2018届二轮复习力学实验课件(共82张）（全国通用） 82页

专题六 　 物理实验 考情分析 · 备考定向 第 14 讲 　 力学实验 - 5 - 知识脉络梳理 规律方法导引 - 6 - 知识脉络梳理 规律方法导引 1 . 知识规律 (1) 误差和有效数字。 ① 系统误差 : 由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。其特点是测量结果较真实值总是偏大或偏小。系统误差不能用多次测量求平均值的方法消除或减小。 ② 偶然误差 : 由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的误差。其特点是多次重复做同一实验时误差总是时大时小。减小这种误差的方法是多次测量取其平均值。 ③ 有效数字 : 带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一位不为零的数字算起。 - 7 - 知识脉络梳理 规律方法导引 (2) 长度的测量。 ① 毫米刻度尺的读数 : 精确到毫米 , 估读一位。 ② 游标卡尺的读数 : 测量值 = 主尺上的读数 +m×n ( 其中 m 为游标卡尺的精确度 , n 为游标尺上与主尺上某刻度线对齐的格数 ) 。 ③ 螺旋测微器的读数 : 测量值 = 固定刻度 + 可动刻度 ( 估读一位 ) × 0 . 01 mm 。 (3) 光电门的使用。 如果挡光片的宽度为 d , 挡光时间为 Δ t , 则物体经过光电门时的瞬时速度 - 8 - 知识脉络梳理 规律方法导引 (4) 纸带类实验。 ① 能够利用打点计时器的力学实验 - 9 - 知识脉络梳理 规律方法导引 ② 利用纸带求瞬时速度的方法 在匀变速直线运动中 , 利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解。 测出与第 n 点相邻的前、后两段相等时间 T 内的距离 x n 和 x n+ 1 , 由公式 算出。在验证机械能守恒定律实验中 , 就是根据此法求得物体瞬时速度的。 - 10 - 知识脉络梳理 规律方法导引 - 11 - 知识脉络梳理 规律方法导引 ( Ⅲ ) 图象法 : a. 由 , 求出各相应时刻的速度。 b. 确定各计数点的坐标值 ( v 1 , T ) 、 ( v 2 ,2 T ) 、 … 、 ( v n , nT ) 。 c. 画出 v - t 图象 , 图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。 ④ 利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 若相邻两计数点之间的距离满足 Δ x =x 2 -x 1 =x 3 -x 2 = … =x n -x n- 1 =aT 2 ( 恒量 ), 说明物体做匀变速直线运动。 2 . 思想方法 (1) 物理思想 : 等效替代思想、控制变量思想。 (2) 物理方法 : 等效替代法、控制变量法、逐差法、平均值法、图象法。 - 12 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 游标卡尺和螺旋测微器读数 主要以填空题的形式考查游标卡尺和螺旋测微器的读数。 例 1 (1) 某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径 , 新式卡尺将主尺上 39 mm 在游标尺上均分成 20 等份。如图甲所示 , 则小钢球的直径为 d= 　　　　 cm 。   (2) 该同学又用螺旋测微器测量某电阻丝的直径 , 示数如图乙所示 , 则该金属丝的直径为 　　　　 mm 。   答案 (1)1 . 035 　 (2)1 . 195( ± 0 . 002) - 13 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 游标卡尺上精确度为 mm = 0 . 05 mm , 所以 d= 10 mm + 0 . 05 mm × 7 = 10 . 35 mm = 1 . 035 cm 。 (2) 金属丝的直径 d'= 1 mm + 0 . 01 mm × 19 . 5 = 1 . 195 mm 。 - 14 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 15 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法 1 . 游标卡尺的原理 游标卡尺主要分为 10 、 20 、 50 分度三种 , 其原理和读数方法基本相同。对于 n 分度的游标卡尺 , 如果游标尺的分度值为 x , 主尺上的分度值为 y , 则 nx = ( n- 1) y , 故游标尺与主尺两者分度值之差为 k=y-x= 。其中 叫游标卡尺的精度。 2 . 螺旋测微器的基本原理 螺旋测微器螺纹螺距为 0 . 5 mm, 即可动转筒旋转一圈 , 螺杆前进或后退 0 . 5 mm, 可动转筒上可动刻度分成 50 等份 , 每一等份表示 0 . 01 mm, 即可动刻度每转过一等份 , 测微螺杆前进或后退 0 . 01 mm 。这样就能把沿轴线方向不便于测量的微小距离用圆周上的点移动较大的距离表示出来 ( 机械放大原理 ) 。 - 16 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 3 . 游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 (1)10 分度的游标卡尺 , 以 mm 为单位 , 小数点后只有 1 位 ,20 分度和 50 分度的游标卡尺以 mm 为单位 , 小数点后有 2 位 , 且对齐格数不估读。 (2) 螺旋测微器以 mm 为单位 , 小数点后必须有 3 位 , 对齐格数要估读 , 同时还要注意半毫米刻度线是否露出。 - 17 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 1 某同学测定一金属杆的长度和直径 , 示数如图甲、乙所示 , 则该金属杆的长度和直径分别为 　　　 cm 和 　　　　 mm 。   答案 60 . 10 　 4 . 20 解析 刻度尺的最小刻度为 0 . 1 cm, 因此读数应为 60 . 10 cm; 游标卡尺是 50 分度 , 精确到 0 . 02 mm, 因此读数为 4 . 20 mm 。 - 18 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 纸带类实验的处理方法 主要考查利用处理纸带的思想来解决实际问题。 例 2 研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图甲所示 , 其中斜面倾角 θ 可调。打点计时器的工作频率为 50 Hz 。纸带上计数点的间距如图乙所示 , 其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出。 - 19 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 部分实验步骤如下 : A . 测量完毕 , 关闭电源 , 取出纸带。 B. 接通电源 , 待打点计时器工作稳定后放开小车。 C. 将小车停靠在打点计时器附近 , 小车尾部与纸带相连。 D. 把打点计时器固定在平板上 , 让纸带穿过限位孔。 上述实验步骤的正确顺序是 　　　　　 ( 用字母填写 ) 。   (2) 图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔 T= 　　　　 s 。   (3) 计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v 5 = 　　　　 。   (4) 为了充分利用记录数据 , 减小误差 , 小车加速度大小的计算式应为 a= 　　　　　　　　　　　　　 。   - 20 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 21 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 22 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 3 甲、乙两位同学在验证牛顿第二定律的实验中 , 使用了如图所示的实验装置。 (1) 实验时他们先调整垫木的位置 , 使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动 , 这样做的目的是 　　　　　　　　　　 。 - 23 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (2) 此后 , 甲同学把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂若干配重片。在小车质量一定的情况下 , 多次改变配重片数量 , 每改变一次就释放一次小车 , 利用打点计时器打出记录小车运动情况的多条纸带。下图是其中一条纸带的一部分 , O 、 A 、 B 、 C 为 4 个相邻的计数点 , 相邻的两个计数点之间还有 4 个打出的点没有画出。打点计时器接在频率为 50 Hz 的交流电源上。通过对纸带的测量 , 可知小车运动过程中的加速度大小为 　　　 m/s 2 ( 保留两位有效数字 ) 。   - 24 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 根据多条纸带的数据 , 甲同学绘制了小车加速度与小车所受拉力 ( 测量出配重的重力作为小车所受拉力大小 ) 的 a - F 图象 , 如图所示。由图象可知 　　　 。 ( 选填选项前的字母 )   A. 当小车质量一定时 , 其加速度与所受合外力成正比 B. 当小车所受合外力一定时 , 其加速度与质量成反比 C. 小车的质量约等于 0 . 3 kg D. 小车的质量约等于 3 . 3 kg - 25 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (4) 乙同学在实验时 , 因配重片数量不足改用 5 个质量为 20 g 的钩码进行实验。他首先将钩码全部挂上 , 用打点计时器打出记录小车运动情况的纸带 , 并计算出小车运动的加速度 ; 之后每次将悬挂的钩码取下一个并固定在小车上 , 重复多次实验 , 且每次实验前均调整垫木的位置 , 使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动。若根据测得的数据 , 绘制出小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线 , 则关于这一图线下列说法错误的是 　　　 。 ( 选填选项前的字母 )   A. 可由该图线计算出小车和 5 个钩码质量之和 B. 只有当小车质量远大于悬挂钩码的质量时 , 该图线才是一条直线 C. 无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量 , 该图线都是一条直线 - 26 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案 (1) 为了平衡小车运动过程中所受的摩擦力 　 (2)0 . 50( 或 0 . 49) 　 (3)AC 　 (4)B - 27 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 这样做的目的是平衡小车运动过程中所受的摩擦力。 (2) 因为 OA= 2 . 86 cm, AB = 3 . 35 cm, BC = 3 . 85 cm, T = 0 . 1 s, (4) 对整个系统来说 , 系统的总质量保持不变 , 总等于 5 个砝码的质量与小车质量的和 , 故根据小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线 , 也就是 a - F 图线斜率的倒数可求得小车和 5 个钩码质量之和 , 选项 A 正确 ; 因对系统进行研究且保持系统的总质量不变 , 故砝码的重力总等于系统的牵引力 , 故无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量 , 该图线都是一条直线 , 选项 C 正确 ,B 错误。 - 28 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 29 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 4 如图甲所示的装置可用于探究恒力做功与速度变化的关系。水平轨道上安装两个光电门 , 小车上固定有力传感器和挡光板 , 细线一端与力传感器连接 , 另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验首先保持轨道水平 , 通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力 , 再进行后面的操作 , 并在实验中获得以下测量数据 : 小车、力传感器和挡光板的总质量 m , 平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量 m 0 , 挡光板的宽度 d , 光电门 1 和 2 的中心距离 s 。 - 30 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 31 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的 质量 　　　　　　 ( 选填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ”) 。   (2) 实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度 d , 如图乙所示 , d= 　 mm 。 (3) 某次实验过程 : 力传感器的读数为 F , 小车通过光电门 1 和 2 的挡光时间分别为 t 1 、 t 2 ( 小车通过光电门 2 后 , 砝码盘才落地 ), 已知重力加速度为 g , 则对该小车实验要验证的表达式是 　　　　　　　　 。 - 32 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 不需要 , 因为有力的传感器 , 可直接测出拉力的大小 , 而不必根据砝码和砝码盘的总重力约等于拉力来计算。 (2) 挡光板的宽度 d= 5 mm + 0 . 05 mm × 10 = 5 . 50 mm 。 (3) 以小车作为研究对象 , 小车所受的合力为 F-m 0 g , - 33 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 34 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 5 某实验小组利用如图所示的装置进行实验 , 钩码 A 和 B 分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端 , 钩码质量均为 m 0 , 在 A 的上面套一个比它大一点的环形金属块 C , 在距地面 h 1 处有一宽度略比 A 大一点的狭缝 , 钩码 A 能通过狭缝 , 环形金属块 C 不能通过。开始时 A 距离狭缝的高度为 h 2 , 放手后 , A 、 B 、 C 从静止开始运动。 - 35 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 利用计时仪器测得钩码 A 通过狭缝后到落地用时 t 1 , 则钩码 A 通过狭缝的速度为 　　　　 ( 用题中字母表示 ) 。   (2) 若通过此装置验证机械能守恒定律 , 还需测出环形金属块 C 的质量 m , 当地重力加速度为 g 。若系统的机械能守恒 , 则需满足的等式为 　　　　　　　　　　　　 ( 用题中字母表示 ) 。   (3) 为减小测量时间的误差 , 有同学提出如下方案 : 实验时调节 h 1 =h 2 =h , 测出钩码 A 从释放到落地的总时间 t , 来计算钩码 A 通过狭缝的速度 , 你认为可行吗 ? 若可行 , 写出钩码 A 通过狭缝时的速度表达式 ; 若不可行 , 请简要说明理由。 　　　　　　　 , 　　　　　　 。 - 36 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 37 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 38 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法 纸带类问题是力学实验中出现率最高的内容 , 多以教材实验为蓝本进行升级变形 , 从整体角度看 , 力学中的四个打点描迹类实验都存在共性 , 因此在某种程度上可以实现 “ 一个装置多种用途 ” 的效果。 从测定物理量角度看 , 可以以最基本的实验逐渐升华到探究测量多个物理量的效果 , 创新的流程主要如下。 在计算中还涉及有效数字 , 所以审题要严谨细心。 - 39 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 2 (2017 · 全国 Ⅰ 卷 ) 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动 , 用自制 “ 滴水计时器 ” 计量时间。实验前 , 将该计时器固定在小车旁 , 如图甲所示。实验时 , 保持桌面水平 , 用手轻推一下小车。在小车运动过程中 , 滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴 , 图乙记录了桌面上连续的 6 个水滴的位置。 ( 已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴 ) - 40 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 由图乙可知 , 小车在桌面上是 　　　　　　　　 ( 填 “ 从右向左 ” 或 “ 从左向右 ”) 运动的。   (2) 该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中 A 点位置时的速度大小为 　　　 m/s, 加速度大小为 　　　 m/s 2 。 ( 结果均保留 2 位有效数字 )   答案 (1) 从右向左 　 (2)0 . 19 　 0 . 037 - 41 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 轻推小车 , 由于阻力小车做减速运动 , 相同时间内位移逐渐减小 , 故小车由右向左运动。 - 42 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 橡皮条、弹簧类实验的处理方法 主要考查胡克定律以及力的平行四边形定则。 例 6 某同学做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验。 - 43 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 图 甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 , 其示数为 7 . 73 cm; 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度 , 此时弹簧的伸长量 Δ l 为 　　　　 cm 。   (2) 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力 , 关于此操作 , 下列选项中规范的做法是 　　　　 。 ( 填选项前的字母 )   A. 逐一增挂钩码 , 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B. 随意增减钩码 , 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 (3) 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量 Δ l 与弹力 F 的关系图线 , 图线的 AB 段明显偏离直线 OA , 造成这种现象的主要原因是 　 。   答案 (1)6 . 93(6 . 92 ~ 6 . 94) 　 (2)A (3) 超过弹簧的弹性限度 - 44 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 题图甲示数为 7 . 73 cm, 题图乙示数为 14 . 66 cm, 弹簧的伸长量 Δ l= (14 . 66 - 7 . 73) cm = 6 . 93 cm 。 (2) 逐一增挂钩码 , 弹簧的伸长量逐渐地增大 , 不会出现超过弹性限度的情况 , 选项 A 正确。 (3) 当超过弹簧的弹性限度时 , 弹力与弹簧伸长量不再成正比。 - 45 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 - 46 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 7 小明通过实验验证力的平行四边形定则。 (1) 实验记录纸如图甲所示 , O 点为橡皮条被拉伸后伸长到的位置 , 两弹簧测力计共同作用时 , 拉力 F 1 和 F 2 的方向分别过 P 1 和 P 2 点 ; 一个弹簧测力计拉橡皮条时 , 拉力 F 3 的方向过 P 3 点。三个力的大小分别为 F 1 = 3 . 30 N 、 F 2 = 3 . 85 N 和 F 3 = 4 . 25 N 。请根据图中给出的标度作图求出 F 1 和 F 2 的合力。 (2) 仔细分析实验 , 小明怀疑实验中的橡皮条被多次拉伸后弹性发生了变化 , 影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮条拉伸到相同长度 , 发现读数不相同 , 于是进一步探究了拉伸过程对橡皮条弹性的影响。 - 47 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 实验装置如图乙所示 , 将一张白纸固定在竖直放置的木板上 , 橡皮条的上端固定于 O 点 , 下端 N 挂一重物 , 用与白纸平行的水平力缓慢地移动 N , 在白纸上记录下 N 的轨迹。重复上述过程 , 再次记录下 N 的轨迹。 两次实验记录的轨迹如图丙所示 , 过 O 点作一条直线与轨迹交于 a 、 b 两点 , 则实验中橡皮条分别被拉伸到 a 和 b 时所受拉力 F a 、 F b 的大小关系为 　　　　　　　　 。   - 48 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 49 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 50 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 根据 (2) 中的实验 , 可以得出的实验结果有哪些 ?( 填写选项前的字母 ) 　　　　 。   A. 橡皮条的长度与受到的拉力成正比 B. 两次受到的拉力相同时 , 橡皮条第 2 次的长度较长 C. 两次被拉伸到相同长度时 , 橡皮条第 2 次受到的拉力较大 D. 两次受到的拉力相同时 , 拉力越大 , 橡皮条两次的长度之差越大 (4) 根据小明的上述实验探究 , 请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。 - 51 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案 (1)( 见下图 , F 合 = 4 . 60 ~ 4 . 90 N 都算对 ) (2) F a =F b 　 (3)BD (4) 橡皮条拉伸不宜过长 ; 选用新橡皮条。 ( 或 : 拉力不宜过大 ; 选用弹性好的橡皮条 ; 换用弹性好的弹簧。 ) - 52 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 (1) 作出力 F 1 、 F 2 和合力的图示如答案图所示 ; 经测量可得合力大小为 4 . 70 N 。 (2) 橡皮条被拉伸到 a ( 或 b ) 时 , 根据平衡条件 , 因重物的重力一定 , 橡皮条与竖直方向的夹角一定 , 如图所示 , 则橡皮条受的拉力 F T = , 大小一定 , 故 F a = F b 。 - 53 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 由 (2) 可知橡皮条的长度与受的拉力不是正比关系 , 橡皮条第 2 次的长度较长 , 但受到的拉力与第 1 次相同 , 选项 A 错误 ,B 正确 ; 若两次被拉伸到相同长度 , 第 2 次橡皮条与竖直方向的夹角小 , 由 F T = 可知 , 第 2 次受的拉力较小 , 选项 C 错误 ; 拉力越大时 , 橡皮条与竖直方向的夹角越大 , 由题图可知 , 橡皮条两次的长度之差越大 , 选项 D 正确。 - 54 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 规律方法验证力的平行四边形定则操作注意事项 用两个弹簧测力计拉橡皮条时的 “ 三记录 ”( 记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点 O 的位置 ), 用一个弹簧测力计拉橡皮条时的 “ 二记录 ”( 记录弹簧测力计示数和细绳方向 ) 及 “ 一注意 ”( 结点 O 的位置必须在同一位置 ) 。 - 55 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 3 小莉和她的同学利用简易实验器材 , 一把刻度尺 , 一质量为 m= 300 g 的重物 , 测量自己头发丝能承受的最大拉力 , 并与网上获取的正常数据进行对比 ( 头发能承受的拉力随年龄变化 ;20 岁组 , 头发能承受的拉力最大 , 平均约 1 . 72 N;30 岁组 , 平均约 1 . 50 N …… ) 实验步骤如下 : (1) 水平固定刻度尺 ; (2) 用手指尖紧握头发丝两端 , 用刻度尺测量出两手指 尖之间的头发丝长度 l= 50 . 00 cm; - 56 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 将重物通过细绳挂在头发丝上 , 两手缓慢沿刻度尺水平移动 , 直至头发丝恰好被拉断。从刻度尺上读出两手指尖之间的距离 d= 30 . 00 cm( 重力加速度 g 取 10 m/s 2 , 挂钩光滑且质量不计 )   由以上数据可知所用刻度尺最小刻度为 　　　　 ; 头发丝的拉力表达式 F= 　　　　　　　 ( 用以上物理量符号表示 ); 利用所测数据可获得最大拉力为 　　　　 N( 保留三位有效数字 ), 在正常范围。   - 57 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 58 - 1 2 3 4 5 1 . 在测金属的电阻率的实验中 , 分别用游标卡尺和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和横截面的直径如图所示。则该圆柱体的长度为 　　　 mm, 横截面的直径为 　　　 mm 。   答案 49 . 15 　 4 . 699 解析 根据游标卡尺读数规则 , 该圆柱体的长度为 49 mm + 3 × 0 . 05 mm = 49 . 15 mm; 根据螺旋测微器读数规则 , 圆柱体横截面的直径为 4 . 5 mm + 0 . 199 mm = 4 . 699 mm 。 - 59 - 1 2 3 4 5 2 . 图甲为验证动能定理的实验装置。钩码的质量为 m , 小车的质量 m 车 = 300 g 。实验中用钩码重力的大小作为细绳对小车拉力的大小。实验主要过程如下 :   甲 ① 安装实验装置。 ② 分析打点计时器打出的纸带 , 求出小车的速度。 ③ 计算小车的动能增量和对应细绳拉力做的功 , 判断两者是否相等。 - 60 - 1 2 3 4 5 (1) 下列关于该实验的说法正确的是 　　　　 。   A. 调整滑轮高度使细绳与木板平行 B. 为消除阻力的影响 , 应使木板右端适当倾斜 C. 在质量为 10 g 、 50 g 、 80 g 的三种钩码中 , 挑选质量为 80 g 的钩码挂在挂钩 P 上最为合理 D. 先释放小车 , 然后接通电源 , 打出一条纸带 (2) 在多次重复实验得到的纸带中选择点迹清晰的一条 , 测量如图乙所示 , 打点周期为 T , 当地重力加速度为 g 。用题中的有关字母写出验证动能定理的表达式为 　　　　　　　　　　　　 。   (3) 写出两条引起实验误差的原因 :    　 。   - 61 - 1 2 3 4 5 - 62 - 1 2 3 4 5 3 . 在探究弹簧弹力与伸长量的关系、并测定弹簧的劲度系数的实验中 , 实验装置如图所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 , 再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端 , 每次测出相应的弹簧总长度。 - 63 - 1 2 3 4 5 (1) 有一个同学通过以上实验测量后把 6 组数据描点在坐标图中 , 请作出 F - l 图线。 (2) 由此图线可得出的结论是   　 。   (3) 根据图象中的数据可知 , 该弹簧的原长为 l 0 = 　　　　 cm, 劲度系数 k= 　　　　 N/m 。   - 64 - 1 2 3 4 5 答案 (1) 如图所示   (2) 在弹性限度内 , 弹力和弹簧的伸长量成正比 (3)10 　 25(24 . 8 ~ 25 . 2 均算对 ) 解析 用平滑的曲线将各点连接起来 , 如答案图所示。 弹簧处于原长时 , 弹力为零 , 故弹簧的原长 l 0 = 10 cm; 图象的函数表达式为 F=k ( l-l 0 ), 故斜率表示劲度系数 , 则劲度系数 - 65 - 1 2 3 4 5 4 . (2016 · 全国 Ⅱ 卷 ) 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 , 实验装置如图甲所示 : 轻弹簧放置在光滑水平桌面上 , 弹簧左端固定 , 右端与一物块接触而不连接 , 纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离 , 由静止释放物块 , 通过测量和计算 , 可求得弹簧被压缩后的弹性势能。 - 66 - 1 2 3 4 5 (1) 实验中涉及下列操作步骤 : ① 把纸带向左拉 直 ② 松手释放物 块 ③ 接通打点计时器电源 ④ 向左推物块使弹簧压缩 , 并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是 　　　　 ( 填入代表步骤的序号 ) 。   (2) 图乙中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电源的频率为 50 Hz 。由 M 纸带所给的数据 , 可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 　　　　　 m/s 。比较两纸带可知 , 　　　　 ( 选填 “ M ” 或 “ L ”) 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。   - 67 - 1 2 3 4 5 答案 (1) ④①③② 　 (2)1 . 29 　 M 解析 (1) 实验原理为把压缩弹簧所具有的弹性势能转化为物体的动能 , 当弹簧处于原长时 , 弹性势能全部转化为动能 , 此时速度最大。 (2) 当物块速度最大时 , 。由于两相邻点时间间隔相等 , 所以时间一定时 , 距离越大 , 速度越大 , 动能越大 , 初位置弹性势能越大 , 所以 M 纸带对应实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。 - 68 - 1 2 3 4 5 5 . 为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为完全弹性碰撞 ( 碰撞过程中没有机械能损失 ), 某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球 , 按下述步骤做如下实验 : ① 用天平测出两个小球的质量分别为 m 1 和 m 2 , m 1 >m 2 ; ② 按照如图所示安装好实验装置。将斜槽 AB 固定在桌边 , 使槽的末端点的切线水平 , 将一斜面 BC 连接在斜槽末端 ; ③ 先不放小球 m 2 , 让小球 m 1 从斜槽顶端 A 处由静止开始滚下 , 记下小球在斜面上的落点位置 ; - 69 - 1 2 3 4 5 ④ 将小球 m 2 放在斜槽前端边缘处 , 让小球 m 1 仍从斜槽顶端 A 处静止开始滚下 , 使它们发生碰撞 , 记下小球 m 1 和小球 m 2 在斜面上的落点位置 ; ⑤ 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点 B 的距离。图中 D 、 E 、 F 点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置 , 它们到 B 点的距离分别为 l D 、 l E 、 l F 。 根据该同学的实验 , 回答下列问题 : (1) 在没有放 m 2 时 , 让小球 m 1 从斜槽顶端 A 处由静止开始滚下 , m 1 的落点是图中的 　　　　 点 ;   (2) 用测得的物理量来表示 , 只要满足关系式 　　　　　 　　　　 , 则说明碰撞中动量是守恒的 ;   (3) 用测得的物理量来表示 , 只要再满足关系式 　　　　　　　　　 , 则说明两小球的碰撞是弹性碰撞 。 - 70 - 1 2 3 4 5 解析 (1) 由于发生弹性正碰 , 且 m 1 >m 2 , 则碰后小球 m 1 的速度比未碰撞时的速度小 , 小球 m 2 的速度比未碰撞时小球 m 1 的速度大 , 因此可判定小球 m 1 从斜槽顶端 A 处由静止开始滚下 , 未碰时的落点在图中的 E 点。 - 71 - 1 2 3 4 5 - 72 - 力学创新实验分析技巧 【典例示范】 用如图所示实验装置测量滑块 A 与木板间的动摩擦因数。长木板水平固定 , 细线跨过定滑轮与滑块 A 、重锤 B 相连。将细线拉直 , 测出 B 离地面的高度 h , 将重锤从 h 高处静止释放 , B 落地后 , 测出 A 在木板上滑动的距离 x ; 改变 B 释放高度重复实验 , 实验数据如右表所示。 - 73 - (1) 若测得 A 的质量 m A = 3 kg, B 的质量 m B = 1 kg, A 和 B 间细线的长度 l 0 = 112 . 0 cm, 木板的长度 l= 98 . 0 cm, 要达到实验目的 , 以上四个量中没有必要测量的是 　　　 ( 用物理量的符号表示 ) 。   (2) 作出 x 随 h 变化的图象。 (3) 由 (2) 中作出的图象并结合 (1) 中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为 　　　 。   答案 (1) l 0 、 l 　 (2) 见解析中图 (3)0 . 2 - 74 - 解析 (1) 由题意可知 , B 距地面的高度 h , A 在木板上滑行的距离 x , A 、 B 的质量 m A 、 m B 。从静止释放让它们运动到 B 着地 , 根据动能定理得 - 75 - (2) 作出 x 随 h 变化的图象如图所示。 - 76 - - 77 - 思维导引 - 78 - 以题说法力学创新类实验主要有以下几个考向 1 . 实验器材的等效替换也是高考创新实验设计的主要思路之一 , 从近几年的高考命题来看 , 在测量物体的速度时常涉及实验器材的等效替换 , 如利用光电门替代纸带来测量物体的加速度、速度 , 还有利用闪光照相机等替代打点计时器。 2 . 通过纸带求出小车的加速度 , 然后再利用牛顿第二定律求出小车与木板间的动摩擦因数 , 这是一种实验结论的外延 , 从近几年的力学实验来看 , 通过实验结论求动摩擦因数是实验设置的一个热点 , 且主要出现在两个地方 , 一是伴随着研究匀变速直线运动的实验出现 , 二是伴随着验证牛顿运动定律实验出现。 - 79 - 3 . 有一些实验题虽然在试题的情境上进行了创新 , 但其使用的实验原理和实验处理方法仍然不变 , 因此 , 对于创新型实验的处理 , 最根本的还是要把其从新情境中抽出来 , 找出与常规实验的相同之处 , 然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理。 - 80 - 针对训练 为了探究质量一定时加速度与力的关系 , 一同学设计了如图所示的实验装置。其中 m 0 为带滑轮的小车的质量 , m 为砂和砂桶的质量。 ( 滑轮质量不计 ) (1) 实验时 , 一定要进行的操作是 　　　　　　　 。     A. 用天平测出砂和砂桶的质量 B. 将带滑轮的长木板右端垫高 , 以平衡摩擦力 C. 小车靠近打点计时器 , 先接通电源 , 再释放小车 , 打出一条纸带 , 同时记录弹簧测力计的示数 D. 改变砂和砂桶的质量 , 打出几条纸带 E. 为减小误差 , 实验中一定要保证砂和砂桶的质量 m 远小于小车的质量 m 0 - 81 - (2) 该同学在实验中得到如图所示的一条纸带 ( 两计数点间还有两个点没有画出 ), 已知打点计时器采用的是频率为 50 Hz 的交变电流 , 根据纸带可求出小车的加速度为 　　 m/s 2 。 ( 结果保留两位有效数字 )     (3) 以弹簧测力计的示数 F 为横坐标 , 加速度为纵坐标 , 画出的 a - F 图象是一条直线 , 图线与横坐标的夹角为 θ , 求得图线的斜率为 k , 则小车的质量为 　　　　　　 。   答案 (1)BCD 　 (2)1 . 3 　 (3)D - 82 - 解析 (1) 本题拉力可以由弹簧测力计测出 , 不需要用天平测出砂和砂桶的质量 , 也就不需要使小桶 ( 包括砂 ) 的质量远小于车的总质量 , 故选项 A 、 E 错误 ; 实验时 , 要平衡小车与木板间的摩擦力 , 故选项 B 正确 ; 打点计时器运用时 , 都是先接通电源 , 待打点稳定后再释放纸带 , 该实验探究加速度与力和质量的关系 , 要记录弹簧测力计的示数 , 故选项 C 正确 ; 改变砂和砂桶质量 , 即改变拉力的大小 , 打出几条纸带 , 研究加速度随 F 的变化关系 , 故选项 D 正确。