【物理】2019届一轮复习人教版　力学实验(二)学案

【物理】2019届一轮复习人教版　力学实验(二)学案

第11讲　力学实验(二)‎ 考试内容及要求 知识内容 学考要求 ‎2015.10考题 ‎2016.4考题 ‎2016.10考题 ‎2017.4考题 ‎2017.11考题 ‎2018.4考题 ‎2018.6考题 探究求合力的方法 ‎√‎ ‎17‎ ‎17‎ 探究作用力与 反作用力的关系 ‎√‎ ‎17‎ 研究平抛运动 ‎√‎ ‎17‎ ‎17‎ 一、探究求合力的方法 ‎1．实验器材 木板、白纸、图钉若干、两根细绳、橡皮条、弹簧测力计2个、三角板、刻度尺等．‎ ‎2．实验步骤 ‎(1)把木板平放在桌面上，用图钉把一张白纸钉在木板上．‎ ‎(2)用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端B拴上两根细绳．‎ ‎(3)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，如图1所示．用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数F1、F2，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.‎ 图1‎ ‎(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测 力计的读数F′和细绳套的方向．‎ ‎(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同．‎ ‎3．注意事项 ‎(1)正确使用弹簧测力计，不能超量程，正确读数．‎ ‎(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．‎ ‎(3)用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大．‎ ‎(4)在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．‎ ‎(5)弹簧测力计拉动时要尽量与木板上表面平行．‎ 例1　(2018·宁波十校联考)某同学“探究求合力的方法”的实验情况如图2甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．‎ 图2‎ ‎(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．‎ ‎(2)本实验采用的科学方法是________．‎ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 ‎(3)本实验中以下说法正确的是________．‎ A．两根细绳必须等长 B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间夹角必须取90°‎ 答案　(1)F′　(2)B　(3)C 解析　(1)F是根据平行四边形定则作出的合力，具有一定的误差，F′是一只弹簧测力计的拉力，根据力的平衡可知F′一定在AO方向上．‎ ‎(2)合力与分力是等效替代关系，所以B选项正确．‎ ‎(3)实验中要求两根细绳不要太短，不必等长，所以A选项错误．实验是验证任意角度的两个力的合成，所以对两个弹簧测力计之间的角度没有要求，两力大小也不需要相等，但为了减小误差，角度的选取不要太大也不要太小，所以B、D选项错误．‎ 拉力如果不与木板平面平行，会产生垂直板面的分力，影响作用效果，所以C选项正确．‎ 二、探究作用力与反作用力的关系 ‎1．实验器材 弹簧测力计3个、包装用泡沫塑料若干、小刀1把、木块1个、力传感器2只、数据采集器1台及计算机1台等．‎ ‎2．实验原理 ‎(1)用两只弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 利用如图3所示的器材探究作用力与反作用力的关系．A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A，可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动．‎ 图3‎ ‎(2)用传感器探究作用力与反作用力的关系 把力传感器连在计算机上，传感器的钩子上挂木块，钩子受力的大小随时间变化的情况，可以由计算机屏幕显示．‎ 研究静止状态、匀速直线运动状态和加速或减速状态下作用力与反作用力之间的关系．‎ ‎3．注意事项 ‎(1)使用弹簧测力计和传感器前，都应调零．‎ ‎(2)用弹簧测力计和传感器对接时作用力都应在同一直线上．‎ ‎(3)实际的弹簧测力计往往存在一定的示值误差．‎ 检测方法：将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数进行比较确定两弹簧测力计的拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法．‎ 例2　“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验．‎ ‎(1)将两个传感器按图4甲方式对拉，在计算机屏幕上显示如图乙所示的图象，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________．‎ 图4‎ ‎(2)由图乙可得到的实验结论是________(多选)．‎ A．两传感器间的作用力与反作用力大小相等 B．两传感器间的作用力与反作用力方向相同 C．两传感器间的作用力与反作用力同时变化 D．两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上 答案　(1)时间(t)　力(F)　(2)AC 三、研究平抛运动 ‎1．实验原理 平拋运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．使小球做平拋运动，建立坐标系，利用描迹法描出小球的运动轨迹，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，根据公式：x＝v0t和y＝gt2，就可求得v0＝x，即小球做平拋运动的初速度．‎ ‎2．实验器材 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、坐标纸(白纸)、图钉、重锤线、三角板、铅笔、刻度尺．‎ ‎3．实验步骤 ‎(1)实验装置如图5所示，安装调整斜槽：使其末端伸出桌面，切线沿水平方向．‎ 图5‎ ‎(2)调整木板：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行，然后把重垂线方向记录到钉在木板上的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变．‎ ‎(3)确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，O点即为坐标原点．‎ ‎(4)确定运动轨迹上的点：将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值，然后让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在白纸上记下该点．用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．(不同的器材方法有所不同)‎ ‎4．数据处理 ‎(1)描绘运动轨迹：取下白纸，用平滑的曲线把记下的一系列点连接起来即得小球做平抛运动的轨迹．‎ ‎(2)计算初速度：以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取六个不同的点，用刻度尺分别测出它们的坐标(x，y)，然后用公式v0＝x计算出小球的初速度v0.‎ ‎5．注意事项 ‎(1)实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触．‎ ‎(2)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下．‎ ‎(3)坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点．‎ 例3　(2017·浙江4月学考·17)在“研究平抛运动”实验中．‎ 图6‎ ‎(1)图6是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________．‎ A．球心 B．球的上端 C．球的下端 在此实验中，下列说法正确的是________．(多选)‎ A．斜槽轨道必须光滑 B．记录的点应适当多一些 C．用光滑曲线把所有的点连接起来 D．y轴的方向根据重锤线确定 ‎(2)图7是利用图5装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________．‎ 图7‎ A．释放小球时初速度不为0‎ B．释放小球的初始位置不同 C．斜槽末端切线不水平 ‎(3)如图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是________．‎ 答案　(1)B　BD　(2)C　(3)B 解析　(1)由于横挡条处记录小球位置时标注点为小球最高点，因此，所画平抛运动轨迹均上移一个小球半径，坐标原点应为斜槽末端小球的最上端，选项B正确．实验过程中，斜槽轨道不一定光滑，只要能够保证小球从同一位置由静止释放，使离开斜槽末端的速度相同即可，所以选项A错误．记录的点适当多一些，便于通过这些点作平滑曲线，选项B正确，C错误．y轴必须沿竖直方向，即用重锤线确定，选项D正确．‎ ‎(2)由题图可知斜槽末端切线不水平，变成斜抛运动，故选C.‎ ‎(3)插入瓶中的竖直管与大气相通，为外界大气压强，竖直管在水面下使得竖直管上端出口处的压强与外界气压相等，目的就是为了保证水流流速不因瓶内水面下降而减小，能保证一段时间内得到稳定的细水柱，选项B正确．‎ 例4　(2018·浙江4月学考·17(3))图8是小球做平抛运动的频闪照片，其上覆盖了一张透明方格纸．已知方格纸每小格的边长均为0.80 cm.由图可知小球的初速度大小为________ m/s(结果保留两位有效数字)．‎ 图8‎ 答案　0.70(0.66～0.74均可)‎ 解析　水平方向：3.5L＝v0t 竖直方向：y2－y1＝2L＝gt2‎ 联立解得v0＝0.70 m/s ‎1．如图9所示，小孙同学用力传感器A和B做“探究作用力与反作用力的关系”实验，当用A匀速拉动固定在滑块上的B时(　　)‎ 图9‎ A．A对应示数比B大 B．B对应示数比A大 C．A和B对应示数有时不相等 D．A和B对应示数任何时刻都相等 答案　D 解析　根据牛顿第三定律，A对B的作用力和B对A的作用力是作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，故A和B对应示数任何时刻都相等，故D正确．‎ ‎2．(2017·台州市9月学考测试)在“探究求合力的方法”实验中，手中只有一个弹簧秤、橡皮筋、木板、白纸和图钉，为了完成此实验．‎ ‎　‎ 图10‎ ‎(1)在图10甲所示的器材中还需要选取________和________．‎ ‎(2)图乙是小明同学用弹簧测力计测细绳拉力的两次操作，更合理的是________．(填“A”或“B”)‎ ‎(3)图丙中弹簧秤的示数为________N.‎ 答案　(1)三角板　细绳套　(2)B　(3)2.00‎ ‎3．(2017·绍兴学考模拟)在研究平抛运动的实验中，‎ ‎(1)研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差________．(多选)‎ A．使用密度大、体积小的钢球 B．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦 C．实验时，让小钢球每次都从同一高度由静止开始滚下 D．使斜槽末端切线保持水平 ‎(2)为使小钢球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线水平，检查方法是__________________________________．‎ ‎(3)小钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用________来确定的．‎ ‎(4)某同学在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小钢球做平抛运动的起点位置O，A为小钢球运动一段时间后的位置，根据图11求出小钢球做平抛运动的初速度为________m/s(g取10 m/s2)．‎ 图11‎ 答案　(1)ACD　(2)水平时小钢球处于平衡，放在槽口能静止不动　(3)重锤线　(4)2.0‎ 解析　(1)研究平抛运动时，小钢球体积越小，所受空气阻力越小，并且记录小钢球通过的位置越准确，A正确；小钢球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小钢球的初速度不变，与钢球和斜槽间的摩擦无关，B错误，C正确；实验时必须使斜槽末端的切线水平，以确保小钢球水平飞出做平抛运动，D正确．‎ ‎(4)由题图可知AB、BC间的竖直距离 yAB＝15 cm＝0.15 m，yBC＝25 cm＝0.25 m 因为xAB＝xBC＝0.20 m，所以小钢球从A运动到B的时间和从B运动到C的时间相同，设此时间为t.‎ 据yBC－yAB＝gt2得 t＝ ＝ s＝0.10 s 又因为xAB＝v0t 所以v0＝＝ m/s＝2.0 m/s.‎ ‎1.用如图1所示装置做“研究平拋运动”实验时，为保证小球从斜槽末端水平拋出，应(　　)‎ 图1‎ A．减小斜槽的粗糙程度 B．使斜槽末端切线水平 C．每次由静止释放小球 D．每次从同一位置释放小球 答案　B ‎2．用如图2所示装置做“研究平抛运动”实验时(　　)‎ 图2‎ A．用重垂线确定y轴方向 B．用眼睛观察斜槽末端切线是否水平 C．用重垂线判断斜槽末端切线是否水平 D．每次从轨道上不同位置释放小球 答案　A 解析　重力方向竖直向下，应用重垂线确定y轴方向，故A正确；将小球放在斜槽末端，观察小球是否静止来判断斜槽末端切线是否水平，B、C项错误；为保证各点在同一条抛物线上，每次抛出时小球的初速度必须相同，故每次从轨道上同一位置由静止释放小球，D项错误．‎ ‎3．(2015·浙江10月学考·17)(1)如图所示，在“探究求合力的方法”实验中，下列器材中必须要用的是________．(多选)‎ ‎(2)下列两个学生实验中，必须要测量质量、时间和位移的是________．‎ A．用打点计时器测速度 B．探究加速度与力、质量的关系 答案　(1)BD　(2)B 解析　(1)在“探究求合力的方法”实验中，需要用弹簧测力计测量合力与分力的大小和方向，需要用刻度尺进行作图分析，故选B、D；(2)用打点计时器测速度的实验中，是利用v＝计算速度的，所以不需要测质量；而探究加速度与力、质量的关系实验中，加速度要用a＝计算，还要研究在力F一定的情况下a与m的关系，所以需要测质量、时间和位移，故选B.‎ ‎4．“用传感器探究作用力和反作用力的关系”实验如图3甲所示，图乙是计算机屏幕显示的两个传感器的钩子之间的相互作用力随时间变化的关系，据图可知，两钩子之间的相互作用力________．‎ ‎ ‎ 图3‎ A．大小相等 B．方向相同 C．大小有时相等，有时不相等 D．方向有时相同，有时不相同 答案　A 解析　由图象的对称性可知，两钩子间的相互作用力大小相等、方向相反，A正确．‎ ‎5．(2017·绍兴市选考模拟)研究平抛运动的实验装置如图4所示．‎ 图4‎ ‎(1)实验时，每次须将小球从轨道________(填字母)．‎ A．同一位置释放 B．不同位置无初速度释放 C．同一位置无初速度释放 ‎(2)上述操作的目的是使小球每次抛出后________(填字母)．‎ A．只受重力 B．轨迹重合 C．做平抛运动 D．速度小些，便于确定位置 ‎(3)实验中已测出小球半径为r，则小球做平抛运动的坐标原点位置应是________(填字母)．‎ A．斜槽末端O点 B．斜槽末端O点正上方r处 C．斜槽末端O点正前方r处 D．斜槽末端O点正上方r处在竖直木板上的投影点 答案　(1)C　(2)B　(3)D 解析　(1)实验时，每次应将小球从轨道同一位置无初速度释放，故C正确．‎ ‎(2)将小球从轨道同一位置无初速度释放，使小球抛出后有相同的初速度，因此轨迹会重合，故B正确．‎ ‎(3)小球对应的球心位置在槽口O点上方r处，故平抛运动的坐标原点位置为斜槽末端O点正上方r处在竖直木木板上的投影点，D正确．‎ ‎6．(2018·稽阳市联谊学校联考)在“研究平抛运动”实验中，利用钢球在斜槽轨道上由静止开始滚下，做平抛运动，记录运动轨迹上的一个位置，经过多次操作得到钢球所经过的多个位置，连起来得到钢球做平抛运动的轨迹．‎ ‎(1)下列说法正确的是________．(多选)‎ A．斜槽末端必须水平 B．斜槽轨道可以不光滑 C．钢球每次可以从轨道上不同位置滚下 ‎(2)某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置，如图5所示，在水平桌面上放置一个斜面，钢球滚过桌边后便做平抛运动．他把桌子搬到墙的附近，使从水平桌面上滚下的钢球能打到墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录钢球的落点．现测得钢球直径为D，某次实验桌子边缘到墙的距离为x，钢球的落点到桌面的距离为H，重力加速度为g，则此次实验钢球平抛的水平位移为________，竖直位移为________．‎ 图5‎ 答案　(1)AB　(2)x－　H＋ 解析　(1)在“研究平抛运动”实验中，斜槽末端必须水平，保证钢球抛出后做平抛运动，所以A选项正确；为了保证每次钢球做平抛运动的初速度相等，每次让钢球从轨道的同一位置由静止释放，但斜槽不一定要光滑，故B正确，C错误．‎ ‎(2)钢球自身大小不能忽略，根据实验操作、运动轨迹，结合题中数据可以知道，钢球此次实验平抛的水平位移为x－、竖直位移为H＋.‎ ‎7．(2018·名校协作体3月选考)(1)下列器材中，实验“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“用自由落体运动验证机械能守恒定律”都需要用到的实验器材是________．(多选)‎ ‎(2)小刘同学在做“探究求合力的方法”实验时：‎ ‎①以下实验操作正确的是________．‎ ‎②以下为该同学在作平行四边形时的某一瞬间(直尺固定)，其中正确的操作是________．‎ ‎③本实验采用的实验思想是________．‎ A．控制变量法　　　B．等效替代法　　　C．放大法 答案　(1)BD　(2)①C　②C　③B ‎8．(2018·宁波市期末)在“探究求合力的方法”的实验中 ‎(1)下列相关说法正确的是________．(多选)‎ A．拉橡皮条的两条细绳必须等长 B．标记同一细绳方向的两点要远些 C．两个分力的夹角要尽量小些 D．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板 ‎(2)如图6甲所示，是某同学做“探究求合力的方法”的实验．弹簧秤a的示数如图乙所示，其读数是________N，若弹簧秤b的读数为4.00 N；单独用一个弹簧秤拉橡皮条到同一结点O时的拉力为5.10 N，且各个力的方向已经记录在白纸上(如图丙所示)，请作出弹簧秤b拉力的图示．‎ 图6‎ ‎(3)若已正确画出上述三个力的图示，为了得到合力与分力的关系，还要如何处理？‎ 答案　(1)BD　(2)3.00　如图所示　(3)为了得到合力与分力的关系，还要以Fa、Fa为邻边作平行四边形，在图丙中通过平行四边形作图作出合力F′，再与用一个弹簧秤拉橡皮条时的拉力比较即可 ‎9．(2018·绍兴市期末)利用如图7甲所示装置“研究平抛物体的运动”．‎ 图7‎ ‎(1)下列做法能够减小实验误差的有________．(多选)‎ A．使用密度大、体积小的钢球 B．使斜槽末端切线水平 C．减小斜槽与钢球之间的摩擦 D．均以小球的最高点标注轨迹 ‎(2)小亮同学将白纸换成方格纸，每个小方格的边长L＝5 cm，通过实验，记录了小球在运动过程中的三个位置，如图乙所示，则小球做平抛运动的初速度为________ m/s.(g取10 m/s2)‎ 答案　(1)AB　(2)1.5‎ 解析　(2)由题图可知，小球由A→B和由B→C所用的时间相等，且有Δy＝gt2，‎ Δy＝2L＝10 cm，‎ 代入解得t＝0.1 s，‎ x＝3L＝v0t，代入得：v0＝1.5 m/s.‎