧軌道左側放置,圓弧曲面與標尺豎直面相切。,(1)在A點由靜止釋放物塊,物塊經圓弧軌道滑上長木板,最后停在a點,改變物塊釋放的位置于B點,物塊最后停在長木板上的b點,量出A、B間的高度h,a、b間的距離L,重力加速度為g,則物塊與長木板間的動摩擦因數μ=。(2)為了減小實驗誤差,多次改變物塊釋放的位置,測出每次物塊釋放的位置離A點的高度h,最后停在長木板上的位置離O點的距離為x,作出x-h圖像,則作出的圖像應該是一條(填“過原點”或“不過原點”)的傾斜直線,求出圖像的斜率為k,則物塊與長木板間的動摩擦因數μ=。,考向2實驗器材的等效與替換,2.某學習小組利用如圖所示的裝置驗證動能定理。,(1)將氣墊導軌調至水平,安裝好實驗器材,從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s=cm;(2)測量擋光條的寬度d,記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間Δt1和Δt2,并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F,為了完成實驗,還需要直接測量的一個物理量是;(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量?(填“是”或“否”)。,答案(1)50.0(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量M(3)否,解析(1)光電門1處讀數為20.0cm,光電門2處讀數為70.0cm,故兩光電門中心之間的距離s=70.0cm-20.0cm=50.0cm;(2)由于光電門的寬度d很小,所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度。滑塊通過光電門1速度為:v1=滑塊通過光電門2速度為:v2=根據功能關系需要驗證的關系式為:,Fs=M-M=M-M,可見還需要測量出M,即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量;(3)該實驗中由于已經用拉力傳感器測出細繩拉力大小,不是將砝碼和砝碼盤的重力作為滑塊的拉力,故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量。,考向3實驗結論的拓展與延伸,3.某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。圖(a),圖(b)該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數據和其他題給條件進行推算。(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點計時器打出B點時,重物下落的速度大小為,打出C點時重物下落的速度大小為,重物下落的加速度大小為。,(2)已測得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;當地重力加速度大小為9.80m/s2,實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為Hz。,答案(1)(s1+s2)f(s2+s3)f(s3-s1)f2(2)40,解析(1)勻變速直線運動中,某一段位移的平均速度等于中間時刻的瞬時速度:vB==(s1+s2)f,同理vC=(s2+s3)f,加速度a==(s3-s1)f2。(2)由牛頓第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g①又由(1)問知:a=②①②聯(lián)立得f=40Hz,,方法技巧力學實驗中速度的測量可采用:(1)定義法測瞬時速度,如光電門測速度;(2)留跡法測瞬時速度,如打點計時器、頻閃照相機等;(3)轉換法測瞬時速度,速度是一個不易測量的物理量,可以轉化為較為容易測量的物理量,如位移、角度、力等,位移傳感器、速度傳感器等就是利用這種原理進行測量的。,1.(2018課標Ⅰ,22,5分)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標尺由游標和主尺構成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置,簡化為圖中的指針?，F(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數。當托盤內沒有砝碼時,移動游標,使其零刻度線對準指針,此時標尺讀數為1.950cm;當托盤內放有質量為0.100kg的,砝碼時,移動游標,再次使其零刻度線對準指針,標尺示數如圖(b)所示,其讀數為cm。當地的重力加速度大小為9.80m/s2,此彈簧的勁度系數為N/m(保留3位有效數字)。,,2.(2018課標Ⅱ,23,9分)某同學用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數?？邕^光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊間的細線保持水平,在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板,當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時,彈簧秤的示數即木塊受到的滑動摩擦力的大小。某次實驗所得數據在下表中給出,其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數讀出。,回答下列問題:(1)f4=N;(2)在圖(c)的坐標紙上補齊未畫出的數據點并繪出f-m圖線;,(3)f與m、木塊質量M、木板與木塊之間的動摩擦因數μ及重力加速度大小g之間的關系式為f=,f-m圖線(直線)的斜率的表達式為k=;(4)取g=9.80m/s2,由繪出的f-m圖線求得μ=。(保留2位有效數字),答案(1)2.75(2)如圖所示(3)μ(M+m)gμg(4)0.40,,解析本題考查物體的平衡、滑動摩擦力的計算及分析圖像的能力。(1)由圖可知彈簧秤的讀數為2.75N。(2)畫圖線時應使盡可能多的點落在線上,不在線上的點應均勻分布在線的兩側。(3)以木塊和砝碼為研究對象,整體水平方向受木板的滑動摩擦力和細線的拉力,f=μ(M+m)g,整理得f=μmg+μMg,故f-m圖線的斜率k=μg。(4)由圖知k=3.9N/kg,故μ==0.40。,3.(2017課標Ⅰ,22,5分)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內共滴下46個小水滴)圖(a),圖(b)(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2。(結果均保留2位有效數字),4.(2017課標Ⅱ,22,6分)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下:,①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當滑塊上的擋光片經過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt;③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示],表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內的平均速度大小,求出;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復步驟②、③;⑤多次重復步驟④;,⑥利用實驗中得到的數據作出-Δt圖,如圖(c)所示。圖(c)完成下列填空:,(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,則與vA、a和Δt的關系式為=。(2)由圖(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(結果保留3位有效數字),答案(1)vA+Δt(2)52.116.3,,解析本題考查勻變速直線運動的基本規(guī)律、利用光電門測量平均速度的實驗方法,考查學生的實驗能力和數據處理能力。擋光片通過光電門的平均速度等于Δt時間段的中間時刻的速度由v=v0+at可知=vA+a即=vA+aΔt,由圖像的截距可知vA=52.12cm/s≈52.1cm/s其斜率k=a,故滑塊的加速度a=2k=16.3cm/s2,5.(2017課標Ⅲ,22,6分)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1mm)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(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖(b)所示,F的大小為N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2N和F2=5.6N。,(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力,以O為作用點,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;圖(a),圖(b)(ⅱ)F合的大小為N,F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驗所允許的誤差范圍之內,則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。,答案(1)4.0(2)(ⅰ)F1、F2和F合如圖所示(ⅱ)4.00.05,解析(1)測力計讀數時需要進行估讀,此測力計分度值為0.2N,則F的大小為4.0N。(2)(ⅰ)作力的圖示時,要選好標度,再根據F1、F2的方向及大小作出相應兩力的圖示,圖見答案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形并作出F1、F2之間的對角線,即得F合。(ⅱ)表示F合的線段的長度為20.0mm,根據標度算出F合大小為4.0N。實際合力F的方向沿AO方向,對角線為F合方向,則兩者夾角θ的正切值tanθ===0.05。,6.(2016課標Ⅲ,23,10分)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系。圖中,置于實驗臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個,每個質量均為0.010kg。實驗步驟如下:圖(a),(1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內;用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制s-t圖像,經數據處理后可得到相應的加速度a。(3)對應于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖像如圖(b)所示;由圖(b)求出此時小車的加速度(保留2位有效數字),將結果填入下表。,(4)利用表中的數據在圖(c)中補齊數據點,并作出a-n圖像。從圖像可以看出:當物體質量一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比。圖(b)圖(c),答案(3)0.39(2分。在0.37~0.49范圍內都給分)(4)如圖所示(3分)(5)0.45(3分。在0.43~0.47范圍內都給分)(6)BC(2分。選對一個給1分,有選錯的不給這2分),解析(3)由s=at2得:a=,在s-t圖像中找一點坐標,代入公式即可求出a。(5)對小車和鉤碼組成的系統(tǒng)應用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a==,a-n圖像的斜率k=,從而可解出M。(6)對于已平衡摩擦力的情況,對整體應用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=n①;對于木板水平的情況,對整體應用牛頓第二定律:nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,整理得:a=n-μg②,比較①②可見,B、C均正確。,7.(2016課標Ⅱ,22,6分)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究,實驗裝置如圖(a)所示:輕彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一物塊接觸而不連接,紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測量和計算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。圖(a),(1)實驗中涉及下列操作步驟:①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮,并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是(填入代表步驟的序號)。(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結果。打點計時器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數據,可求出在,該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為m/s。比較兩紙帶可知,(填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。圖(b),