高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十 必考 力學(xué)實驗（二）

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專題十 必考 力學(xué)實驗（二） 考綱解讀 實驗名稱 考試屬性 說明 必考 加試 5.探究作用力與反作用力的關(guān)系 √ 1.不要求對研究平拋運動進(jìn)行實驗誤差分析． 2．不要求對驗證機械能守恒定律進(jìn)行定量分析實驗誤差. 6.研究平拋運動 √ 7.探究做功與物體速度變化的關(guān)系 √ 8.驗證機械能守恒定律 √ 　　　　　　探究作用力與反作用力的關(guān)系 1．用彈簧測力計探究作用力與反作用力的關(guān)系 如圖1甲所示，任取A、B兩個彈簧測力計，使兩掛鉤鉤住，B固定，A用手拉著．彈簧測力計A受到B的拉力FBA，彈簧測力計B受到A的拉力FAB.讀出此時兩個彈簧測力計的示數(shù)FA和FB，比較FA和FB的大小和方向． 如圖乙所示，將兩個彈簧測力計掛鉤鉤住，B連接一塊木塊，A用手拉著．探究在水平方向運動時，F(xiàn)A和FB的大小和方向．將拉動方向改為豎直方向，如圖丙所示，重復(fù)上述探究． 圖1 2．用力傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系 如圖2所示，用兩只力傳感器鉤住對拉．從計算機屏幕上所顯示的力和時間關(guān)系圖線中讀出不同時刻兩只力傳感器間的相互作用力FA和FB，比較FA和FB的大小和方向． 圖2 3．實驗結(jié)論 作用力與反作用力作用在兩個物體上，大小相等、方向相反，同時產(chǎn)生，同時消失，性質(zhì)相同．作用力與反作用力之間的關(guān)系與運動狀態(tài)無關(guān)． 4．注意事項 (1)使用彈簧測力計前，應(yīng)先調(diào)節(jié)零刻度． (2)彈簧測力計對拉時作用力要在同一直線上． (3)實際的彈簧測力計往往存在一定的誤差，發(fā)現(xiàn)兩彈簧測力計示數(shù)不等既不能“視而不見”也不能“武斷定論”． (4)將彈簧測力計A和B分別與彈簧測力計C互拉，通過與C的示數(shù)比較確定兩彈簧測力計拉力是否相等，是一種“等效替代”的方法． (5)同一實驗步驟中，小泡沫塑料位置必須保持不變． (6)用力傳感器進(jìn)行實驗時，也需要調(diào)零． (7)用力傳感器對拉時要使作用力在同一直線上． 例1　(2015浙江9月選考科目試題)在“探究作用力與反作用力的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)用兩個力傳感器進(jìn)行實驗． (1)將兩個傳感器按圖3甲方式對拉，在計算機屏上顯示如圖乙所示，橫坐標(biāo)代表的物理量是________，縱坐標(biāo)代表的物理量是________． 圖3 (2)(多選)由圖乙可得到的實驗結(jié)論是(　　) A．兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等 B．兩傳感器間的作用力與反作用力方向相同 C．兩傳感器間的作用力與反作用力同時變化 D．兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上 答案　(1)時間(t)　力(F)　(2)AC 變式題組 1．如圖4所示，將兩彈簧測力計a、b連接在一起，當(dāng)用力緩慢拉a彈簧測力計時，發(fā)現(xiàn)不管拉力F多大，a、b兩彈簧測力計的示數(shù)總是相等，這個實驗說明(　　) 圖4 A．這是兩只完全相同的彈簧測力計 B．彈力的大小與彈簧的形變量成正比 C．作用力與反作用力大小相等、方向相反 D．力是改變物體運動狀態(tài)的原因 答案　C 解析　a、b兩彈簧測力計的示數(shù)分別顯示b彈簧的拉力和a彈簧的拉力，這是一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律得知，它們的示數(shù)總是相等，說明作用力與反作用力大小相等、方向相反，與彈簧測力計無關(guān)，故兩只彈簧測力計不一定完全相同．故A錯誤，C正確；此實驗不能說明彈力的大小與彈簧的形變量成正比．故B錯誤；彈簧測力計的運動沒有改變，故此實驗不能說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因．故D錯誤． 　　　　　　研究平拋運動 1．實驗?zāi)康? (1)用實驗的方法描出平拋運動的軌跡． (2)用實驗軌跡求解平拋物體的初速度． 2．實驗原理 使小球做平拋運動，利用描跡法描繪小球的運動軌跡，建立直角坐標(biāo)系，測出軌跡曲線上某一點的坐標(biāo)x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x. 3．實驗器材(以斜槽法為例) 斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺． 4．實驗步驟 (1)按圖5甲所示安裝實驗裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好靜止)． 圖5 (2)以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸． (3)使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上，如果小球運動中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫上一點．用同樣方法，在小球運動路線上描下若干點． (4)將白紙從木板上取下，從O點開始連接畫出的若干點描出一條平滑的曲線，如圖乙所示． 5．實驗注意事項 (1)固定斜槽時，要保證斜槽末端的切線水平，保證小球的初速度水平． (2)固定木板時，木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行，固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直． (3)小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放，為此，可在斜槽上某一位置固定一個擋板． (4)要在斜槽上適當(dāng)高度釋放小球，使它以適當(dāng)?shù)乃匠跛俣葤伋觯滠壽E由木板左上角到達(dá)右下角，這樣可以減小測量誤差． (5)坐標(biāo)原點不是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點． (6)計算小球的初速度時，應(yīng)選距拋出點稍遠(yuǎn)一些的點為宜，以便于測量和計算． 6．判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線 (1)原理：若平拋運動的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點的坐標(biāo)具有y＝ax2的關(guān)系，且同一軌跡上a是一個特定的值． (2)驗證方法 方法一：代入法 用刻度尺測量幾個點的x、y坐標(biāo)，分別代入y＝ax2中求出常數(shù)a，看計算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)． 方法二：圖象法 建立y－x2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標(biāo)值分別計算出對應(yīng)y值的x2值，在y－x2坐標(biāo)系中描點，連接各點看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值． 7．計算平拋運動的初速度 (1)平拋軌跡完整(即含有拋出點) 在軌跡上任取一點，測出該點離原點的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x. (2)平拋軌跡殘缺(即無拋出點) 如圖6所示，在軌跡上任取三點A、B、C，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運動的規(guī)律可知，A、B間與B、C間所用時間相等，設(shè)為t，則Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2. 所以t＝ ，所以初速度v0＝＝x. 圖6 例2　某?？萍蓟顒娱_展了關(guān)于平拋運動的研究學(xué)習(xí)． (1)學(xué)習(xí)小組甲為了探究影響平拋運動水平射程的因素，某同學(xué)通過改變拋出點的高度及初速度的方法做了6次實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄如下表. 序號 拋出點的高度(m) 水平初速度(m/s) 水平射程(m) 1 0.20 2.0 0.40 2 0.20 3.0 0.60 3 0.20 4.0 0.80 4 0.45 2.0 0.60 5 0.45 4.0 1.20 6 0.80 2.0 0.80 ①若探究水平射程與初速度的關(guān)系，可用表中序號為________的三組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析． ②若探究水平射程與高度的關(guān)系，可用表中序號為________的三組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析． (2)學(xué)習(xí)小組乙在探究平拋運動的規(guī)律實驗時，將小球做平拋運動，用頻閃照相機對準(zhǔn)方格背景照相，拍攝到了如圖7所示的照片，已知每個小方格邊長為9.8 cm，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.8 m/s2. 圖7 ①若以拍攝的第一點為坐標(biāo)原點，水平向右和豎直向下為正方向，則沒有被拍攝到的小球位置坐標(biāo)為________． ②小球平拋的初速度大小為________． 答案　(1)①1、2、3?、?、4、6　(2)①(58.8 cm,58.8 cm) ②1.96 m/s 解析　(1)①探究影響平拋運動水平射程的因素時，若探究水平射程和初速度的關(guān)系應(yīng)保持拋出點高度不變，可用1、2、3的三組數(shù)據(jù)；②若探究水平射程和高度的關(guān)系，應(yīng)保持初速度不變，可用表中序號為1、4、6的三組實驗數(shù)據(jù)． (2)①根據(jù)平拋運動的特點，水平方向的坐標(biāo)為329.8 cm＝58.8 cm，豎直方向y＝(1＋2＋3)9.8 cm＝58.8 cm，故沒有被拍攝到的小球位置坐標(biāo)為(58.8 cm,58.8 cm)；②由Δh＝gt2，得t＝ s＝0.1 s，v0＝＝ m/s＝1.96 m/s. 變式題組 2．在“研究平拋運動”的實驗中，小希同學(xué)采用如圖8所示的裝置來獲得平拋運動的軌跡． 圖8 (1)為得到一條軌跡，需多次釋放小球，每次釋放小球的位置________(填“相同”或“任意”)． (2)為了測得小球離開斜槽末端時的速度，該同學(xué)需測量的物理量是________． A．小球的質(zhì)量 B．小球下落的時間 C．斜槽末端距落點間的水平距離和豎直高度 D．斜槽末端距釋放點間的水平距離和豎直高度 答案　(1)相同　(2)C 解析　(1)本實驗要通過多次重復(fù)平拋小球來記錄軌跡，所以每次的軌跡必須相同，因此要求每次將小球從軌道同一位置無初速度釋放；(2)根據(jù)平拋運動規(guī)律，水平方向x＝v0t，豎直方向h＝gt2，解得小球離開斜槽末端時的速度v0＝x，故需要測量的物理量是斜槽末端距落點間的水平距離x和豎直高度h，選項C正確． 　　　　　　探究做功與物體速度變化的關(guān)系 實驗方案一 1．實驗原理 圖9 重物通過滑輪牽引小車，當(dāng)小車的質(zhì)量比重物的質(zhì)量大得多且摩擦力忽略不計時，可以把重物所受的重力當(dāng)作小車受到的牽引力．如圖9所示． 改變重物的質(zhì)量或者改變小車運動的距離，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系． 2．實驗器材 小車、一端帶滑輪的長木板、砝碼、鉤碼、天平、打點計時器、紙帶、刻度尺等． 3．實驗步驟 (1)墊高木板不帶滑輪的一端，平衡摩擦力． (2)在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細(xì)線繞過滑輪連接小車和鉤碼． (3)將小車停在打點計時器附近，先接通電源，再釋放小車，關(guān)閉打點計時器電源． (4)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復(fù)進(jìn)行操作． 4．注意事項 (1)實驗前必須首先平衡摩擦力． (2)必須保證所懸掛鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的重力，這時鉤碼重力才近似等于小車所受的合外力． 5．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)小車受到的合外力F：大小近似等于所掛鉤碼的重力mg，故用天平測出鉤碼的質(zhì)量m可求F≈mg. (2)通過紙帶測小車的位移l. (3)求出合力對小車做的功W＝Fl＝mgl. (4)通過紙帶求出對應(yīng)位移l時，小車獲得的速度v＝. 6．結(jié)論 研究W與v的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)合力對小車做的功W與小車速度的平方成正比，即滿足W∝v2. 實驗方案二 1．實驗原理(如圖10所示) 圖10 (1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功為W. (2)兩根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功應(yīng)為2W. (3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功應(yīng)為3W. (4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系． 2．實驗器材 橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、刻度尺、鐵釘?shù)龋? 3．實驗步驟 (1)墊高木板的一端，平衡摩擦力． (2)拉伸的橡皮筋對小車做功： ①用一條橡皮筋拉小車——做功W. ②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W. ③用三條橡皮筋拉小車——做功3W. (3)測出每次做功后小車獲得的速度． (4)分別用各次實驗測得的v和W繪制W－v或W－v2、W－v3、……圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系． 4．注意事項 (1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角． (2)測小車速度時，應(yīng)選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分． (3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的．力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值． (4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點多一些． 5．實驗探究的技巧與方法 (1)不直接計算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實驗中的W和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理． (2)做W－v圖象，或W－v2、W－v3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線． 6．實驗結(jié)論 物體速度v與外力做功W間的關(guān)系：W與v2成正比． 例3　如圖11所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究做功與物體速度變化的關(guān)系的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．這時，橡皮筋對小車做的功記為W.當(dāng)我們把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……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放．小車在每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出． 圖11 (1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有____________________________； (2)平衡摩擦力后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測量； (3)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次……實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置； 橡皮筋做 的功Wn 10個間 距的距 離x(m) 10個間 距的時 間T(s) 小車獲 得的速 度vn 小車速 度的平 方v 第1次 W 0.200 0.2 第2次 0.280 0.2 第3次 0.300 0.2 第4次 0.400 0.2 第5次 0.450 0.2 (4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝________，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖12所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性． 圖12 答案　(1)刻度尺　(2)點距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　見解析圖 解析　(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺． (2)小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻． (3)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W. (4)縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，然后用平滑曲線連線作出v－Wn圖象，如圖所示． 變式題組 3．某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗中采用了如圖13甲所示的實驗裝置． 圖13 (1)將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平，檢查是否調(diào)平的方法是________． (2)如圖乙所示，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度Δd＝________cm；實驗時，將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上，向后拉伸一定的距離，并做好標(biāo)記，以保證每次拉伸的距離恒定．現(xiàn)測得掛一根橡皮條時，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過光電門的時間為Δt，則滑塊最后勻速運動的速度表達(dá)式為v＝________(用字母表示)． (3)逐條增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間，并計算出對應(yīng)的速度．則畫出的W－v2圖象應(yīng)是________． 答案　(1)將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌上，看其是否滑動(將滑塊置于氣墊導(dǎo)軌上，看輕推是否勻速運動)　(2)0.55　　(3)一條過原點的直線 解析　(1)將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌上，看其是否滑動(將滑塊置于氣墊導(dǎo)軌上，看輕推是否勻速運動)；(2)游標(biāo)尺零刻度線對應(yīng)的主尺上整數(shù)部分為5 mm，游標(biāo)尺第10條刻度線與主尺某刻度線對齊，100.05 mm＝0.5 mm，故讀數(shù)為5.5 mm＝0.55 cm.光電門測量的是運動物體遮光時間內(nèi)的平均速度，因為遮光條較窄，所以可看作測量的是瞬時速度，所以v＝；(3)由動能定理有W＝mv2，畫出的W－v2圖象是一條過原點的直線． 　　　　　　驗證機械能守恒定律 1．實驗原理 通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律． 圖14 2．實驗器材 打點計時器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導(dǎo)線兩根．(如圖14所示) 3．實驗步驟 (1)安裝器材：將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與低壓電源相連． (2)打紙帶 用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點計時器下方附近，先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3～5條)紙帶． (3)選紙帶：分兩種情況說明 ①若選第1點O到下落到某一點的過程，即用mgh＝mv2來驗證，應(yīng)選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶． ②用mv－mv＝mgΔh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準(zhǔn)點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否小于或接近2 mm就無關(guān)緊要了． 4．?dāng)?shù)據(jù)處理 方法一：利用起始點和第n點計算 代入mghn和mv，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和mv相等，則驗證了機械能守恒定律． 方法二：任取兩點計算 (1)任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB. (2)算出mv－mv的值． (3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB＝mv－mv，則驗證了機械能守恒定律． 方法三：圖象法 從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2－h(huán)圖線．若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律． 5．實驗結(jié)論 在誤差允許的范圍內(nèi)，自由落體運動過程機械能守恒． 6．誤差分析 (1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值． (2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小阻力． 7．注意事項 (1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以減少摩擦阻力． (2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料． (3)應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落． (4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt來計算． 圖15 例4　如圖15所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題： (1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材是________． A．米尺 B．秒表 C．直流電源 D．交流電源 (2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟，其中操作不當(dāng)?shù)囊粋€步驟是________． A．用天平測出重錘的質(zhì)量 B．按照圖示的裝置安裝器件 C．先釋放紙帶，后接通電源 D．測量紙帶上某些點間的距離 (3)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖16所示．使用交流電的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達(dá)式為a＝________(用x1、x2、x3、x4及f表示)． 圖16 答案　(1)AD　(2)C　(3) 解析　(1)為完成此實驗，還需要測量長度的工具米尺，電磁打點計時器需要交流電源． (2)操作不當(dāng)?shù)氖窍柔尫偶垘?，后接通電源? (3)由Δx＝aT2可得，a＝. 變式題組 4．(20164月浙江選考模擬17)(1)在下列學(xué)生實驗中，需要用到打點計時器的實驗有________(填字母)． A．“探究求合力的方法” B．“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系” C．“探究做功與物體速度變化的關(guān)系” D．“探究作用力與反作用力的關(guān)系” (2)做“驗證機械能守恒定律”的實驗，已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器，還必須選取的器材是圖中的________(填字母)． 某同學(xué)在實驗過程中，①在重物的正下方地面鋪海綿；②調(diào)整打點計時器的兩個限位孔連線為豎直；③重復(fù)多次實驗．以上操作可減小實驗誤差的是________(填序號)． 答案　(1)BC　(2)BD?、冖? 解析　(1)A需要彈簧秤、刻度尺；D與打點計時器無關(guān)． (2)需要B重物，刻度尺D測量下落距離；②為了減少摩擦帶來的影響；③可以減少偶然誤差． 5．用如圖17甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”的實驗，打點計時器接在頻率為f的交流電源上，從實驗中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖乙所示，從第一個點O開始選取紙帶上打出的5個連續(xù)的點O、A、B、C、D，各點距起始點O的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知重錘的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則從打下起始點O到打下C點的過程中，重錘重力勢能減少量的表達(dá)式為________，重錘動能增加量的表達(dá)式為________．(均用題中所給字母表達(dá)) 圖17 答案　mgx3　m(x4－x2)2f2 解析　從O到C的過程中重錘減少的重力勢能ΔEp＝mgx3，C點速度vC＝，周期T＝，C的動能ΔEk＝mv＝m(x4－x2)2f2. 1．如圖1所示，利用彈簧測力計探究作用力與反作用力關(guān)系的實驗中． 圖1 (1)關(guān)于實驗以下說法正確的是________． A．若滑塊靜止不動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小相等 B．若滑塊做勻速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小相等 C．若滑塊做勻加速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小不相等 D．若滑塊做變加速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小不相等 (2)在彈簧測力計的指針下面放上一點泡沫塑料的作用是________． A．為了增大指針受到的阻力 B．可以幫助我們記錄下指針示數(shù)的最大值 C．防止指針與彈簧測力計外殼間的摩擦 D．防止測的力超過彈簧測力計的測量范圍 答案　(1)AB　(2)B 解析　(1)彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小關(guān)系與運動狀態(tài)無關(guān)，作用力與反作用力總是大小相等，故選項A、B正確．(2)在彈簧測力計的指針下面放上一點泡沫塑料，可以做成帶“記憶功能”的彈簧測力計，在實驗中泡沫塑料停在拉力最大的位置上，方便我們記錄指針示數(shù)，故選項B正確． 2．如圖2所示，在做“驗證機械能守恒定律”實驗時，下列實驗器材需要的是(　　) 圖2 A．停表 B．量角器 C．打點計時器 D．彈簧 答案　C 3．(2015浙江理綜21)甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗． 圖3 (1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材________；乙同學(xué)需在圖中選用的器材________．(用字母表示) 圖4 (2)乙同學(xué)在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②.紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________． 答案　(1)AB　BDE　(2)①　(2.50.2) m/s2 解析　(1)驗證機械能守恒定律時，讓重物拉著紙帶通過打點計時器運動，故需要選擇重錘A和打點計時器B，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗時，讓鉤碼牽著小車?yán)垘ㄟ^打點計時器運動，故需要選擇鉤碼E、打點計時器B和小車D；(2)由Δx＝aT2得連續(xù)相等時間的位移差越大，加速度越大，故①的加速度大，代入得加速度大小為2.5 m/s2. 4．(2015溫州八校聯(lián)考)在“驗證機械能守恒定律”的一次實驗中，質(zhì)量m＝1 kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖5所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s)，那么： 圖5 (1)紙帶的________(用字母表示)端與重物相連； (2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB＝________；(保留2位有效數(shù)字) (3)從起點P到打下計數(shù)點B的過程中物體的重力勢能減少量ΔEp＝________，此過程中物體動能的增加量ΔEk＝________；(g取9.8 m/s2，保留2位有效數(shù)字) (4)通過計算，數(shù)值上ΔEp________(填“<”“>”或“＝”)ΔEk，這是因為______________________． 答案　(1)P　(2)0.98 m/s　(3)0.49 J　0.48 J　(4)>　有機械能損失 解析　(1)本題借助自由落體運動來進(jìn)行實驗的，故在紙帶上點距會逐漸增大，因此紙帶P端與重物相連； (2)根據(jù)勻變速直線運動的推論vB＝＝10－2 m/s＝0.98 m/s；(3)從起點P到打下計數(shù)點B的過程中物體的重力勢能減少量ΔEp＝mgh≈0.49 J；物體動能的增加量ΔEk＝mv≈0.48 J；(4)因為在下落過程中受到阻力的作用，由動能定理可得mgh－Wf＝ΔEk，而ΔEp＝mgh，聯(lián)立可知ΔEp>ΔEk. 5．兩個同學(xué)根據(jù)不同的實驗條件，進(jìn)行了“研究平拋運動”的實驗： 圖6 (1)甲同學(xué)采用如圖6甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是________________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_________________． 答案　(1)平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動　(2)P球擊中Q球　平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動 解析　(1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動． (2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向上運動情況相同，說明平拋運動的水平分運動是勻速直線運動． 圖7 6．在“研究平拋運動”的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度． (1)實驗簡要步驟如下： A．如圖7所示，安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下斜槽末端O點和過O點的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是______________________________________ ________________________________________________________________________. B．讓小球多次從________(“同一”或者“不同”)位置上滾下，記下小球穿過卡片孔的一系列位置． C．測出曲線上某點的坐標(biāo)x、y，(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭已知)用v0＝__________算出該小球的平拋初速度，實驗需要對多個點求v0的值，然后求它們的平均值． D．取下白紙，以O(shè)為原點，以豎直線為軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡 (2)研究平拋運動，下面說法正確的是(　　) A．使用密度大、體積小的小球 B．必須測出平拋小球的質(zhì)量 C．將木板校準(zhǔn)到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直平面平行 D．盡量減小小球與斜槽之間的摩擦 答案　(1)讓小球置于槽口任一位置，小球均不發(fā)生滾動　同一　x　(2)AC 解析　(1)A項中根據(jù)平衡，若FN＝G，小球不會滾動，此時FN豎直向上，說明末端水平．B項中要記下小球運動途中經(jīng)過一系列位置，不可能在一次平拋中完成．每次平拋只能確定一個位置，要確定多個位置，要求小球每次的軌跡都重合，故小球平拋時的初速度必須相同，小球每次都從同一位置滾下．C項中，由x＝v0t及y＝gt2得：v0＝x. (2)研究平拋運動，一是盡量減小小球運動中空氣阻力的影響，二是準(zhǔn)確地描繪出小球的軌跡，故A、C正確． 7．在“探究做功與速度變化的關(guān)系”實驗中，常用的兩種實驗方案如圖8所示：甲通過重物提供牽引力，小車在牽引力作用下運動，用打點計時器測量小車的速度，定量計算牽引力所做的功，進(jìn)而探究牽引力所做功與小車速度的關(guān)系；乙通過在不同條數(shù)橡皮筋的作用下使小車運動，用打點計時器測量小車的速度，進(jìn)而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關(guān)系． 圖8 (1)針對這兩種實驗方案，下列說法正確的是________． A．甲、乙兩種方案均需測定功的具體數(shù)值 B．甲中小車受恒力作用，而乙中小車受變力作用 C．甲可以只對一條紙帶研究，而乙必須對多條紙帶研究 D．甲需要平衡小車運動中受到的阻力，而乙不需要平衡阻力 (2)某同學(xué)在實驗中打出的一條紙帶如圖9所示，0、1、2、……、7為連續(xù)打出的點，電源頻率為50 Hz.根據(jù)這條紙帶，可以判斷他在實驗中采用的方案是________(填“甲”或“乙”)，實驗中小車在外力作用下最終獲得的速度為________m/s. 圖9 答案　(1)BC　(2)乙　1.75 解析　(1)甲方案需要測出功的具體數(shù)值，乙方案中各條橡皮筋做功相等，因此不需要測出功的具體數(shù)值，選項A錯誤；甲方案中小車做勻加速運動，小車所受的力為恒力，乙方案中橡皮筋的長度是變化的，小車所受的力為變力，選項B正確；甲實驗方案可根據(jù)打下的一條紙帶，用勻變速直線運動的推論求得速度，并能根據(jù)紙帶測量出重物下落的距離，即可進(jìn)行探究，乙實驗方案中，當(dāng)改變拉力做功時，用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關(guān)系，所以必須打足夠多條紙帶才能研究，選項C正確；在兩個實驗中，小車下滑時受到重力、細(xì)線或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則都要用重力的下滑分量來平衡摩擦力，使得拉力做的功等于合外力對小車做的功，故D錯誤．(2)在甲實驗中，小車做勻加速直線運動，根據(jù)推論Δx＝aT2，在連續(xù)相等時間內(nèi)位移應(yīng)均勻增大；在乙實驗中，小車先做變加速運動，在失去外力后做勻速直線運動．由紙帶上的數(shù)據(jù)看出，此小車最后做勻速運動，故他在實驗中采用的方案是乙．小車獲得的最終速度v＝＝＝1.75 m/s. 8．某學(xué)習(xí)小組做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗，如圖10所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為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……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進(jìn)行計算． 圖10 (1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)電源． (2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．放開小車，能夠勻速下滑即可 C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可 (3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線 (4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖11所示的紙帶回答)． 圖11 答案　(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ 解析　(1)打點計時器使用的是交流電源． (2)平衡摩擦力時，應(yīng)將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，D正確． (3)水平放置木板，放開小車后，小車做加速運動，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車沒過兩個鐵釘?shù)倪B線，B正確，A、C、D錯誤． (4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測量．