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2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專項(xiàng)攻關(guān)高分秘籍 專題17 力學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)案 力學(xué)實(shí)驗(yàn)共涉及幾個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)操作，主要分布在必修一和必修二。依次為研究勻變速直線運(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)證牛頓第二定律、探究動(dòng)能定理和驗(yàn)證機(jī)械能守恒，這些實(shí)驗(yàn)的方案有共性，但數(shù)據(jù)處理又不盡相同。 【備考建議】 【經(jīng)典例題】 實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 【典例1】(xx甘肅蘭州模擬)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源為頻率50 Hz 的交流電源,實(shí)驗(yàn)時(shí)釋放紙帶與接通電源的先后順序是(2)某同學(xué)在使用上述打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí),得到了幾條較為理想的紙帶,他已在每條紙帶上按每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),并依打點(diǎn)先后順序編號(hào)為0,1,2,3,4,5.由于不小心,幾條紙帶都被撕斷了,如圖所示,請(qǐng)根據(jù)給出的A,B,C,D四段紙帶回答下列問(wèn)題:在B,C,D三段紙帶中,從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是_______,打紙帶A時(shí),物體的加速度大小是__________m/s2.　　　　　　　　　　　　. 答案:(1)先接通電源后釋放紙帶 (2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(相鄰的時(shí)間間隔位移之差相等)得出 x45-x34=x34-x23=x23-x12=x12-x01=6 mm,所以屬于紙帶A的是C圖.根據(jù)Δx=aT2得a==0.60 m/s2. 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 【典例2】(xx全國(guó)Ⅱ卷,22)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系.使用的器材有:斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器. 實(shí)驗(yàn)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?duì)于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開(kāi)始下滑; ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt; ③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度[如圖(b)所示],表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)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(kāi)始下滑,重復(fù)步驟②,③; ⑤多次重復(fù)步驟④; ⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出-Δt圖,如圖(c)所示. 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(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小,則與vA,a和Δt的關(guān)系式為=　　　　. (2) 由圖(c)可求得vA=_____cm/s,a=________cm/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.裝置創(chuàng)新:更換滑塊上的擋光片,通過(guò)光電門,且釋放滑塊時(shí)擋光片前端位置相同. 2.數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新:利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作-Δt圖像. 3.考查點(diǎn)創(chuàng)新:不同擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間Δt不同,其平均速度不同,推導(dǎo)與Δt的關(guān)系式. 【典例3】(xx無(wú)錫模擬)在暗室中用如圖(甲)所示裝置做“測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀.具體實(shí)驗(yàn)步驟如下: ①在漏斗內(nèi)盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會(huì)以一定的頻率一滴滴地落下. ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動(dòng)的水滴. ③利用頻閃照相獲取下落水滴和豎直放置的米尺的照片. ④由豎直放置的米尺測(cè)得各個(gè)水滴所對(duì)應(yīng)的刻度. ⑤采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理. (1) 實(shí)驗(yàn)中看到空間有一串仿佛固定不動(dòng)的水滴時(shí),頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是　 . (2) 實(shí)驗(yàn)中觀察到水滴“固定不動(dòng)”時(shí)的閃光頻率為30 Hz,某同學(xué)讀出其中幾個(gè)比較遠(yuǎn)的水滴到第一個(gè)水滴的距離如圖(乙)所示,根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=______ m/s2;第8個(gè)水滴此時(shí)的速度v8=_________m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字) (3)該實(shí)驗(yàn)存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可) 　. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.裝置創(chuàng)新:利用漏斗滴水和閃光儀獲取水滴下落信息. 2.方法創(chuàng)新:利用依次下落的水滴,通過(guò)調(diào)節(jié)頻閃儀的閃光頻率,看到水滴位置不動(dòng),拍攝此時(shí)水滴及豎直放置的米尺照片. 3.考查點(diǎn)創(chuàng)新:說(shuō)出閃光儀的閃光頻率滿足的條件,已知閃光頻率求照片上某點(diǎn)時(shí)水滴速度及重力加速度數(shù)值. 實(shí)驗(yàn)二　探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 【典例3】(xx安徽舒城檢測(cè))在探究“彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí),小明同學(xué)用如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn):將該彈簧豎直懸掛,在自由端掛上砝碼盤,通過(guò)改變盤中砝碼的質(zhì)量,用刻度尺測(cè)出彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度,測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下: 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 砝碼質(zhì)量m/g 0 30 60 90 120 150 彈簧的長(zhǎng)度x/cm 6.00 7.14 8.34 9.48 10.64 11.79 (1)小明同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上用描點(diǎn)法畫出x-m圖像如圖(乙)所示,根據(jù)圖像他得出結(jié)論:彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量不是正比例關(guān)系,而是一次函數(shù)關(guān)系.他結(jié)論錯(cuò)誤的原因是　 . (2)作出的圖線與坐標(biāo)系縱軸有一截距,其物理意義是_______________________,該彈簧的勁度系數(shù)k=____________N/m.(取g=10 m/s2,保留3位有效數(shù)字) (3)請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與考慮砝碼盤的質(zhì)量相比,結(jié)果______(填“偏大”“偏小”或“相同”). 解析:(1)在x-m圖像中,x表示彈簧的長(zhǎng)度而不是彈簧的伸長(zhǎng)量,故他得出彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量不是正比例關(guān)系而是一次函數(shù)關(guān)系的錯(cuò)誤結(jié)論. (2)圖線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)表示未放砝碼時(shí)彈簧的長(zhǎng)度.圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù), k== N/m=25.7 N/m. (3)根據(jù)公式F=kΔx計(jì)算出的勁度系數(shù),與是否考慮砝碼盤的質(zhì)量沒(méi)有關(guān)系,故結(jié)果相同. 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 【典例4】(xx湖南益陽(yáng)調(diào)研)彈簧的彈力與其形變量遵循胡克定律.其實(shí)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F=kx,其中k是一個(gè)比例系數(shù),類似于彈簧的勁度系數(shù),k的值與橡皮筋未受到拉力時(shí)的長(zhǎng)度L、橫截面積S有關(guān).理論與實(shí)驗(yàn)都表明k= ,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)物理公式能夠反映物理量的單位關(guān)系,則在國(guó)際單位制中,楊氏模量Y的單位應(yīng)該是_____　　　　. A.N B.m C.N/m D.N/m2 (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋,用螺旋測(cè)微器測(cè)量它的直徑如圖(甲)所示,則讀數(shù)為_(kāi)________　mm. (3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù),并作出了外力F與伸長(zhǎng)量x之間的關(guān)系圖像如圖(乙)所示.圖像中圖線發(fā)生彎曲的原因是_____________________. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新:研究橡皮筋的彈力與伸長(zhǎng)量x之間的關(guān)系. 2.設(shè)問(wèn)方式的創(chuàng)新:提出了影響橡皮筋的勁度系數(shù)的規(guī)律,借此考查單位制和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法. 【典例5】(xx江西南昌一模)某物理實(shí)驗(yàn)小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長(zhǎng)l0的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,讓刻度尺零刻度與輕質(zhì)彈簧上端平齊,在彈簧上安裝可移動(dòng)的輕質(zhì)指針P,實(shí)驗(yàn)時(shí)的主要步驟是: ①將指針P移到刻度尺l01=5 cm處,在彈簧掛鉤上掛上200 g的鉤碼,靜止時(shí)讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛?lái); ②取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l02=10 cm處,在彈簧掛鉤上掛上250 g的鉤碼,靜止時(shí)讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛?lái); ③取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l03=15 cm處,在彈簧掛鉤上掛上50 g的鉤碼,靜止時(shí)讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛?lái)……重復(fù)進(jìn)行,每次都將指針P下移5 cm,同時(shí)保持掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量不變. 將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)記錄、列表如下: 次數(shù) 彈簧原長(zhǎng)l0/cm 彈簧長(zhǎng)度l/cm 鉤碼質(zhì)量m/g 1 5.00 7.23 200 2 10.00 15.56 250 3 15.00 16.67 50 4 20.00 22.23 50 5 25.00 30.56 50 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟和列表數(shù)據(jù),回答下列問(wèn)題: (1)重力加速度g取10 m/s2.在次數(shù)3中,彈簧的原長(zhǎng)為15 cm 時(shí),其勁度系數(shù)k3= ____________ N/m. (2)同一根彈簧所取原長(zhǎng)越長(zhǎng),彈簧的勁度系數(shù)___________(彈簧處在彈性限度內(nèi)). A.不變 B.越大 C.越小 D.無(wú)法確定 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.探究?jī)?nèi)容創(chuàng)新,探究彈簧勁度系數(shù)與長(zhǎng)度的關(guān)系. 2實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新,同一彈簧中取不同長(zhǎng)度. 3.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新,由測(cè)量數(shù)據(jù)尋求彈簧勁度系數(shù)隨長(zhǎng)度的變化規(guī)律. 實(shí)驗(yàn)三　驗(yàn)證力的平行四邊形定則 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 【典例6】(xx大連重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)在探究求合力的方法時(shí),先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩.實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過(guò)兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩拉橡皮條. (1)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^(guò)程中有如下議論,其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說(shuō)法是_____(填字母代號(hào)). A.兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng) B.彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行 C.用兩彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)適當(dāng)大一些 D.拉橡皮條的細(xì)繩要長(zhǎng)些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些 (2)當(dāng)橡皮條的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí),兩根細(xì)繩相互垂直,如圖所示.這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)a,b的讀數(shù)分別為_(kāi)_______N和______________N. (3)在給出的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個(gè)力及它們的合力,并利用作圖法求出合力大小為_(kāi)____________N. (3)以方格紙上一個(gè)小格的邊長(zhǎng)作為0.5 N的標(biāo)度,作出兩個(gè)拉力的圖示,以這兩個(gè)拉力為鄰邊作平行四邊形,則所夾的對(duì)角線就表示合力的大小和方向,如圖所示.量出該對(duì)角線的長(zhǎng)度,結(jié)合標(biāo)度,可得合力大小約為4.70 N. 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 【典例7】(xx上饒檢測(cè))某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材做“探究求合力的方法”,設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水平,橡皮條的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2,主要實(shí)驗(yàn)步驟如下: Ⅰ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)處,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F; Ⅱ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處,此時(shí)繩套1沿0方向,繩套2沿120方向,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1; Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力F1′=①. Ⅳ.比較②即可初步驗(yàn)證 Ⅴ.只改變繩套2的方向,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟. 回答下列問(wèn)題: (1)完成實(shí)驗(yàn)步驟中①___________________　;②______________________________; (2)將繩套1由0方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到60方向,同時(shí)繩套2由120方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到180方向,此過(guò)程中保持橡皮條的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng),保持繩套1和繩套2的夾角120不變,關(guān)于繩套1的拉力大小的變化,下列結(jié)論正確的是_______________.(填選項(xiàng)前的序號(hào)) A.逐漸增大 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn):用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器. 2.實(shí)驗(yàn)思路的改進(jìn):先利用平行四邊形定則計(jì)算某一分力的大小,與其測(cè)量值比較. 3.實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn)的改進(jìn):在保證合力不變,兩分力夾角不變的條件下改變兩分力方向,確定兩分力的大小變化情況. 【典例8】(xx河北武邑中學(xué)質(zhì)檢)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置“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),手持另一端向水平左拉,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)的位置和細(xì)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,圖中A的示數(shù)為_(kāi)_____________N. (2)下列實(shí)驗(yàn)要求不必要的是_____________(填選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母). A.應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力 B.彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零 C.細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行 D.改變拉力,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)某次實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程,請(qǐng)你提出兩個(gè)解決辦法. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):在合力不變(重物M的重力表示合力)的前提下,改變兩分力的大小、方向,驗(yàn)證分力與合力的平行四邊形定則. 2.實(shí)驗(yàn)操作的拓展:改變多次實(shí)驗(yàn)結(jié)點(diǎn)在同一位置的“思維定勢(shì)”,即等效替代并不一定結(jié)點(diǎn)位置不變. 實(shí)驗(yàn)四　驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 【典例9】(xx安徽合肥質(zhì)檢)某實(shí)驗(yàn)小組在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中, (1)在閉合開(kāi)關(guān)之前,甲同學(xué)將實(shí)驗(yàn)器材組裝成圖(甲)所示.請(qǐng)指出該裝置中的錯(cuò)誤或不妥之處(只要答出其中的兩點(diǎn)即可): 　 . (2)乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中得到如圖(乙)所示的一條紙帶,圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出,由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車加速度為_(kāi)_____________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) (3)丙同學(xué)在利用上述調(diào)整好的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中,保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變,小車自身的質(zhì)量為M且保持不變,改變小車中砝碼的質(zhì)量m,并測(cè)出小車中放不同質(zhì)量砝碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的加速度a,以m為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作出如圖(丙)所示的m關(guān)系圖線,圖中縱軸上的截距為b,則小車受到的拉力大小為　　　　. 解析:(1)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該用交流電源(圖中干電池為直流電源);②本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該將木板的右端墊高,平衡摩擦力;③小車離定滑輪太近(離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器較遠(yuǎn)),小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)距左端較遠(yuǎn),這樣便于小車運(yùn)動(dòng)較長(zhǎng)的時(shí)間,從而能獲取較多數(shù)據(jù),準(zhǔn)確測(cè)量小車的加速度,減小誤差. 解析:(2)圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得 a=m/s2=0.49 m/s2. 解析:(3)根據(jù)題意,由牛頓第二定律得F=(M+m)a, 則=+m,則m圖像中截距b=, 則小車受到的拉力大小F=. 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 【典例10】(xx福建龍巖四校聯(lián)考)甲、乙、丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組分別采用如圖(甲)、(乙)、(丙)所示的實(shí)驗(yàn)裝置,驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律.已知他們使用的小車完全相同,小車的質(zhì)量為M,重物的質(zhì)量為m,試回答下列問(wèn)題. (1)甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn)中,必須平衡小車和長(zhǎng)木板之間的摩擦力的實(shí)驗(yàn)小組是　　　　. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí),必須滿足“M遠(yuǎn)大于m”的實(shí)驗(yàn)小組是　　　　. (3)實(shí)驗(yàn)時(shí),甲、乙、丙三組同學(xué)的操作均完全正確,他們作出的a-F圖線如圖(丁)中A,B,C所示,則甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的圖線依次是　　　　. (4)實(shí)驗(yàn)時(shí),乙組同學(xué)得到的一條紙帶如圖(戊)所示,從比較清晰的點(diǎn)起,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz,根據(jù)所標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)可算得:小車的加速度為　_________m/s2,打下“2”點(diǎn)時(shí)小車的速度為_(kāi)_______m/s. (4)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得, a=0.16 m/s2,由v2=________ =0.36 m/s. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新:乙實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)繩的拉力,在小車上裝滑輪,這樣直觀得出小車的合力;丙實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用力傳感器直接得小車的合力. 2.設(shè)問(wèn)方式的創(chuàng)新:三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比,確定它們對(duì)應(yīng)的a-F圖線. 【典例11】(xx東北三省四市聯(lián)考)某同學(xué)利用如圖(甲) 所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力的關(guān)系.該同學(xué)在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放. (1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d,如圖(乙)所示,則d=　　　　cm. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是　 . (3)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是　　　　. A.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 B.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 C.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 D.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 (4)改變鉤碼質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間t,通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖像,研究滑塊的加速度與力的關(guān)系,處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出　　　(填“t2F”“F”或“F”)圖像. 解析:(1)由圖知第15條刻度線與主尺對(duì)齊,d=1 mm+150.05 mm=1.75 mm= 0.175 cm. (2)滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是遮光條經(jīng)過(guò)光電門的平均速度,若要求得滑塊的加速度,還需要測(cè)量A位置到光電門的距離L. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新:滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上加速運(yùn)動(dòng),利用光電門測(cè)速度,力傳感器直接得到滑塊受到的合力. 2.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新:利用測(cè)得的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2ax求加速度;再結(jié)合牛頓第二定律推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系,從而確定對(duì)應(yīng)的圖像. 實(shí)驗(yàn)五　探究動(dòng)能定理 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 【典例12】(xx江蘇卷,10)利用如圖(甲)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M=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 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(乙)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Δx,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g=9.80 m/s2,利用W=mgΔx算出拉力對(duì)小車做的功W.利用Ek= Mv2算出小車動(dòng)能,并求出動(dòng)能的變化量ΔEk.計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表. W/(10-3J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 ΔEk/(10-3J) 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出ΔEk-W圖像. (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ΔEk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. （4）由于W=mgΔx,ΔEk=FΔx, 則有F=mg=0.019.8 N≈0.093 N. 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例析 【典例13】(xx遼寧大連模擬)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系.圖中A為小車,連接在小車后面的紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上,C為彈簧測(cè)力計(jì),不計(jì)繩與滑輪的摩擦.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通電源再松開(kāi)小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn). (1)該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上,依次選取0,1,2,3,4,5共六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別測(cè)量后5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)數(shù)點(diǎn)0之間的距離,并計(jì)算出它們與0點(diǎn)之間的速度平方差Δv2(Δv2=v2- ),填入下表: 計(jì)數(shù)點(diǎn) x/cm Δv2/(m2s-2) 0 / / 1 1.60 0.04 2 3.60 0.09 3 6.00 0.15 4 7.00 0.19 5 9.20 0.23 請(qǐng)以Δv2為縱坐標(biāo),以x為橫坐標(biāo)在方格紙中作出Δv2-x圖像.若測(cè)出小車質(zhì)量為0.2 kg,結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為　　　　 N. (2)該同學(xué)通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測(cè)力計(jì)讀數(shù),明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍.你認(rèn)為主要原因是___________　,實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)的措施是_____________. (2)主要原因是長(zhǎng)木板對(duì)小車存在摩擦力;應(yīng)將木板左端墊高,以平衡摩擦力,減小誤差. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新:可用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)繩拉力大小,故不必滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛物的質(zhì)量. 2.數(shù)據(jù)處理的改進(jìn):利用圖像的斜率求相關(guān)物理量. 【典例14】(xx廣州模擬)用如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置完成“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn).請(qǐng)補(bǔ)充完整下列實(shí)驗(yàn)步驟的相關(guān)內(nèi)容: (1)用天平測(cè)量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0;用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖(乙)所示,其讀數(shù)為_(kāi)___________cm;按圖(甲)所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離s; (2)在砝碼盤中放入適量砝碼;適當(dāng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角,直到輕推小車,遮光片先后經(jīng)過(guò)光電門A和光電門B的時(shí)間相等; (3)取下細(xì)線和砝碼盤,記下_____________(填寫相應(yīng)物理量及其符號(hào)); (4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放,用數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器分別測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門A和光電門B所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB; (5)步驟(4)中,小車從光電門A下滑至光電門B過(guò)程合外力做的總功W合=_________　,小車動(dòng)能變化量ΔEk=　______________(用上述步驟中的物理量表示,重力加速度為g),比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系; (6)重新掛上細(xì)線和砝碼盤,改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量,重復(fù)(2)～(5)步驟. (7)本實(shí)驗(yàn)中,以下操作或要求是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差的是　　　　. A.盡量減小兩光電門間的距離s B.調(diào)整滑輪,使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行 C.砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (5)小車從光電門A下滑至光電門B過(guò)程中合外力做的總功W合=(m+m0)gs,小車動(dòng)能變化量ΔEk=M()2-M()2,比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn):利用光電門測(cè)量小車的速度更準(zhǔn)確. 2.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新:通過(guò)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角及砝碼盤中放適量砝碼,使小車在斜面上勻速運(yùn)動(dòng),用砝碼和砝碼盤的總重力當(dāng)做小車運(yùn)動(dòng)的合外力. 實(shí)驗(yàn)六　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) .【典例15】(xx天津卷,9)如圖所示,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落,利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. (1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn),下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是　　　　. A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正 C.精確測(cè)量出重物的質(zhì)量 D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物 (2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶較長(zhǎng),圖中有部分未畫出,如圖所示.紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn),其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn).重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出,利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有___________　. A.OA,AD和EG的長(zhǎng)度 B.OC,BC和CD的長(zhǎng)度 C.BD,CF和EG的長(zhǎng)度 D.AC,BD和EG的長(zhǎng)度 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 【典例16】(xx遼寧沈陽(yáng)模擬)某同學(xué)利用圖示裝置,驗(yàn)證以下兩個(gè)規(guī)律: ①兩物塊通過(guò)不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連接,沿繩分速度相等; ②系統(tǒng)機(jī)械能守恒. P,Q,R是三個(gè)完全相同的物塊,P,Q用細(xì)繩連接,放在水平氣墊桌上,物塊R與輕滑輪連接,放在正中間,a,b,c是三個(gè)光電門,調(diào)整三個(gè)光電門的位置,能實(shí)現(xiàn)同時(shí)遮光,整個(gè)裝置無(wú)初速度釋放. (1)為了能完成實(shí)驗(yàn),除了記錄P,Q,R上三個(gè)遮光片的遮光時(shí)間t1,t2,t3外.還必須測(cè)量的物理量有_________. A.P,Q,R的質(zhì)量M B.兩個(gè)定滑輪的距離d C.R的遮光片到c的距離H D.遮光片的寬度x (2)根據(jù)裝置可以分析出P,Q的速度大小相等,驗(yàn)證表達(dá)式為　　　　　. (3)若要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等,則驗(yàn)證表達(dá)式為　　　　　. (4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭,則驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為　　　　　. 解析:(1)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒,表達(dá)式是MgH=M+M+M,可知質(zhì)量M可以約去,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有影響,因此不需要測(cè)量P,Q,R的質(zhì)量M,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知,與兩個(gè)定滑輪的距離d無(wú)關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知,需要測(cè)量R的遮光片到c的距離H,這樣才能計(jì)算出系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能,選項(xiàng)C正確;根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知,要測(cè)量P,Q,R三個(gè)物塊遮光片通過(guò)光電門的速度,因此需要測(cè)量遮光片的寬度x,速度v=,選項(xiàng)D正確. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)分析】 實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新:利用三個(gè)物塊運(yùn)動(dòng)中的ΔEp減=ΔEk增驗(yàn)證,需用三個(gè)光電門測(cè)出三個(gè)物塊的速度.