高考物理大二轮总复习与增分策略专题十必考力学实验二

高考物理大二轮总复习与增分策略专题十必考力学实验二

专题十 必考 力学实验（二） 考纲解读 实验名称 考试属性 说明 必考 加试 5.探究作用力与反作用力的关系 √ 1.不要求对研究平抛运动进行实 验误差分析． 2．不要求对验证机械能守恒定律 进行定量分析实验误差. 6.研究平抛运动 √ 7.探究做功与物体速度变化的关系 √ 8.验证机械能守恒定律 √ 探究作用力与反作用力的关系 1．用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 如图 1 甲所示，任取 A、B 两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B 固定，A 用手拉着．弹簧测力 计 A 受到 B 的拉力 FBA，弹簧测力计 B 受到 A 的拉力 FAB.读出此时两个弹簧测力计的示数 FA 和 FB，比较 FA 和 FB 的大小和方向． 如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B 连接一块木块，A 用手拉着．探究在水平方向运 动时，FA 和 FB 的大小和方向．将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究． 图 1 2．用力传感器探究作用力与反作用力的关系 如图 2 所示，用两只力传感器钩住对拉．从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图线中读出 不同时刻两只力传感器间的相互作用力 FA 和 FB，比较 FA 和 FB 的大小和方向． 图 2 3．实验结论 作用力与反作用力作用在两个物体上，大小相等、方向相反，同时产生，同时消失，性质相 同．作用力与反作用力之间的关系与运动状态无关． 4．注意事项 (1)使用弹簧测力计前，应先调节零刻度． (2)弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上． (3)实际的弹簧测力计往往存在一定的误差，发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见” 也不能“武断定论”． (4)将弹簧测力计 A 和 B 分别与弹簧测力计 C 互拉，通过与 C 的示数比较确定两弹簧测力计拉 力是否相等，是一种“等效替代”的方法． (5)同一实验步骤中，小泡沫塑料位置必须保持不变． (6)用力传感器进行实验时，也需要调零． (7)用力传感器对拉时要使作用力在同一直线上． 例 1 (2015·浙江 9 月选考科目试题)在“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 3 甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是 ________，纵坐标代表的物理量是________． 图 3 (2)(多选)由图乙可得到的实验结论是( ) 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 变式题组 1．如图 4 所示，将两弹簧测力计 a、b 连接在一起，当用力缓慢拉 a 弹簧测力计时，发现不 管拉力 F 多大，a、b 两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明( ) 图 4 A．这是两只完全相同的弹簧测力计 B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比 C．作用力与反作用力大小相等、方向相反 D．力是改变物体运动状态的原因 答案 C 解析 a、b 两弹簧测力计的示数分别显示 b 弹簧的拉力和 a 弹簧的拉力，这是一对作用力与 反作用力，根据牛顿第三定律得知，它们的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等、 方向相反，与弹簧测力计无关，故两只弹簧测力计不一定完全相同．故 A 错误，C 正确；此 实验不能说明弹力的大小与弹簧的形变量成正比．故 B 错误；弹簧测力计的运动没有改变， 故此实验不能说明力是改变物体运动状态的原因．故 D 错误． 研究平抛运动 1．实验目的 (1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹． (2)用实验轨迹求解平抛物体的初速度． 2．实验原理 使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某 一点的坐标 x 和 y，由公式：x＝v0t 和 y＝1 2 gt2，可得 v0＝x g 2y . 3．实验器材(以斜槽法为例) 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺． 4．实验步骤 (1)按图 5 甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好静止)． 图 5 (2)以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点 O，过 O 点画出竖直的 y 轴和水平的 x 轴． (3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动 中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点． (4)将白纸从木板上取下，从 O 点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示． 5．实验注意事项 (1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平． (2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要 用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直． (3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板． (4)要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达 右下角，这样可以减小测量误差． (5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点． (6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算． 6．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上 各点的坐标具有 y＝ax2 的关系，且同一轨迹上 a 是一个特定的值． (2)验证方法 方法一：代入法 用刻度尺测量几个点的 x、y 坐标，分别代入 y＝ax2 中求出常数 a，看计算得到的 a 值在误差 范围内是否为一常数． 方法二：图象法 建立 y－x2 坐标系，根据所测量的各个点的 x、y 坐标值分别计算出对应 y 值的 x2 值，在 y－ x2 坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为 a 值． 7．计算平抛运动的初速度 (1)平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移 x 及竖直位移 y，就可求出初速度 v0.因 x＝ v0t，y＝1 2 gt2，故 v0＝x g 2y . (2)平抛轨迹残缺(即无抛出点) 如图 6 所示，在轨迹上任取三点 A、B、C，使 A、B 间及 B、C 间的水平距离相等，由平抛运 动的规律可知，A、B 间与 B、C 间所用时间相等，设为 t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2. 所以 t＝ hBC－hAB g ，所以初速度 v0＝x t ＝x g hBC－hAB . 图 6 例 2 某校科技活动开展了关于平抛运动的研究学习． (1)学习小组甲为了探究影响平抛运动水平射程的因素，某同学通过改变抛出点的高度及初速 度的方法做了 6 次实验，实验数据记录如下表. 序号 抛出点的高度(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若探究水平射程与初速度的关系，可用表中序号为________的三组实验数据进行分析． ②若探究水平射程与高度的关系，可用表中序号为________的三组实验数据进行分析． (2)学习小组乙在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背 景照相，拍摄到了如图 7 所示的照片，已知每个小方格边长为 9.8 cm，当地的重力加速度为 g＝9.8 m/s2. 图 7 ①若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位 置坐标为________． ②小球平抛的初速度大小为________． 答案 (1)①1、2、3 ②1、4、6 (2)①(58.8 cm,58.8 cm) ②1.96 m/s 解析 (1)①探究影响平抛运动水平射程的因素时，若探究水平射程和初速度的关系应保持抛 出点高度不变，可用 1、2、3 的三组数据；②若探究水平射程和高度的关系，应保持初速度 不变，可用表中序号为 1、4、6 的三组实验数据． (2)①根据平抛运动的特点，水平方向的坐标为 3×2×9.8 cm＝58.8 cm，竖直方向 y＝(1＋2 ＋3)×9.8 cm＝58.8 cm，故没有被拍摄到的小球位置坐标为(58.8 cm,58.8 cm)；②由Δh ＝gt2，得 t＝ 9.8×10－2 9.8 s＝0.1 s，v0＝x t ＝2×9.8×10－2 0.1 m/s＝1.96 m/s. 变式题组 2．在“研究平抛运动”的实验中，小希同学采用如图 8 所示的装置来获得平抛运动的轨迹． 图 8 (1)为得到一条轨迹，需多次释放小球，每次释放小球的位置________(填“相同”或“任 意”)． (2)为了测得小球离开斜槽末端时的速度，该同学需测量的物理量是________． A．小球的质量 B．小球下落的时间 C．斜槽末端距落点间的水平距离和竖直高度 D．斜槽末端距释放点间的水平距离和竖直高度 答案 (1)相同 (2)C 解析 (1)本实验要通过多次重复平抛小球来记录轨迹，所以每次的轨迹必须相同，因此要求 每次将小球从轨道同一位置无初速度释放；(2)根据平抛运动规律，水平方向 x＝v0t，竖直方 向 h＝1 2 gt2，解得小球离开斜槽末端时的速度 v0＝x g 2h ，故需要测量的物理量是斜槽末端 距落点间的水平距离 x 和竖直高度 h，选项 C 正确． 探究做功与物体速度变化的关系 实验方案一 1．实验原理 图 9 重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重 物所受的重力当作小车受到的牵引力．如图 9 所示． 改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的 功与小车获得的速度间的关系． 2．实验器材 小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、天平、打点计时器、纸带、刻度尺等． 3．实验步骤 (1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡摩擦力． (2)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和 钩码． (3)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源． (4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作． 4．注意事项 (1)实验前必须首先平衡摩擦力． (2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力，这时钩码重力才近似等于小车所受的合外 力． 5．数据处理 (1)小车受到的合外力 F：大小近似等于所挂钩码的重力 mg，故用天平测出钩码的质量 m 可求 F≈mg. (2)通过纸带测小车的位移 l. (3)求出合力对小车做的功 W＝Fl＝mgl. (4)通过纸带求出对应位移 l 时，小车获得的速度 v＝xn＋xn＋1 2T . 6．结论 研究 W 与 v 的关系，发现合力对小车做的功 W 与小车速度的平方成正比，即满足 W∝v2. 实验方案二 1．实验原理(如图 10 所示) 图 10 (1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离 x——做功为 W. (2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离 x——做功应为 2W. (3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离 x——做功应为 3W. (4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化 的关系． 2．实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、刻度尺、铁钉等． 3．实验步骤 (1)垫高木板的一端，平衡摩擦力． (2)拉伸的橡皮筋对小车做功： ①用一条橡皮筋拉小车——做功 W. ②用两条橡皮筋拉小车——做功 2W. ③用三条橡皮筋拉小车——做功 3W. (3)测出每次做功后小车获得的速度． (4)分别用各次实验测得的 v 和 W 绘制 W－v 或 W－v2、W－v3、……图象，直到明确得出 W 和 v 的关系． 4．注意事项 (1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由 打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的 倾角． (2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分． (3)橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具 体数值． (4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些． 5．实验探究的技巧与方法 (1)不直接计算 W 和 v 的数值，而只是看第 2 次、第 3 次……实验中的 W 和 v 是第 1 次的多少 倍，简化数据的测量和处理． (2)做 W－v 图象，或 W－v2、W－v3 图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线． 6．实验结论 物体速度 v 与外力做功 W 间的关系：W 与 v2 成正比． 例 3 如图 11 所示是某研究性学习小组做探究做功与物体速度变化的关系的实验，图中是 小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做的功记为 W.当我 们把 2 条、3 条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次……实验时，每次橡皮 筋都拉伸到同一位置释放．小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出． 图 11 (1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有____________________________； (2)平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度， 应选用纸带的________部分进行测量； (3)下面是本实验的数据记录表，请将第 2 次、第 3 次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的 位置； 橡皮筋做 的功 Wn 10 个间 距的距 离 x(m) 10 个间 距的时 间 T(s) 小车获 得的速 度 vn 小车速 度的平 方 v2 n 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)从理论上讲，橡皮筋做的功 Wn 和物体速度 vn 变化的关系应是 Wn∝________，请你根据表 中测定的数据在如图 12 所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性． 图 12 答案 (1)刻度尺 (2)点距均匀 (3)2W 3W 4W 5W (4)v2 n 见解析图 解析 (1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺． (2)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀． (3)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加 W. (4)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑 曲线连线作出 v2 n－Wn 图象，如图所示． 变式题组 3．某学习小组在“探究功与速度变化的关系”的实验中采用了如图 13 甲所示的实验装置． 图 13 (1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是 ________． (2)如图乙所示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝________cm；实验时，将橡皮条挂在滑块 的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定．现测得挂一根 橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为Δt，则滑块最后匀速运动的速度表达式 为 v＝________(用字母表示)． (3)逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度．则画出的 W －v2 图象应是________． 答案 (1)将滑块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动(将滑块置于气垫导轨上，看轻推是否匀 速运动) (2)0.55 Δd Δt (3)一条过原点的直线 解析 (1)将滑块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动(将滑块置于气垫导轨上，看轻推是否匀 速运动)；(2)游标尺零刻度线对应的主尺上整数部分为 5 mm，游标尺第 10 条刻度线与主尺 某刻度线对齐，10×0.05 mm＝0.5 mm，故读数为 5.5 mm＝0.55 cm.光电门测量的是运动物 体遮光时间内的平均速度，因为遮光条较窄，所以可看作测量的是瞬时速度，所以 v＝Δd Δt ； (3)由动能定理有 W＝1 2 mv2，画出的 W－v2 图象是一条过原点的直线． 验证机械能守恒定律 1．实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者 相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律． 图 14 2．实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根．(如图 14 所示) 3．实验步骤 (1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连． (2)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物 自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5 条)纸带． (3)选纸带：分两种情况说明 ①若选第 1 点 O 到下落到某一点的过程，即用 mgh＝1 2 mv2 来验证，应选点迹清晰，且 1、2 两 点间距离小于或接近 2 mm 的纸带． ②用 1 2 mv2 B－1 2 mv2 A＝mgΔh 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点， 这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否小于或接近 2 mm 就无关紧要了． 4．数据处理 方法一：利用起始点和第 n 点计算 代入 mghn 和 1 2 mv2 n，如果在实验误差允许的范围内，mghn 和 1 2 mv 2 n相等，则验证了机械能守恒定 律． 方法二：任取两点计算 (1)任取两点 A、B，测出 hAB，算出 mghAB. (2)算出 1 2 mv2 B－1 2 mv 2 A的值． (3)在实验误差允许的范围内，若 mghAB＝1 2 mv2 B－1 2 mv2 A，则验证了机械能守恒定律． 方法三：图象法 从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度 h，并计算各点速度的平方 v2， 然后以 1 2 v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据作出 1 2 v2－h 图线．若在实验误差允许的范围 内图线是一条过原点且斜率为 g 的直线，则验证了机械能守恒定律． 5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒． 6．误差分析 (1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从 O 点量起，一次将各打点对应下 落高度测量完，二是多测几次取平均值． (2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝1 2 mv 2 n必定 稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力． 7．注意事项 (1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以 减少摩擦阻力． (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． (3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落． (4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 vn＝dn＋1－dn－1 2T ，不能用 vn＝ 2gdn或 vn＝ gt 来计算． 图 15 例 4 如图 15 所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁 架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题： (1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材是________． A．米尺 B．秒表 C．直流电源 D．交流电源 (2)下面列举了该实验的几个操作步骤，其中操作不当的一个步骤是________． A．用天平测出重锤的质量 B．按照图示的装置安装器件 C．先释放纸带，后接通电源 D．测量纸带上某些点间的距离 (3)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续 的五个点 A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图 16 所示．使用交流电的频率为 f，则计 算重锤下落的加速度的表达式为 a＝________(用 x1、x2、x3、x4 及 f 表示)． 图 16 答案 (1)AD (2)C (3) x3＋x4－x1－x2 f2 4 解析 (1)为完成此实验，还需要测量长度的工具米尺，电磁打点计时器需要交流电源． (2)操作不当的是先释放纸带，后接通电源． (3)由Δx＝aT2 可得，a＝ x3＋x4－x1－x2 f2 4 . 变式题组 4．(2016·4 月浙江选考模拟·17)(1)在下列学生实验中，需要用到打点计时器的实验有 ________(填字母)． A．“探究求合力的方法” B．“探究加速度与力、质量的关系” C．“探究做功与物体速度变化的关系” D．“探究作用力与反作用力的关系” (2)做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必 须选取的器材是图中的________(填字母)． 某同学在实验过程中，①在重物的正下方地面铺海绵；②调整打点计时器的两个限位孔连线 为竖直；③重复多次实验．以上操作可减小实验误差的是________(填序号)． 答案 (1)BC (2)BD ②③ 解析 (1)A 需要弹簧秤、刻度尺；D 与打点计时器无关． (2)需要 B 重物，刻度尺 D 测量下落距离；②为了减少摩擦带来的影响；③可以减少偶然误差． 5．用如图 17 甲所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验，打点计时器接在频率为 f 的交 流电源上，从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图乙所示，从第一个点 O 开始 选取纸带上打出的 5 个连续的点 O、A、B、C、D，各点距起始点 O 的距离分别为 x1、x2、x3、 x4，已知重锤的质量为 m，当地的重力加速度为 g，则从打下起始点 O 到打下 C 点的过程中， 重锤重力势能减少量的表达式为________，重锤动能增加量的表达式为________．(均用题中 所给字母表达) 图 17 答案 mgx3 1 8 m(x4－x2)2f2 解析 从 O 到 C 的过程中重锤减少的重力势能ΔEp＝mgx3，C 点速度 vC＝x4－x2 2T ，周期 T＝1 f ，C 的动能ΔEk＝1 2 mv 2 C ＝1 8 m(x4－x2)2f2. 1．如图 1 所示，利用弹簧测力计探究作用力与反作用力关系的实验中． 图 1 (1)关于实验以下说法正确的是________． A．若滑块静止不动，则弹簧测力计 A 对 B 的拉力与 B 对 A 的拉力大小相等 B．若滑块做匀速直线运动，则弹簧测力计 A 对 B 的拉力与 B 对 A 的拉力大小相等 C．若滑块做匀加速直线运动，则弹簧测力计 A 对 B 的拉力与 B 对 A 的拉力大小不相等 D．若滑块做变加速直线运动，则弹簧测力计 A 对 B 的拉力与 B 对 A 的拉力大小不相等 (2)在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料的作用是________． A．为了增大指针受到的阻力 B．可以帮助我们记录下指针示数的最大值 C．防止指针与弹簧测力计外壳间的摩擦 D．防止测的力超过弹簧测力计的测量范围 答案 (1)AB (2)B 解析 (1)弹簧测力计 A 对 B 的拉力与 B 对 A 的拉力大小关系与运动状态无关，作用力与反作 用力总是大小相等，故选项 A、B 正确．(2)在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料，可 以做成带“记忆功能”的弹簧测力计，在实验中泡沫塑料停在拉力最大的位置上，方便我们 记录指针示数，故选项 B 正确． 2．如图 2 所示，在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验器材需要的是( ) 图 2 A．停表 B．量角器 C．打点计时器 D．弹簧 答案 C 3．(2015·浙江理综·21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究 加速度与力、质量的关系”实验． 图 3 (1)图 3 中 A、B、C、D、E 表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材________；乙同学 需在图中选用的器材________．(用字母表示) 图 4 (2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图 4 所示的两条纸带①和②.纸带 ________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小为________． 答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2 解析 (1)验证机械能守恒定律时，让重物拉着纸带通过打点计时器运动，故需要选择重锤 A 和打点计时器 B，探究加速度与力、质量的关系实验时，让钩码牵着小车拉着纸带通过打点 计时器运动，故需要选择钩码 E、打点计时器 B 和小车 D；(2)由Δx＝aT2 得连续相等时间的 位移差越大，加速度越大，故①的加速度大，代入得加速度大小为 2.5 m/s2. 4．(2015·温州八校联考)在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量 m＝1 kg 的重物自 由下落，在纸带上打出一系列的点，如图 5 所示(相邻计数点时间间隔为 0.02 s)，那么： 图 5 (1)纸带的________(用字母表示)端与重物相连； (2)打点计时器打下计数点 B 时，物体的速度 vB＝________；(保留 2 位有效数字) (3)从起点 P 到打下计数点 B 的过程中物体的重力势能减少量ΔEp＝________，此过程中物体 动能的增加量ΔEk＝________；(g 取 9.8 m/s2，保留 2 位有效数字) (4) 通 过 计 算 ， 数 值 上 ΔEp________( 填 “<”“>” 或 “ ＝ ”)ΔEk ， 这 是 因 为 ______________________． 答案 (1)P (2)0.98 m/s (3)0.49 J 0.48 J (4)> 有机械能损失 解析 (1)本题借助自由落体运动来进行实验的，故在纸带上点距会逐渐增大，因此纸带 P 端与重物相连； (2)根据匀变速直线运动的推论 vB＝AC 2T ＝7.06－3.14 2×0.02 ×10－2 m/s＝0.98 m/s；(3)从起点 P 到 打下计数点 B 的过程中物体的重力势能减少量ΔEp＝mgh≈0.49 J；物体动能的增加量ΔEk＝ 1 2 mv2 B≈0.48 J；(4)因为在下落过程中受到阻力的作用，由动能定理可得 mgh－Wf＝ΔEk，而 ΔEp＝mgh，联立可知ΔEp>ΔEk. 5．两个同学根据不同的实验条件，进行了“研究平抛运动”的实验： 图 6 (1)甲同学采用如图 6 甲所示的装置．用小锤击打弹性金属片，使 A 球沿水平方向弹出，同时 B 球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变 A 球被弹出时 的速度，两球仍然同时落地，这说明________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)乙同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道 M、N，分别用于发射小铁球 P、Q， 其中 N 的末端可看做与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁 C、D；调节电磁铁 C、 D 的高度使 AC＝BD，从而保证小铁球 P、Q 在轨道出口处的水平初速度 v0 相等，现将小铁球 P、 Q 分别吸在电磁铁 C、D 上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度 v0 分别从轨道 M、 N 的末端射出．实验可观察到的现象应是________________．仅仅改变弧形轨道 M 的高度， 重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明_________________． 答案 (1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动 (2)P 球击中 Q 球 平抛运动的物 体在水平方向上做匀速直线运动 解析 (1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明平抛运动的物体在竖直方向上做自 由落体运动． (2)两球在水平轨道上相遇，水平方向上运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直 线运动． 图 7 6．在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度． (1)实验简要步骤如下： A．如图 7 所示，安装好器材，注意斜槽末端水平和木板竖直，记下斜槽末端 O 点和过 O 点的 竖直线，检测斜槽末端水平的方法是______________________________________ ________________________________________________________________________. B．让小球多次从________(“同一”或者“不同”)位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系 列位置． C．测出曲线上某点的坐标 x、y，(当地重力加速度 g 已知)用 v0＝__________算出该小球的 平抛初速度，实验需要对多个点求 v0 的值，然后求它们的平均值． D．取下白纸，以 O 为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹 (2)研究平抛运动，下面说法正确的是( ) A．使用密度大、体积小的小球 B．必须测出平抛小球的质量 C．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行 D．尽量减小小球与斜槽之间的摩擦 答案 (1)让小球置于槽口任一位置，小球均不发生滚动 同一 x g 2y (2)AC 解析 (1)A 项中根据平衡，若 FN＝G，小球不会滚动，此时 FN 竖直向上，说明末端水平．B 项中要记下小球运动途中经过一系列位置，不可能在一次平抛中完成．每次平抛只能确定一 个位置，要确定多个位置，要求小球每次的轨迹都重合，故小球平抛时的初速度必须相同， 小球每次都从同一位置滚下．C 项中，由 x＝v0t 及 y＝1 2 gt2 得：v0＝x g 2y . (2)研究平抛运动，一是尽量减小小球运动中空气阻力的影响，二是准确地描绘出小球的轨迹， 故 A、C 正确． 7．在“探究做功与速度变化的关系”实验中，常用的两种实验方案如图 8 所示：甲通过重物 提供牵引力，小车在牵引力作用下运动，用打点计时器测量小车的速度，定量计算牵引力所 做的功，进而探究牵引力所做功与小车速度的关系；乙通过在不同条数橡皮筋的作用下使小 车运动，用打点计时器测量小车的速度，进而探究橡皮筋对小车所做功与其速度的关系． 图 8 (1)针对这两种实验方案，下列说法正确的是________． A．甲、乙两种方案均需测定功的具体数值 B．甲中小车受恒力作用，而乙中小车受变力作用 C．甲可以只对一条纸带研究，而乙必须对多条纸带研究 D．甲需要平衡小车运动中受到的阻力，而乙不需要平衡阻力 (2)某同学在实验中打出的一条纸带如图 9 所示，0、1、2、……、7 为连续打出的点，电源 频率为 50 Hz.根据这条纸带，可以判断他在实验中采用的方案是________(填“甲”或 “乙”)，实验中小车在外力作用下最终获得的速度为________m/s. 图 9 答案 (1)BC (2)乙 1.75 解析 (1)甲方案需要测出功的具体数值，乙方案中各条橡皮筋做功相等，因此不需要测出功 的具体数值，选项 A 错误；甲方案中小车做匀加速运动，小车所受的力为恒力，乙方案中橡 皮筋的长度是变化的，小车所受的力为变力，选项 B 正确；甲实验方案可根据打下的一条纸 带，用匀变速直线运动的推论求得速度，并能根据纸带测量出重物下落的距离，即可进行探 究，乙实验方案中，当改变拉力做功时，用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮 筋对小车做的功才有倍数关系，所以必须打足够多条纸带才能研究，选项 C 正确；在两个实 验中，小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力， 则都要用重力的下滑分量来平衡摩擦力，使得拉力做的功等于合外力对小车做的功，故 D 错 误．(2)在甲实验中，小车做匀加速直线运动，根据推论Δx＝aT2，在连续相等时间内位移应 均匀增大；在乙实验中，小车先做变加速运动，在失去外力后做匀速直线运动．由纸带上的 数据看出，此小车最后做匀速运动，故他在实验中采用的方案是乙．小车获得的最终速度 v ＝x t ＝0.035 0 m＋0.034 9 m＋0.035 1 m 3×0.02 s ＝1.75 m/s. 8．某学习小组做“探究做功与物体速度变化的关系”的实验，如图 10 所示，图中小车是在 一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为 W.当用 2 条、3 条……完 全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次……实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保 持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算． 图 10 (1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直 流”)电源． (2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确 的是( ) A．放开小车，能够自由下滑即可 B．放开小车，能够匀速下滑即可 C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可 (3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的 状态与小车所在的位置，下列说法正确的是( ) A．橡皮筋处于原长状态 B．橡皮筋仍处于伸长状态 C．小车在两个铁钉的连线处 D．小车已过两个铁钉的连线 (4)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选 用纸带的________部分进行测量(根据如图 11 所示的纸带回答)． 图 11 答案 (1)交流 (2)D (3)B (4)GJ 解析 (1)打点计时器使用的是交流电源． (2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可， D 正确． (3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时， 小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，小车没过两个铁钉的连线，B 正确，A、C、D 错误． (4)从纸带上看，纸带的 GJ 段打点比较均匀，所以应选用纸带的 GJ 段进行测量．