2022届高考物理二轮复习 第一部分 专题整合 专题六 物理实验 第1讲 力学实验专项训练

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2022届高考物理二轮复习 第一部分 专题整合 专题六 物理实验 第1讲 力学实验专项训练考点一基本仪器的使用、误差、有效数字一、长度测量类仪器1游标卡尺的读数游标尺(mm)精度(mm)测量结果(游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时)(mm)刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02n2.螺旋测微器的读数测量值固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数(含估读)0.01 mm。二、时间测量类仪器1打点计时器计时器种类工作电源电压打点间隔电磁打点计时器交流50 Hz,4 V6 V0.02 s电火花计时器交流50 Hz,220 V0.02 s2.频闪照相机其作用和处理方法与打点计时器类似,它是用等时间间隔获取图像的信息的方法,将物体在不同时刻的位置记录下来,使用时要明确频闪的时间间隔。三、误差与有效数字1系统误差:由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小。2偶然误差:由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差。偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小。偶然误差可用多次测量求平均值的方法来减小。3有效数字:带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一个不为零的数字算起,如0.012 5为三位有效数字,中学阶段一般取2位或3位有效数字。【题组突破】1某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图611甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为_cm和_cm。图611解析直尺的最小刻度为0.1 cm,因此读数应为60.10 cm,图乙采用50分度游标卡尺,其精确度为0.02 mm,因此读数为4.0 mm100.02 mm4.20 mm0.420 cm。答案60.100.4202(2018台州二模)一同学为测定某种硬金属的电阻率,先用伏安法测出一小段由这种材料做成的圆柱形金属丝的电阻为R ,然后用游标卡尺和螺旋测微器分别测定该金属丝的长度和直径,示数如图612甲、乙所示。由图可知游标卡尺的示数为_mm,螺旋测微器的示数为_mm,则这种金属的电阻率为_m(最后一空保留两位有效数字)。图612解析游标卡尺的主尺读数为:11 mm,游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为40.1 mm0.4 mm,所以最终读数为:11 mm0.4 mm11.4 mm。螺旋测微器固定刻度读数:0.5 mm,可动刻度读数:0.01 mm42.00.420 mm,得:d0.5 mm0.420 mm0.920 mm(0.9190.921都正确)。由电阻定律得:R金属丝的横截面积:Sd2则有:解得:1.0103 m。答案11.40.9201.11033一同学用游标卡尺测一根金属管的深度时,游标卡尺上的游标尺和主尺的相对位置如图613甲所示,则这根金属管的深度是_cm;该同学又利用螺旋测微器测量一金属板的厚度为5.702 mm,则图乙中可动刻度a、b处的数字分别是_、_。图613解析图中游标卡尺主尺读数为10 mm,20分度游标尺精确度为0.05 mm,游标尺上第12条刻度线与主尺对齐,故游标尺读数为110.05 mm0.55 mm,所以金属管深度为10.55 mm1.055 cm。螺旋测微器固定刻度部分读数为5.5 mm,可动刻度最小分度值为0.01 mm,可动刻度部分读数应为20.20.01,因此a处数字应为20,b处数字为25。答案1.0552025规律总结游标卡尺、螺旋测微器的读数方法1游标卡尺的读数方法:由主尺读出整毫米数l0,从游标卡尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n,则测量值(mm)(l0n精确度)mm。注意:游标卡尺的精确度一般为游标卡尺上总刻数的倒数。游标卡尺不需要估读。2螺旋测微器的读数方法:测量值(mm)固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)0.01 mm。考点二“纸带类”问题的处理纸带的三大应用(1)由纸带确定时间要区别打点计时器(打点周期为0.02 s)打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系,若每五个点取一个计数点,则计数点间的时间间隔t0.025 s0.10 s。(2)求解瞬时速度利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图614甲所示,第n点的瞬时速度vn。图614(3)用“逐差法”求加速度如图乙所示,因为a1,a2,a3,所以a。【题组突破】1(2018山西重点中学协作体联考)某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带如图615所示,他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点,在这点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明D,第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清,他只测得AC长为14.56 cm,CD长为11.15 cm,DE长为13.73 cm。图615(1)为了探究匀变速直线运动的规律,该同学所取的计时点个数_(填字母序号)。A偏少B偏多C合适(2)若小车是做匀变速直线运动,由该同学所测的实验数据,请你帮他求出:打C点时小车的瞬时速度vC_m/s,小车的加速度a_m/s2,AB的距离应为_cm,打A点时小车的瞬时速度vA_m/s。(计算结果保留三位有效数字)解析(1)本实验根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可以求出加速度的大小,应多取一些数据,根据逐差法求出加速度,再求平均值,而该同学只取两组数据,计数点偏少,故A正确;(2)由题可知相邻的计数点间的时间间隔T0.1 s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,得vC m/s0.986 m/s,由于AC间的时间间隔t0.2 s,CE间的时间间隔也为t0.2 s,根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可以求出加速度的大小,xCExACxat2,a2.58 m/s2;根据匀变速直线运动的推论公式xmxn(mn)aT2,xDExCDx2.58 cm,xCDxAB2x,所以xABxCD2x5.99 cm;根据匀变速直线运动速度时间公式得:vCvA2aT,解得vA(0.9860.22.58) m/s0.470 m/s。答案(1)A(2)0.9862.585.990.4702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。(1)图616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器材_。(用字母表示)图616(2)乙同学在实验室选齐所需器材后,经正确操作获得如图617所示的两条纸带和。纸带_的加速度大(填“”或“”),其加速度大小为_。图617解析(1)采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验时,需要下落的重物A和计时用的打点计时器B;做“探究加速度与力、质量的关系”实验,需要研究对象小车D,拉动小车的钩码E及计时用的打点计时器B。(2)纸带的加速度大小为a1 m/s22.5 m/s2,纸带的加速度大小为a2 m/s21.25 m/s2。因此纸带的加速度大,大小为2.5 m/s2。答案(1)ABBDE(2)2.5 m/s2(2.32.7 m/s2均可)3(2016全国卷)某同学用图618甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz,打出纸带的一部分如图618乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他条件进行推算。图618(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图乙中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为_,打出C点时重物下落的速度大小为_,重物下落的加速度大小为_;(2)已测得s18.89 cm,s29.50 cm,s310.10 cm;当地重力加速度大小为9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_Hz。解析(1)两点间时间间隔为T,vB,同理vC,根据公式s3s12aT2,得重物下落的加速度的大小为a。(2)据mg0.01mgma和a,代入数据可得f40 Hz。答案(1)(2)40考点三“橡皮条、弹簧类”实验(2018全国卷)某同学用图619(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,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。(a)砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93图619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fm图线;(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f_,fm图线(直线)的斜率的表达式为k_;(4)取g9.80 m/s2,由绘出的fm图线求得_。(保留2位有效数字)解析本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的计算及分析图像的能力。(1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 N。(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上,不在线上的点应均匀分布在线的两侧。(3)以木块和砝码为研究对象,整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力f(Mm)g,整理得fmgMg,故fm图线的斜线kg。(4)由图知k3.9 N/kg,故0.40。答案(1)2.75(2)如图所示(3)(Mm)gg(4)0.40【对应训练】(2018天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。(1)具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议, 其中正确的是_。A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同C使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只有一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图6110所示。其中对于提高实验精度最有利的是_。图6110解析本题考查“验证力的平行四边形定则”实验。(1)橡皮条的弹力方向不需要在两绳套夹角的角平分线上,选项A错误;重复实验,结点O的位置与上次实验无关,可以不同,选项B正确;使用测力计时,为避免弹簧与外壳的摩擦,要求施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视线应正对测力计刻度,选项C正确;拉力小于弹簧测力计的量程即可,选项D错误。(2)“验证力的平行四边形定则”实验中,在不超测力计量程的前提下,拉力应尽量大些;确定拉力方向时,所描点应与O点的距离大些;两绳套夹角不能过大或过小;作图示时,所选标度越小,精度越高。综上所述,应选B。答案(1)BC(2)B考点四用图像法处理数据图像法处理数据的要求1作图一定要用坐标纸,坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。2要标明坐标轴名、单位,在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。3图上的连线不一定通过所有的数据点,应尽量使数据点合理地分布在线的两侧。4作图时常通过选取适当的坐标轴使图像线性化,即“变曲为直”。5有些时候,为了使坐标纸有效使用范围增大,坐标原点可以不从“0”开始。现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图6111所示:水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上的B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A、B两点间的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度,完成下列填空和作图:图6111(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_,动能的增加量可表示为_。若在运动过程中机械能守恒,与s的关系式为_。(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值,结果如下表所示:12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104 s2)1.481.952.412.923.39以s为横坐标,为纵坐标,在如图6112位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直线的斜率k_104 m1s2。(保留3位有效数字)图6112由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出s直线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在实验误差允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律。解析(1)当滑块运动到B点时下降高度设为h,此时砝码上升的高度为s,由几何关系可知h,故系统减少的重力势能为EpMghmgsgs由于系统从静止开始运动,运动至B点时的速度vB故动能的增加量Ek(Mm)v由EpEk可解得s。(2)描点及作直线见图。在图中直线上取相距较远的两点,读出两点坐标,由k可得k2.36104 m1s2。答案(1)(2)图见解析(3)2.36(2.302.60均可)【题组突破】1(2018北京理综)用图6113所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。图6113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(t0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图6114中A、B、C、D、E、F所示。图6114c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、v5d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6115所示。图6115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6115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vt图像。(3)观察vt图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是_。vt图像斜率的物理意义是_。(4)描绘vt图像前,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t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x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6116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。图6116解析本题考查研究匀变速直线运动规律的实验。(1)打点计时器所用电源为50 Hz的交流电源,测量各计数点间距离需用刻度尺。(2)图见答案。(3)因为小车的速度随时间均匀变化,所以小车做匀加速直线运动。由匀加速直线运动中速度vv0at,可知vt图像斜率的物理意义是加速度。(4),若用表示瞬时速度,t越小越好,而选取的x大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小。(5)设v00,vat,而xat2,故可通过位移随时间的变化情况,判断速度随时间的变化情况。答案(1)AC(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vt,那么它通过的位移xt,xt2。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。2利用如图6117甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系的实验”。所用的钩码每只的质量为30 g。实验中,先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将4个钩码逐个加挂在弹簧下端,每次挂完钩码待弹簧稳定后依次测出相应的弹簧总长度,并将数据填在下表中。弹力始终未超过弹性限度,取g10 m/s2,试完成下列问题:记录数据组12345钩码总质量(g)0306090120弹簧总长(cm)6.007.118.209.3110.40图6117(1)请在如图乙所示坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系的图像。(2)由图像乙求得该弹簧的劲度系数k_N/m。(保留两位有效数字)(3)某同学直接利用表中的实验数据,作出了如图丙所示的钩码质量m跟弹簧总长度x之间的函数关系的图像,那么该图像斜率所表示的物理意义是_。解析(1)弹簧受的拉力为钩码的重力,每次实验弹簧所受到的拉力F如下表所示:记录数据组12345钩码总质量(g)0306090120弹簧所受的拉力F/N0.00.30.60.91.2弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图像见答案。(2)根据图像的物理意义可知,弹簧的劲度系数k等于Fx关系图像的斜率,为求直线的斜率,可在直线上取两个距离较远的点,如(8.0,0.56)和(10.0,1.12),故k N/cm0.28 N/cm28 N/cm。(3)根据胡克定律有mgkx,所以该图像斜率的物理意义是:弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值。答案(1)如图所示(2)28(3)弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值考点五力学创新实验1创新型实验的特点(1)以基本的力学模型为载体,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像法、逐差法,融入到实验的综合分析之中。2创新型实验的解法(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的。(2)应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行分析。(2017全国卷)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6118甲所示。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,图乙记录了桌面上连续的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6118(1)由图乙可知,小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为_ m/s,加速度大小为_ m/s2。(结果均保留两位有效数字)解题探究(1)根据桌面上“水滴”的间距逐渐减小,判断小车的运动方向。(2)匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。解析(1)轻推小车后,小车在桌面上做减速运动,桌面上“水滴”的间距应逐渐减小,小车的运动方向是从右向左。(2)相邻两水滴的时间间隔为t s s,小车运动到A位置的速度大小为vA m/s0.187 5 m/s0.19 m/s;小车运动的加速度大小为a0.038 m/s2答案(1)从右向左(2)0.190.038【题组突破】1(2018安徽联盟)在“验证牛顿运动定律”的实验中,某物理兴趣小组利用如图6119甲所示的装置进行实验。图6119(1)用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示,则宽度d_cm。(2)接通气源,调节气垫导轨水平,让滑块从不同位置由静止释放,记录挡光片通过光电门的挡光时间t,测出释放点到光电门的间距为s,以s为纵轴,为横轴作图,得到的图像是一条过原点的倾斜直线,且斜率为k,则滑块的加速度a_(用d、k表示)。(3)若以测得的滑块加速度a为纵轴,所挂钩码的重力代替拉力F,作出如图丙中图线1。为了减小误差,该兴趣小组将一个力传感器安装在滑块上(传感器的质量可忽略不计),从力传感器中得出拉力F,作出aF图像是图丙中的图线_(填“2”或“3”)。解析(1)游标卡尺读数为:0.9 cm80.005 cm0.940 cm;(2)滑块做匀加速直线运动,有2asv2,又v,可得s,已知斜率为k,可得a;(3)因钩码及滑块做加速运动,可知细线的拉力应比钩码的重力小,而用传感器测出的是滑块所受的实际的拉力,此时aF图像应为图线2。答案(1)0.940(2)(3)22.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失),某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球,按下述步骤做实验:图6120用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2,且m1m2。按照如图6120所示的那样,安装好实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的切线水平。将一斜面BC连接在斜槽末端。先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置。将小球m2放在斜槽末端点B处,让小球m1从斜槽顶端A处滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,到B点的距离分别为LD、LE、LF。根据该同学的实验,回答下列问题:(1)小球m1与m2发生碰撞后,m1的落点是图中的_点,m2的落点是图中的_点。(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式_,则说明碰撞中动量是守恒的。(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式_,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。解析(1)小球的落点位置跟平抛运动的初速度大小有关,碰后,小球m1的速度较小,m2的速度较大,所以m1的落点是图中的D点,m2的落点是图中的F点。(2)设碰前小球m1的速度为v0,碰撞后m1的速度为v1,m2的速度为v2,根据动量守恒定律,它们应该满足关系式m1v0m1v1m2v2。设斜面倾角为,根据平抛运动的规律有tan ,所以vt,而t,所以v。本题中,要验证m1v0m1v1m2v2成立,只需要验证m1m1m2成立。(3)要验证两个小球的碰撞是弹性碰撞,即要再验证m1vm1vm2v成立,而平抛运动时的初速度v,所以v2L,故需要再满足关系式m1LEm1LDm2LF。答案(1)DF(2)m1m1m2(3)m1LEm1LDm2LF一、计算题1(2018全国卷)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下:(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端,让木尺自然下垂乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处,但未碰到尺),准备用手指夹住下落的尺。(2)甲在不通知乙的情况下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1,重力加速度大小为g,则乙的反应时间为_(用L、L1和g表示)。(3)已知当地的重力加速度大小为g9.8 m/s2,L30.0 cm,L110.4 cm.乙的反应时间为_s。(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:_。解析根据题述,在乙的反应时间t内,尺子下落高度hLL1,由自由落体运动规律可知,hgt2,解得t。代入数据得t0.20 s。答案(2)(3)0.20(4)多次测量取平均值;初始时乙的手指尽可能接近尺子(答出一条即可)2(2017全国卷)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。图6121实验步骤如下:如图(a),将光电门固定在斜面下端附近:将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t;用s表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示),表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小,求出;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中的位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤利用实验中得到的数据作出t图,如图(c)所示(c)完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与vA、a和t的关系式为_。(2)由图(c)可求得vA_cm/s,a_cm/s2。(结果保留三位有效数字)解析(1)由于滑块做匀变速运动,在挡光片通过光电门的过程中,由运动学公式得tvAta(t)2,则vAat。(2)由vAat结合题图(c)可知,图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA,将图线延长与纵轴相交,得vA52.1 cm/s,图线的斜率等于a,即a cm/s2,求得a16.4 cm/s2。答案(1)vAt(2)52.116.43(2016全国卷)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图6122所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图6122(1)实验中涉及下列操作步骤;把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_。(填入代表步骤的序号)(2)图6123中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s。比较两纸带可知,_(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图6123解析(1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩,测量弹簧的压缩量,然后把纸带向左拉直,再接通打点计时器电源,等打点稳定后,再松手释放物块,使其向右滑动,因此步骤为。(2)由于物块离开弹簧时的速度最大,因此M纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为v1.29 m/s。由于弹簧压缩量越大,弹性势能越大,因此推开物块后,弹簧弹性势能转化成物块的动能越多,物块离开弹簧后获得的速度越大,打的点间距越大,因此M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。答案(1)(2)1.29M4(2017全国卷)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6124(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F14.2 N和F25.6 N。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6124F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)由测力计的读数规则可知,读数为4.0 N。(2)利用平行四边形定则作图;由图可知F合4.0 N,从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线,顶点的横坐标对应长度为1 mm,顶点的纵坐标长度为20 mm,则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。答案(1)4.0(2)F1、F2和F合如图所示4.00.055(2018银川一模)物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候,测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图6125所示,则由图线可知:图6125(1)弹簧的劲度系数为_N/m。(2)为了用弹簧测定两木块A和B间的动摩擦因数,两位同学分别设计了如图6125所示的甲、乙两种方案。为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小,你认为方案_更合理。若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N。当A被拉动时,弹簧测力计a的示数为6.0 N,b的示数为11.0 N,c的示数为4.0 N,则A和B的动摩擦因数为_。解析(1)由图读出,弹簧的弹力F0时,弹簧的长度为L020 cm,即弹簧的原长为20 cm,由图读出弹力为F060 N,弹簧的长度为L040 cm,弹簧伸长的长度x0LL0402020 cm0.2 m;由胡克定律得弹簧的劲度系数为k300 N/m;(2)甲乙两种方案,在拉着物体A运动的过程中,拉A的弹簧测力计由于在不断地运动,示数可能会变化,读数不是很准,弹簧测力计a是不动的,指针稳定,便于读数,故甲方案更合理;由于弹簧测力计a示数为6.0 N,所以A、B间的动摩擦因数0.30。答案(1)300(2)甲(3)0.306(2018郑州一模)如图6126甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。图6126(1)为完成实验,还需要的器材有_。A米尺B06 V直流电源C秒表 D06 V交流电源(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02 s,根据纸带计算出打下D点时重物的速度大小为_m/s。(结果保留三位有效数字)(3)采用重物下落的方法,根据公式mv2mgh验证机械能守恒定律,对实验条件的要求是_,为验证和满足此要求,所选择的纸带第1、2点间的距离点接近_。(4)该同学根据纸带算出了相应点的速度,作出v2h图像如图丙所示,则图线斜线的物理意义是_。解析(1)通过打点计时器计算时间,故不需要秒表,打点计时器应该与交流电源连接,需要刻度尺测量纸带上两点间的距离,故选AD。(2)由图可知CE间的距离为:x19.4112.407.01 cm0.0701 m;则由平均速度公式可得,D点的速度vD m/s1.75 m/s;(3)用公式mv2mgh时,对纸带上起点的要求是重锤是从初速度为零开始,打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,在第一个打点周期内重物下落的高度hgT29.80.022 m2 mm,所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm。(4)由机械能守恒mghmv2得v22gh,由此可知:图像的斜率k2g。答案(1)AD(2)1.75(3)重物的初速度为零2 mm(4)当地重力加速度的2倍7(2018长沙一模)某同学用探究动能定理的装置测滑块的质量M。如图6127甲所示,在水平气垫导轨上靠近定滑轮固定一个光电门。让一带有遮光片的滑块自某一位置由静止释放,计时器可以显示出遮光片通过光电门的时间t(t非常小),同时用米尺测出释放点到光电门的距离s。图6127(1)该同学用螺旋测微器测出遮光片的宽度d如图乙所示,则d_mm。(2)实验中多次改变释放点,测出多组数据,描点连线,做出的图像为一条倾斜直线,如图丙所示。图像的纵坐标s表示释放点到光电门的距离,则横坐标表示的是_。AtBt2C.D.(3)已知钩码的质量为m,图丙中图线的斜率为k,重力加速度为g,根据实验测得的数据,写出滑块质量的表达式M_。(用字母表示)解析(1)螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm,根据图读数为37.90.01 mm,则最终读数为1.879 mm。(2)滑块通过光电门的瞬时速度v,根据动能定理得:mgs(mM)v2(mM),解得:s,因为图线为线性关系图线,可知横坐标表示,故选D。(3)根据s知,图线的斜率为:kd2,解得滑块质量Mm。答案(1)1.879(2)D(3)m8(2018广东二模)某实验小组设计了如图6128甲所示实验装置,探究滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系。在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了多组实验,将位移传感器和力传感器得到的多组数据输入计算机进行处理,得到了两条aF图线,如图乙所示。图6128(1)实验时,一定要进行的操作是_。A改变托盘中砝码的个数B滑块在轨道水平和倾斜的两种情况下必须在同一位置由静止释放C用天平测出托盘的质量D为减小误差,实验中一定要保证托盘和砝码的质量远小于滑块的质量(2)在轨道倾斜的情况下得到的aF图线是_(选填“”或“”)。(3)滑块和位移传感器反射部分的总质量m_kg;滑块和轨道间的动摩擦因数_。(重力加速度g取10 m/s2)解析(1)由于探究加速度与合外力的关系,所以应改变物块的合外力,即改变托盘中砝码的个数,故A正确;滑块的释放位置对该实验没有影响,不要求每次在同一位置,故B错误;本题拉力可以由力的传感器测出,不需要用天平测出托盘和砝码的质量,也就不需要使托盘和砝码的质量远小于车的总质量,故C错误,D错误。(2)由图像可知,当F0时,a0,也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度,该同学实验操作中平衡摩擦力过大,即倾角过大,平衡摩擦力时木板的右端垫得过高,所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的;(3)滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数,由图形乙得加速度a和所受拉力F的关系图像斜率k2,所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m0.5 kg。由图形乙得,在水平轨道上F1 N时,加速度a0,根据牛顿第二定律得Fmg0,解得0.2。答案(1)A(2)(3)0.50.2
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