【物理】2019届二轮复习第1讲　力学实验学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习第1讲　力学实验学案（全国通用）

第1讲　力学实验 网络构建 ‎[规律方法]‎ 纸带的三大应用 ‎(1)由纸带确定时间 ‎(2)求瞬时速度 如图所示，打n点时的速度vn＝。‎ ‎(3)用“逐差法”求加速度 如图所示，有连续的偶数段数据：‎ a＝ ‎　读数类实验 ‎【典例1】 (2018·全国卷Ⅰ，22)如图1(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。‎ 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________ N/m(保留3位有效数字)。‎ 图1‎ 解析　实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm＋15×0.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm。托盘中放有质量为m＝0.100 kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8 N＝0.980 N，弹簧伸长量为x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm，根据胡克定律F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝＝53.7 N/m。‎ 答案　3.775　53.7‎ ‎【典例2】 某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图2所示，则工件的长度为________ mm；用螺旋 测微器测量工件的直径如图3所示，则工件的直径为________ mm。‎ 解析　根据游标卡尺读数规则可知工件的长度为21 mm＋0.02 mm×36＝21.72 mm；根据螺旋测微器读数规则可知工件的直径为4 mm＋0.01 mm×30.0＝4.300 mm。‎ 答案　21.72　4.300‎ 测量仪器读数的两点注意 ‎(1)需要估读的仪器(关键是确定好最小分度)：刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧测力计。‎ ‎(2)不需要估读的仪器：游标卡尺、电阻箱、欧姆表(刻度不均匀，可不估读或按半刻度估读)。‎ ‎1.某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图4甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和________ mm。‎ 图4‎ 解析　直尺的最小刻度为0.1 cm，因此读数应为60.08 cm，游标卡尺是50分度，精确到0.02 mm，因此读数为4.20 mm。‎ 答案　60.08　4.20‎ ‎2.(1)如图5甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________ mm、________ mm、________ mm。‎ 图5‎ ‎(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图6所示，则金属丝的直径是________ mm。‎ 图6‎ 解析　(1)甲图读数：整毫米数是17 mm，不足1毫米数是2×0.1 mm＝0.2 mm，最后读数是17 mm＋0.2 mm＝17.2 mm；乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后读数是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm；丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是19×0.02 mm＝0.38 mm，最后读数是10 mm＋0.38 mm＝10.38 mm。‎ ‎(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0×0.01 mm，最后的读数是2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。‎ 答案　(1)17.2　23.35　10.38　(2)2.150‎ ‎　“纸带类”实验 ‎【典例】 (2017·全国卷Ⅰ，22)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7(a)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(b)记录了桌面上连续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)‎ 图7‎ ‎(1)由图(b)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(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2。(结果均保留2位有效数字)‎ 解析　(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动。‎ ‎(2)已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为Δt＝ s＝ s，所以A点位置的速度为vA＝ m/s＝0.19 m/s。根据逐差法可求加速度大小a＝，解得a＝0.037 m/s2。‎ 答案　(1)从右向左　(2)0.19　 0.037‎ ‎1.如图8所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。‎ 图8‎ ‎(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________。‎ A.重物选用质量和密度较大的金属 B.两限位孔在同一竖直面内上下对齐 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物 ‎(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图9所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。‎ 图9‎ A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度 ‎(3)该实验小组想要测量出物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。他们利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。‎ A.用刻度尺测出重物下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v0‎ B.用刻度尺测出重物下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度 C.根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出该点的瞬时速度，并通过计算得出高度h D.用刻度尺测出重物下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v0‎ 以上方案中只有一种正确，正确的是________。(填入相应的字母)‎ 解析　(1)重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故选项A正确；两限位孔在同一竖直面内上下对齐，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故选项B正确；验证机械能守恒定律的原理是：mgh＝mv eq oal(2,2)－mv，重物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，故选项C错误；用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故选项D错误。‎ ‎(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v1＝0，但求不出OF之间的距离h，故选项A错误；由BC和CD的长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v1＝0，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打B、C、F三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误。‎ ‎(3)不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的。‎ 答案　(1)AB　(2)BC　(3)D ‎2.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组用如图10甲所示的实验装置进行实验，重物通过滑轮用细绳拉小车，在小车和重物之间接一个轻质微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，滑轮左侧细绳与轨道平行，实验中力传感器的示数为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图乙所示。‎ 图10‎ ‎(1)图乙中的a－F图线不过原点，表明实验之前缺少的一个必要步骤是____________________________________________________________________。　　　　‎ ‎(2)本实验是否需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量？________(填“是”或“否”)，原因是__________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(3)若某同学做该实验时，没有选用位移传感器和力传感器，只是把重物用细绳绕过定滑轮与小车相连，实验获得的a－F图线仍是图乙。所挂重物越重，细绳拉小车的力将越大，结合会使a－F图线不断延伸，如图丙所示，预测延伸后半部分的图线将会是________(填“①”“②”或“③”)。‎ 解析　(1)刚开始力传感器示数为零，小车保持静止，说明实验前小车在轨道上运动时，没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。‎ ‎(2)不需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量，因为小车所受合外力可以通过力传感器直接读出。‎ ‎(3)由牛顿第二定律知小车的加速度大小a＝＝mg－，随着m增大，a－F图线的斜率k＝变小，故应选①。‎ 答案　(1)平衡摩擦力　(2)否　小车所受合外力可以通过力传感器直接读出　(3)①‎ ‎　“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验 ‎【典例】 (2017·全国卷Ⅲ，22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图11(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N。‎ ‎ (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。‎ ‎(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ 图11‎ ‎(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。‎ 解析　(1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N ‎(2)(ⅰ)画出力F1、F2的图示，如图所示 ‎(ⅱ)用刻度尺量出F合的线段长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为tan α≈0.05。‎ 答案　(1)4.0 N　(2)(ⅰ)见解析 　(ⅱ)4.0　0.05‎ ‎1.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”‎ 图12‎ 的实验中，某同学先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺刻度，然后将不同数量的相同的钩码依次悬挂在竖直弹簧下端，并记录好相应读数。‎ ‎(1)某次测量如图12所示，指针所指刻度尺读数为________cm。‎ ‎(2)该同学在实验过程中，发现挂前3个钩码时，钩码重力与对应的弹簧伸长量基本成正比关系，但当挂上第4个钩码时，弹簧突然向下伸长很多，和前3组数据对比，明显不再成正比关系，产生这种情况的原因是____________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(3)更换新的同种弹簧后进一步探究，在挂上第3个钩码后，在弹簧伸长过程中钩码的机械能将________，弹簧的弹性势能将________。(填“增加”“不变”或“减少”)‎ 解析　(1)刻度尺的最小分度值为1 mm，所以读数为14.16 cm。‎ ‎(2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律。‎ ‎(3)弹簧伸长，在不超过其弹性限度时，其弹性势能增加，而钩码下降，弹力做负功，机械能减少。‎ 答案　(1)14.16(14.13～14.17均可)　(2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律 ‎(3)减少　增加 ‎2.某同学用如图13所示的装置通过半径相同的A、B两球(mA>mB)的碰撞来验证动量守恒定律，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图13中O点 是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹如图14所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐。‎ ‎(1)碰撞后B球的水平射程应取为________ cm；‎ ‎(2)在以下选项，哪些是本次实验必须进行的测量？________(填选项序号)‎ A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B.A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C.测量A球或B球的直径 D.测量A球和B球的质量(或两球质量之比)‎ E.测量水平槽面相对于O点的高度 ‎(3)实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是(　　)‎ A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小 B.释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确 C.释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小 D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小 解析　(1)如题图所示，用尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是65.7 cm。‎ ‎(2)小球做平抛运动时飞行时间相同，所以可以用水平位移的大小关系表示速度的大小关系。实验中要测量的数据有：两小球的质量m1、m2，三个落点到O点的距离x1、x2、x。所以选项A、B、D正确。‎ ‎(3)入射小球的释放点越高，入射小球碰前速度越大，相碰时内力越大，阻力影响越小，可以较好地满足动量守恒的条件，有利于减小误差，故选项C正确。‎ 答案　(1)65.7　(2)ABD　(3)C ‎　力学创新实验 ‎1.力学创新型实验的特点 ‎(1)以基本的力学实验模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。‎ ‎(2)将实验的基本方法——控制变量法、处理数据的基本方法——图象法、逐差法融入到实验的综合分析之中。‎ ‎2.创新实验题的解法 ‎(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案。‎ ‎(2)进行实验，记录数据。应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。‎ ‎【典例】 (2018·全国卷Ⅱ，23)某同学用图15(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。‎ 砝码的质量m/kg ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ 滑动摩擦力f/N ‎2.15‎ ‎2.36‎ ‎2.55‎ f4‎ ‎2.93‎ 图15‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)f4＝________ N；‎ ‎(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f－m图线；‎ ‎(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝____________，f－m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；‎ ‎(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝________。(保留2位有效数字)‎ 解析　(1)对弹簧秤进行读数得2.75 N。‎ ‎(2)在图象上添加(0.05 kg，2.15 N)、(0.20 kg，2.75 N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答案图所示。‎ ‎(3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，f－m图线的斜率为k＝μg。‎ ‎(4)根据图象求出k＝3.9 N/kg，代入数据μ＝0.40。‎ 答案　(1)2.75　(2)如图所示 ‎(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40‎ ‎1.某学习小组利用图16甲所示的装置进行“探究合力一定时，加速度与质量的关系”实验，图中大的定滑轮可绕水平轴转动，绕过定滑轮的轻绳两端分别系有钩码和弹簧测力计，弹簧测力计下端挂装有细砂的小桶。实验的主要步骤如下：‎ ‎①用螺旋测微器测量A处金属片的厚度d，其示数如图乙所示。‎ ‎②用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数为F0。‎ 图16‎ ‎③释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F1，记下金属片通过光电门的遮光时间t1。‎ ‎④钩码下方再挂一个钩码，用手控制钩码，调整金属片的位置仍在A处静止不动，释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F2，记下金属片通过光电门的遮光时间t2。‎ ‎⑤重复步骤④，进行多次实验。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)d＝________mm。‎ ‎(2)不需要测量下列哪些物理量，也能完成本实验：________。‎ A.金属片与光电门间的高度差h B.钩码的总质量M C.弹簧测力计、金属片、砂和小桶的总质量m ‎(3)若用F表示钩码释放后弹簧测力计的示数，则能正确反映“合力一定时，加速度与质量的关系”的是________。‎ 解析　(1)d＝2.5 mm＋0.01 mm×11.2＝2.612 mm。‎ ‎(2)用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数F0＝mg；释放钩码后，F－mg＝ma，v2＝2ah，v＝，解得F－F0＝·，即只要验证(F－F0)与成正比即可，不需要测量h、M、m。‎ ‎(3)(F－F0)与成正比，只有选项D正确。‎ 答案　(1)2.612　(2)ABC　(3)D ‎2.‎ 某学习兴趣小组的同学在探究功与速度变化的关系时，设计了如图17所示的实验，实验步骤如下：‎ 图17‎ A.将长木板置于水平桌面；‎ B.在一薄木板上标出A、B、C、D、E、F点，使AB＝BC＝CD＝DE＝EF，然后将薄木板倾斜放置于长木板上并固定，形成斜面，斜面的A点与长木板接触；‎ C.将物块分别从斜面上B、C、D、E、F各点由静止释放，并分别记下物块在长木板上停止的位置A1、A2、A3、A4、A5；‎ D.用刻度尺测量出各停止的位置点与A点间的距离x1、x2、x3、x4、x5。‎ ‎(1)本实验中释放物块时是否需要平衡物块与薄木板之间的摩擦力？________(填“是”或“否”)。‎ ‎(2)关于本实验，下列说法正确的是________。‎ A.实验中探究的是物块在斜面上合力做的功与物块在斜面上运动速度改变的关系 B.实验中探究的是物块在水平长木板上合力做的功与物块在水平长木板上运动速度改变的关系 C.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数必须相同 D.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数不必相同 ‎(3)将测量数据记录在表格中：‎ 释放点 B C D E F 滑行距离x/cm ‎2.98‎ ‎6.02‎ ‎9.04‎ ‎12.02‎ ‎15.02‎ 由表格中数据得到的结论为___________________________________________。‎ 解析　物块在固定斜面上下滑时，沿斜面向下受到重力的分力与摩擦力，二者的合力为恒力，下滑距离加倍时，合力做功加倍。物块在水平长木板上做匀减速运动，直到停止，由v2＝2ax得，v2与x 成正比，实验中探究物块在斜面上合力做的功与速度变化的关系，可转变为探究物块在斜面上合力做的功与物块在长木板上滑行距离的关系。‎ ‎(1)实验中物块沿斜面加速下滑受到恒力作用，故不需要平衡摩擦力。‎ ‎(2)本实验的目的是探究物块在斜面上加速运动时合力做功与速度变化的关系，选项A正确；斜面与物块间的动摩擦因数和水平长木板与物块间的动摩擦因数不需要相等，选项D正确。‎ ‎(3)物块从B点释放到运动至斜面底端，合力做功为W，则从C、D、E、F点释放，物块运动到斜面底端，合力做功为2W、3W、4W、5W，由题表中数据可得物块从C、D、E、F点释放后，在水平长木板上滑行的距离为2x1、3x1、4x1、5x1，可见物块在斜面上下滑时合力做的功与物块在水平长木板上滑行的距离成正比，由v2＝2ax得，v2与x成正比，则物块在斜面上下滑时，合力所做的功与物块在斜面上滑行时速度平方的变化成正比。‎ 答案　(1)否　(2)AD　(3)在误差允许的范围内，合力所做的功与物块速度平方的变化成正比 高考实验题答题策略①——做到一“明”、二“看”、‎ 三“提取”　又快又准破解实验题 ‎1.明——明确考查的知识范围 现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识。尽管题目千变万化，但通过仔细审题，都能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图。‎ ‎2.看——看清实验题图 实验题一般配有相应的示意图、实物图，目的是告知实验仪器(或部分)及其组装情况，让考生探究考查意图。认识这些器材在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程。‎ ‎3.提取——提取信息 试题总是提供诸多信息再现实验情景，因此，解答时必须捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解。一般需要关注如下信息：‎ ‎(1)新的概念、规律、公式 一些新颖的非常规实验题、陌生的新知识(概念公式)应用题、新规律验证题，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务。‎ ‎(2)新的表格数据 通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系。如正比例、反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可以直观反映实验的某种规律。‎ ‎(3)新的物理图象 实验题本身提供物理图象，但这些图象平时没有接触过，关键要明确图象的物理意义，才能正确分析实验问题。‎ ‎【例】 (2018·北京理综，21)用图18所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。‎ 主要实验步骤如下：‎ a.安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。‎ b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图19中A、B、C、D、E、F……所示。‎ c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……‎ d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图20所示。‎ 结合上述实验步骤，请你完成下列任务：‎ ‎(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有________和________(填选项前的字母)。‎ A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码)‎ ‎(2)在图20中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v－t图象。‎ ‎(3)观察v－t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________________________________________，v－t图象斜率的物理意义是___________________________________________________________________。‎ ‎(4)描绘v－t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)。‎ ‎(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图21所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。‎ 解析　(1)打点计时器使用的是低压交流电源，故选A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)。‎ ‎(2)先标出计数点C对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上。‎ ‎(3)依据v－t图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；v－t图象斜率的物理意义是加速度。‎ ‎(4)表示的是Δt内的平均速度，只有当Δt趋近于零时，才表示瞬时速度。因此若用表示各计数点的瞬时速度，对Δt的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的Δx越大，Δx的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差有关。‎ ‎(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x＝t，故推出x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ 答案　(1)A　C　(2)如图所示 ‎(3)小车的速度随时间均匀变化　加速度　(4)越小越好　有关　(5)如果小球的初速度为0，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。‎ 课时跟踪训练 ‎1.(1)如图1甲是用游标卡尺测量某金属圆筒外径时的示数，可读出该圆筒外径为________ cm。‎ ‎(2)如图乙是用螺旋测微器测量某金属棒直径时的示数，可读出该金属棒直径为________ mm。‎ 图1‎ 解析　(1)游标卡尺主尺读数为24 mm，50分度游标卡尺的精确度为0.02 mm，游标尺第49条刻度线与主尺刻度线对齐，所以该圆筒外径测量值为24 mm＋0.02×49 mm＝24.98 mm＝2.498 cm。‎ ‎(2)螺旋测微器固定刻度部分读数为2.5 mm，可动刻度部分最小分度值为0.01 mm，可动刻度部分读数为32.3×0.01 mm＝0.323 mm，因此金属棒的直径测量值为2.823 mm。‎ 答案　(1)2.498　(2)2.823(2.822～2.824均对)‎ ‎2.一个学习小组利用平抛运动的闪光照片验证机械能守恒定律，他们利用频闪照相装置得到了一个小球做平抛运动的照片，如图2所示为小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图中背景方格的边长均为5 cm，闪光频率为10 Hz，O位置为平抛运动的起点。(所有计算结果均保留3位有效数字)‎ ‎(1)利用闪光照片可以求得小球做平抛运动的初速度大小为________ m/s。‎ ‎(2)利用闪光照片可以求得小球经过B点时的竖直分速度大小为________ m/s。‎ ‎(3)若小球的质量为0.1 kg，重力加速度取9.88 m/s2，小球从O点到B点重力势能的减少量为________ J，动能的增加量为________ J，得出的结论是____________________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ 图2‎ 解析　(1)小球在相邻两点间运动时间均为0.1 s，水平位移为0.10 m，则由v＝ 得小球做平抛运动的初速度大小为1.00 m/s；‎ ‎(2)小球在B点处的竖直分速度vBy＝＝2.00 m/s；‎ ‎(3)小球从O点到B点重力势能减少量为mgyOB＝0.198 J，动能的增加量为mv－mv＝0.200 J，得出的结论是在误差允许范围内，小球做平抛运动时重力势能减少量等于动能的增加量，机械能守恒。‎ 答案　(1)1.00　(2)2.00　(3)0.198　0.200　结论见解析 ‎3.如图3(a)由小车、斜面及粗糙程度可以改变的水平长直木板构成伽利略理想斜面实验装置。实验时，在水平长直木板旁边放上刻度尺，小车可以从斜面平稳地滑行到水平长直平面。利用该装置与器材，完成能体现如图(b)“伽利略理想斜面实验思想与方法”的实验推论(设重力加速度为g)。‎ 图3‎ ‎(1)请指出，实验时必须控制的实验条件__________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(2)请表述，由实验现象可以得出的实验推论：___________________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ ‎(3)图(c)是每隔Δt时间曝光一次得到小车在粗糙水平面上运动过程中的五张照片，测得小车之间的距离分别是s1、s2、s3、s4，由此可估算出小车与水平面间的动摩擦因数μ＝____________(需要用s1、s2、s3、s4、g、Δt字符表示)。‎ 解析　(1)根据伽利略“理想实验”‎ 的内容与原理可知，需要小车到达水平面时的速度是相同的，所以在实验的过程中要求小车从同一位置静止释放。‎ ‎(2)根据实验的情况，可以得出的结论为水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远。‎ ‎(3)小车在水平面内做匀变速直线运动，结合匀变速直线运动的推论，则a＝，根据牛顿第二定律可知a＝＝μg，所以小车与水平面间的动摩擦因数μ＝。‎ 答案　(1)小车从同一位置静止释放 ‎(2)水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远 ‎(3) ‎4.一实验小组用气垫导轨验证滑块碰撞过程中的动量守恒，实验装置如图4所示。‎ 图4‎ ‎(1)实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨________；充气后，当滑块在导轨上能________运动时，说明气垫导轨已经调节好。‎ ‎(2)实验时，先使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳，然后释放滑块1，滑块1通过光电门1后与右侧固定有弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；实验中需要测量滑块1(包括挡光片)的质量m1、滑块2(包括弹簧和挡光片)的质量m2、滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1、通过光电门2的挡光时间Δt2，还需要测量____________、____________。(写出物理量及其表示符号)‎ ‎(3)如果表达式____________成立，则说明滑块碰撞过程中动量守恒。(用物理量的符号表示)‎ 解析　(1)实验时，应调节气垫导轨底部的旋钮，使导轨水平，当滑块在导轨上能匀速运动时，说明气垫导轨已经调节好。‎ ‎(2)实验时，需要测量两个滑块的质量以及滑块1碰前、碰后的速率与滑块2碰后的速率，所以还需要测量滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3，以及挡光片的宽度d。‎ ‎(3)碰前动量为m1，碰后动量为m1＋m2，则表达式为m1＝m1＋m2。‎ 答案　(1)水平　匀速　(2)滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3　挡光片的宽度d　(3)m1＝m1＋m2 ‎5.某探究小组利用如图5甲所示的实验装置探究加速度与质量的关系。首先平衡小车所受的摩擦力，保持砂和砂桶的质量一定。接通电源，释放小车。多次改变小车的质量，利用位移传感器测出对应的位移x并描绘x－t图象。‎ ‎(1)图乙为小车质量M＝0.4 kg时位移传感器记录下描绘的x－t图象。由图象可知，此时小车的加速度a＝________ m/s2。‎ ‎(2)该小组根据数据作出了加速度a的倒数和小车质量M的图象(－M)如图丙，图丙中图线没有过原点，小组讨论后认为图线确实不应该过原点。请用所学知识分析，图丙中c＝________，利用题中信息求出实验中砂和砂桶的质量m＝________ kg。(结果保留1位有效数字，当地重力加速度g＝10 m/s2)‎ 图5‎ 解析　(1)释放后小车做初速度为零的匀加速直线运动，x＝(0.74－0.10) m＝0.64 m，t＝(2.2－1.4) s＝0.8 s，由x＝ at2，可得a＝2 m/s2。‎ ‎(2)a和M的关系反映小车与砂和砂桶的运动，即mg－F′＝ma，F＝Ma，F′＝F，得＝＋M，则c＝＝0.1 s2/m；由题图丙可求斜率＝1 s2·m－1·kg－1，则m＝0.1 kg。‎ 答案　(1)2　(2)0.1 s2/m　0.1‎ ‎6.实验小组做“验证力的平行四边形定则”实验，发现实验用的橡皮筋老化，经实验小组讨论，采用如下的实验方案。‎ 图6‎ ‎(1)先用一个弹簧测力计测量钩码的重力，如图6所示，则钩码的重力为________ N。‎ ‎(2)把三根较长的细线l1、l2、l3一端连接在一起，结点记为O，细线l3另一端系在钩码上，用两个弹簧测力计分别勾住细线l1、l2的另一端，其中弹簧测力计A悬挂于固定点P(P点钉在固定的竖直木板上)，手持另一弹簧测力计B缓慢地向左拉，使结点O静止在某位置，如图7所示。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录_________________________________________。‎ 图7‎ ‎(3)在白纸上按一定标度作出弹簧测力计拉力F1、F2的图示和l3上拉力F的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________________，则力的平行四边形定则得到验证。‎ ‎(4)实验小组对他们的实验方案有以下几点认识，其中正确的是________。‎ A.进行多次实验时，每次都要使O点静止在同一位置 B.进行多次实验时，每次都要使弹簧测力计B保持水平状态 C.在实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线 D.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 解析　(1)由题图甲可知，弹簧测力计的分度值为0.2 N，其示数为3.6 N。‎ ‎(2)本实验验证力的平行四边形定则的实验原理：拉力F1、F2合力的理论值与细线l3的拉力的实际值对比，合力的理论值和l3的拉力是作用在同一点，要使用作图法，所以需要记录结点O的位置、两弹簧测力计拉力的方向和细线l3拉力的方向。‎ ‎(3)对比F1、F2的合力F′的图示和l3上拉力F的图示，如果在误差允许的范围内F′大小与F相等，方向相反，则力的平行四边形定则得到验证。‎ ‎(4)改变拉力的大小，进行多次实验时，只要系统处于平衡状态，两弹簧测力计拉力的合力F′与F(等于物体的重力)等大反向即可，因此结点O不需要每次实验都静止在同一位置，选项A错误；进行多次实验时，只要两弹簧测力计间的夹角合适即可，弹簧测力计B不需要每次都保持水平状态，选项B错误；在实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线，才能准确读数和记录拉力的方向，选项C正确；在同一次实验中，画力的图示必须选定相同的标度，才可以比较F′与F，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些以减少作图带来的误差，选项D正确。‎ 答案　(1)3.6　(2)结点O的位置、两弹簧测力计拉力的方向及细线l3拉力的方向　(3)在误差允许的范围内F′与F大小相等，方向相反　(4)CD ‎7.某研究学习小组的同学欲以图8所示装置中的小车为对象探究动能定理。‎ 图8‎ ‎(1)下列器材中一定需要的有________。‎ A.天平 B.刻度尺 C.6 V直流电源 D.秒表 ‎(2)实验时为了保证质量为M的小车受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等，砂和砂桶的总质量m应满足的实验条件是________________，实验时首先要做的步骤是________________。‎ ‎(3)在(2)的基础上，某同学测得小车的质量M，往砂桶中装入适量的细砂，测得砂和砂桶的总质量m。让砂桶带动小车加速运动，用打点计时器记录小车的运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和打这两点时小车的速度大小v1与v2(v1

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