備戰(zhàn)2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專項攻關(guān)高分秘籍 專題17 力學(xué)實驗學(xué)案

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1、專題17 力學(xué)實驗 力學(xué)實驗共涉及幾個具體的實驗操作，主要分布在必修一和必修二。依次為研究勻變速直線運動、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓第二定律、探究動能定理和驗證機(jī)械能守恒，這些實驗的方案有共性，但數(shù)據(jù)處理又不盡相同。 【備考建議】 【經(jīng)典例題】 實驗一　研究勻變速直線運動 基礎(chǔ)性實驗 【典例1】(2018·甘肅蘭州模擬)(1)打點計時器所用電源為頻率50 Hz 的交流電源,實驗時釋放紙帶與接通電源的先后順序是(2)某同學(xué)在使用上述打點計時器測定勻變速直線運動的加速度時,得到了幾條較為理想的紙帶,他已在每條紙帶上按每5個點取一個計數(shù)

2、點,并依打點先后順序編號為0,1,2,3,4,5.由于不小心,幾條紙帶都被撕斷了,如圖所示,請根據(jù)給出的A,B,C,D四段紙帶回答下列問題:在B,C,D三段紙帶中,從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是_______,打紙帶A時,物體的加速度大小是__________m/s2.?　　　　　　　　　　　　.? 答案:(1)先接通電源后釋放紙帶 (2)根據(jù)勻變速直線運動的特點(相鄰的時間間隔位移之差相等)得出 x45-x34=x34-x23=x23-x12=x12-x01=6 mm,所以屬于紙帶A的是C圖.根據(jù)Δx=aT2得a==0.60 m/s2. 創(chuàng)新性實驗 【典例2】(20

3、17·全國Ⅱ卷,22)某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系.使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器. 實驗步驟如下: ①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑; ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt; ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示],表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小,求出; ④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復(fù)

4、步驟②,③; ⑤多次重復(fù)步驟④; ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出-Δt圖,如圖(c)所示. 完成下列填空: (1) 用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小,則與vA,a和Δt的關(guān)系式為=　　　　.? (2) 由圖(c)可求得vA=_____cm/s,a=________cm/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)? 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.裝置創(chuàng)新:更換滑塊上的擋光片,通過光電門,且釋放滑塊時擋光片前端位置相同. 2.數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新:利用實驗數(shù)據(jù)作-Δt圖像. 3.考查點創(chuàng)新:不同擋光片通過光電門的時間Δt不同,其平均速度不同,

5、推導(dǎo)與Δt的關(guān)系式. 【典例3】(2018·無錫模擬)在暗室中用如圖(甲)所示裝置做“測定重力加速度”的實驗,實驗器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀.具體實驗步驟如下: ①在漏斗內(nèi)盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會以一定的頻率一滴滴地落下. ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴. ③利用頻閃照相獲取下落水滴和豎直放置的米尺的照片. ④由豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度. ⑤采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理. (1) 實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻

6、率滿足的條件是　 .? (2) 實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz,某同學(xué)讀出其中幾個比較遠(yuǎn)的水滴到第一個水滴的距離如圖(乙)所示,根據(jù)數(shù)據(jù)測得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=______ m/s2;第8個水滴此時的速度v8=_________m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字)? (3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可) ? 　.? 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分

7、析】 1.裝置創(chuàng)新:利用漏斗滴水和閃光儀獲取水滴下落信息. 2.方法創(chuàng)新:利用依次下落的水滴,通過調(diào)節(jié)頻閃儀的閃光頻率,看到水滴位置不動,拍攝此時水滴及豎直放置的米尺照片. 3.考查點創(chuàng)新:說出閃光儀的閃光頻率滿足的條件,已知閃光頻率求照片上某點時水滴速度及重力加速度數(shù)值. 實驗二　探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 基礎(chǔ)性實驗 【典例3】(2018·安徽舒城檢測)在探究“彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時,小明同學(xué)用如圖(甲)所示的實驗裝置進(jìn)行實驗:將該彈簧豎直懸掛,在自由端掛上砝碼盤,通過改變盤中砝碼的質(zhì)量,用刻度尺測出彈簧對應(yīng)的長度,測得實驗數(shù)據(jù)如下: 實驗次數(shù) 1

8、2 3 4 5 6 砝碼質(zhì)量m/g 0 30 60 90 120 150 彈簧的長度x/cm 6.00 7.14 8.34 9.48 10.64 11.79 (1)小明同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上用描點法畫出x-m圖像如圖(乙)所示,根據(jù)圖像他得出結(jié)論:彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系,而是一次函數(shù)關(guān)系.他結(jié)論錯誤的原因是　 .? (2)作出的圖線與坐標(biāo)系縱軸有一截距,其物理意義是_______________________,該彈簧的勁度系數(shù)k=____________N/m.(取g=10 m/s2,保留3位有效數(shù)字)? (

9、3)請你判斷該同學(xué)得到的實驗結(jié)果與考慮砝碼盤的質(zhì)量相比,結(jié)果______(填“偏大”“偏小”或“相同”).? 解析:(1)在x-m圖像中,x表示彈簧的長度而不是彈簧的伸長量,故他得出彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系而是一次函數(shù)關(guān)系的錯誤結(jié)論. (2)圖線與縱坐標(biāo)的交點表示未放砝碼時彈簧的長度.圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù), k== N/m=25.7 N/m. (3)根據(jù)公式F=kΔx計算出的勁度系數(shù),與是否考慮砝碼盤的質(zhì)量沒有關(guān)系,故結(jié)果相同. 創(chuàng)新性實驗 【典例4】(2018·湖南益陽調(diào)研)彈簧的彈力與其形變量遵循胡克定律.其實橡皮筋也像彈簧一樣,在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成

10、正比,即F=kx,其中k是一個比例系數(shù),類似于彈簧的勁度系數(shù),k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān).理論與實驗都表明k= ,其中Y是由材料決定的常數(shù),材料力學(xué)中稱之為楊氏模量. (1)物理公式能夠反映物理量的單位關(guān)系,則在國際單位制中,楊氏模量Y的單位應(yīng)該是_____　　　　.? A.N B.m C.N/m D.N/m2 (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋,用螺旋測微器測量它的直徑如圖(甲)所示,則讀數(shù)為_________　mm.? (3)通過實驗測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù),并作出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖像如圖(乙)所示.圖像中圖線發(fā)生彎曲的原因是__

11、___________________.? 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:研究橡皮筋的彈力與伸長量x之間的關(guān)系. 2.設(shè)問方式的創(chuàng)新:提出了影響橡皮筋的勁度系數(shù)的規(guī)律,借此考查單位制和螺旋測微器的讀數(shù)方法. 【典例5】(2017·江西南昌一模)某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長l0的關(guān)系實驗中,按如圖所示安裝好實驗裝置,讓刻度尺零刻度與輕質(zhì)彈簧上端平齊,在彈簧上安裝可移動的輕質(zhì)指針P,實驗時的主要步驟是: ①將指針P移到刻度尺l01=5 cm處,在彈簧掛鉤上掛上200 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛? ②取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l

12、02=10 cm處,在彈簧掛鉤上掛上250 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛? ③取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l03=15 cm處,在彈簧掛鉤上掛上50 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛怼貜?fù)進(jìn)行,每次都將指針P下移5 cm,同時保持掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量不變. 將實驗所得數(shù)據(jù)記錄、列表如下: 次數(shù) 彈簧原長l0/cm 彈簧長度l/cm 鉤碼質(zhì)量m/g 1 5.00 7.23 200 2 10.00 15.56 250 3 15.00 16.67 50 4 20.00 22.23 50 5 25.00 30.56 50 根

13、據(jù)實驗步驟和列表數(shù)據(jù),回答下列問題: (1)重力加速度g取10 m/s2.在次數(shù)3中,彈簧的原長為15 cm 時,其勁度系數(shù)k3= ____________ N/m.? (2)同一根彈簧所取原長越長,彈簧的勁度系數(shù)___________(彈簧處在彈性限度內(nèi)).? A.不變 B.越大 C.越小 D.無法確定 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.探究內(nèi)容創(chuàng)新,探究彈簧勁度系數(shù)與長度的關(guān)系. 2實驗方法創(chuàng)新,同一彈簧中取不同長度. 3.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新,由測量數(shù)據(jù)尋求彈簧勁度系數(shù)隨長度的變化規(guī)律. 實驗三　驗證力的平行四邊形定則 基礎(chǔ)性實驗 【典例6】(2018·大連重點

14、中學(xué)聯(lián)考)在探究求合力的方法時,先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩.實驗時,需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細(xì)繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧測力計通過細(xì)繩拉橡皮條. (1)同學(xué)們在操作過程中有如下議論,其中對減小實驗誤差有益的說法是_____(填字母代號).? A.兩根細(xì)繩必須等長 B.彈簧測力計、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行 C.用兩彈簧測力計同時拉細(xì)繩時,兩彈簧測力計示數(shù)適當(dāng)大一些 D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些 (2)當(dāng)橡皮條的活動端拉到O點時,兩根細(xì)繩相互垂直,如圖所示.這時彈簧測力計a,b

15、的讀數(shù)分別為________N和______________N.? (3)在給出的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力,并利用作圖法求出合力大小為_____________N.? (3)以方格紙上一個小格的邊長作為0.5 N的標(biāo)度,作出兩個拉力的圖示,以這兩個拉力為鄰邊作平行四邊形,則所夾的對角線就表示合力的大小和方向,如圖所示.量出該對角線的長度,結(jié)合標(biāo)度,可得合力大小約為4.70 N. 高考創(chuàng)新實驗 【典例7】(2017·上饒檢測)某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材做“探究求合力的方法”,設(shè)計了如圖所示的實驗裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水

16、平,橡皮條的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2,主要實驗步驟如下: Ⅰ.彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點到達(dá)O點處,記下彈簧測力計的示數(shù)F; Ⅱ.彈簧測力計掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點到達(dá)O處,此時繩套1沿0°方向,繩套2沿120°方向,記下彈簧測力計的示數(shù)F1; Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1′=①. Ⅳ.比較②即可初步驗證 Ⅴ.只改變繩套2的方向,重復(fù)上述實驗步驟. 回答下列問題: (1)完成實驗步驟中①___________________　;②_________________

17、_____________;? (2)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動到60°方向,同時繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動到180°方向,此過程中保持橡皮條的結(jié)點在O處不動,保持繩套1和繩套2的夾角120°不變,關(guān)于繩套1的拉力大小的變化,下列結(jié)論正確的是_______________.(填選項前的序號)? A.逐漸增大 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗器材的改進(jìn):用一只彈簧測力計和一個量角器. 2.實驗思路的改進(jìn):先利用平行四邊形定則計算某一分力的大小,與其測量值比較. 3.實驗設(shè)問的改進(jìn):在保證合力不變,兩分力

18、夾角不變的條件下改變兩分力方向,確定兩分力的大小變化情況. 【典例8】(2018·河北武邑中學(xué)質(zhì)檢)某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置“驗證力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細(xì)線掛一重物M,彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點,手持另一端向水平左拉,使結(jié)點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和細(xì)線的方向. (1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為______________N.? (2)下列實驗要求不必要的是_____________(填選項前對應(yīng)的字母).? A.應(yīng)測量重物M所受的重力 B.彈簧測力計

19、應(yīng)在使用前校零 C.細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行 D.改變拉力,進(jìn)行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程,請你提出兩個解決辦法. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗方案的改進(jìn):在合力不變(重物M的重力表示合力)的前提下,改變兩分力的大小、方向,驗證分力與合力的平行四邊形定則. 2.實驗操作的拓展:改變多次實驗結(jié)點在同一位置的“思維定勢”,即等效替代并不一定結(jié)點位置不變. 實驗四　驗證牛頓運動定律 基礎(chǔ)性實驗 【典例9】(2018·安徽合肥質(zhì)檢)某實驗小組在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中

20、, (1)在閉合開關(guān)之前,甲同學(xué)將實驗器材組裝成圖(甲)所示.請指出該裝置中的錯誤或不妥之處(只要答出其中的兩點即可): ? 　 .? (2)乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進(jìn)行實驗,在實驗中得到如圖(乙)所示的一條紙帶,圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出,由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車加速度為______________m/s2

21、.(保留兩位有效數(shù)字)? (3)丙同學(xué)在利用上述調(diào)整好的裝置進(jìn)行實驗中,保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變,小車自身的質(zhì)量為M且保持不變,改變小車中砝碼的質(zhì)量m,并測出小車中放不同質(zhì)量砝碼時所對應(yīng)的加速度a,以m為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作出如圖(丙)所示的m關(guān)系圖線,圖中縱軸上的截距為b,則小車受到的拉力大小為　　　　.? 解析:(1)①打點計時器應(yīng)該用交流電源(圖中干電池為直流電源);②本實驗應(yīng)該將木板的右端墊高,平衡摩擦力;③小車離定滑輪太近(離打點計時器較遠(yuǎn)),小車應(yīng)靠近打點計時器且打點計時器應(yīng)距左端較遠(yuǎn),這樣便于小車運動較長的時間,從而能獲取較多數(shù)據(jù),準(zhǔn)確測量小車的加速度,減小誤差.

22、 解析:(2)圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得 a=m/s2=0.49 m/s2. 解析:(3)根據(jù)題意,由牛頓第二定律得F=(M+m)a, 則=+m,則m圖像中截距b=, 則小車受到的拉力大小F=. 高考創(chuàng)新實驗 【典例10】(2018·福建龍巖四校聯(lián)考)甲、乙、丙三個實驗小組分別采用如圖(甲)、(乙)、(丙)所示的實驗裝置,驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時,物體運動的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律.已知他們使用的小車完全相同,小車的質(zhì)量為M,重物的質(zhì)量為m,試回答下列問題. (1)甲、乙、丙三組實驗中,必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小

23、組是　　　　.? (2)實驗時,必須滿足“M遠(yuǎn)大于m”的實驗小組是　　　　.? (3)實驗時,甲、乙、丙三組同學(xué)的操作均完全正確,他們作出的a-F圖線如圖(丁)中A,B,C所示,則甲、乙、丙三組實驗對應(yīng)的圖線依次是　　　　.? (4)實驗時,乙組同學(xué)得到的一條紙帶如圖(戊)所示,從比較清晰的點起,每5個點取一個計數(shù)點,打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,根據(jù)所標(biāo)的測量數(shù)據(jù)可算得:小車的加速度為　_________m/s2,打下“2”點時小車的速度為________m/s.? (4)相鄰兩計數(shù)點間時間間隔T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得, a=0.16 m/s2,由v2=_

24、_______ =0.36 m/s. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:乙實驗中應(yīng)用彈簧測力計測繩的拉力,在小車上裝滑輪,這樣直觀得出小車的合力;丙實驗中應(yīng)用力傳感器直接得小車的合力. 2.設(shè)問方式的創(chuàng)新:三種實驗方案對比,確定它們對應(yīng)的a-F圖線. 【典例11】(2018·東北三省四市聯(lián)考)某同學(xué)利用如圖(甲) 所示的實驗裝置探究加速度與力的關(guān)系.該同學(xué)在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放. (1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d,如圖(乙)所示,則d

25、=　　　　cm. (2)實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是　 .? (3)下列不必要的一項實驗要求是　　　　.? A.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 B.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 C.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 D.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 (4)改變鉤碼質(zhì)量,測出對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t,通過描點作出線性圖像,研究滑塊的加速度與力的關(guān)系,處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出　　　?(填“t2F”“F”或“F”)圖像. 解析:(1)由圖知第15條刻度線

26、與主尺對齊,d=1 mm+15×0.05 mm=1.75 mm= 0.175 cm. (2)滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是遮光條經(jīng)過光電門的平均速度,若要求得滑塊的加速度,還需要測量A位置到光電門的距離L. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上加速運動,利用光電門測速度,力傳感器直接得到滑塊受到的合力. 2.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新:利用測得的運動狀態(tài)量,由運動學(xué)公式v2=2ax求加速度;再結(jié)合牛頓第二定律推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系,從而確定對應(yīng)的圖像. 實驗五　探究動能定理 基礎(chǔ)性實驗 【典例12】(2017·江蘇卷,10)利用如圖(甲)所示的實驗裝置探究

27、恒力做功與物體動能變化的關(guān)系.小車的質(zhì)量為M=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g,打點計時器的電源為50 Hz的交流電. (1)掛鉤碼前,為了消除摩擦力的影響,應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,直至向左輕推小車觀察到　 .? (2)掛上鉤碼,按實驗要求打出的一條紙帶如圖(乙)所示.選擇某一點為O,依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點.用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx,記錄在紙帶上.計算打出各計數(shù)點時小車的速度v,其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=　　　　m/s.? (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=m

28、gΔx算出拉力對小車做的功W.利用Ek= Mv2算出小車動能,并求出動能的變化量ΔEk.計算結(jié)果見下表. W/(×10-3?J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 ΔEk/(×10-3?J) 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出ΔEk-W圖像. (4)實驗結(jié)果表明,ΔEk總是略小于W.某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的.用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=　 N.? （4）由于W=mgΔx,ΔEk=FΔx, 則有F=mg=×0.01×9.8 N≈

29、0.093 N. 高考創(chuàng)新實驗例析 【典例13】(2018·遼寧大連模擬)某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系.圖中A為小車,連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上,C為彈簧測力計,不計繩與滑輪的摩擦.實驗時,先接通電源再松開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點. (1)該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上,依次選取0,1,2,3,4,5共六個計數(shù)點,分別測量后5個計數(shù)點與計數(shù)點0之間的距離,并計算出它們與0點之間的速度平方差Δv2(Δv2=v2- ),填入下表: 計數(shù)點 x/cm

30、Δv2/(m2·s-2) 0 / / 1 1.60 0.04 2 3.60 0.09 3 6.00 0.15 4 7.00 0.19 5 9.20 0.23 請以Δv2為縱坐標(biāo),以x為橫坐標(biāo)在方格紙中作出Δv2-x圖像.若測出小車質(zhì)量為0.2 kg,結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為　　　　 N.? (2)該同學(xué)通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計讀數(shù),明顯超出實驗誤差的正常范圍.你認(rèn)為主要原因是___________　,實驗操作中改進(jìn)的措施是_____________.? (2)主要原因是長木板對小車存在摩擦力;應(yīng)將木板左端墊高,以

31、平衡摩擦力,減小誤差. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗原理的創(chuàng)新:可用彈簧測力計直接測繩拉力大小,故不必滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛物的質(zhì)量. 2.數(shù)據(jù)處理的改進(jìn):利用圖像的斜率求相關(guān)物理量. 【典例14】(2018·廣州模擬)用如圖(甲)所示的實驗裝置完成“探究動能定理”實驗.請補(bǔ)充完整下列實驗步驟的相關(guān)內(nèi)容: (1)用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0;用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖(乙)所示,其讀數(shù)為____________cm;按圖(甲)所示安裝好實驗裝置,用米尺測量兩光電門之間的距離s;? (2)在砝碼盤中放入適量砝碼;適當(dāng)調(diào)節(jié)長木板的

32、傾角,直到輕推小車,遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等; (3)取下細(xì)線和砝碼盤,記下_____________(填寫相應(yīng)物理量及其符號); (4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放,用數(shù)字毫秒計時器分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB; (5)步驟(4)中,小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合=_________　,小車動能變化量ΔEk=　______________(用上述步驟中的物理量表示,重力加速度為g),比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系;? (6)重新掛上細(xì)線和砝碼盤,改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量,重復(fù)(2)～(5)步驟. (7)本實

33、驗中,以下操作或要求是為了減小實驗誤差的是　　　　.? A.盡量減小兩光電門間的距離s B.調(diào)整滑輪,使細(xì)線與長木板平行 C.砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (5)小車從光電門A下滑至光電門B過程中合外力做的總功W合=(m+m0)gs,小車動能變化量ΔEk=M()2-M()2,比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 1.實驗器材的改進(jìn):利用光電門測量小車的速度更準(zhǔn)確. 2.實驗原理的創(chuàng)新:通過調(diào)節(jié)長木板的傾角及砝碼盤中放適量砝碼,使小車在斜面上勻速運動,用砝碼和砝碼盤的總重力當(dāng)做小車運動的合外力. 實驗六　驗證機(jī)械能守恒定律 基礎(chǔ)

34、性實驗 .【典例15】(2017·天津卷,9)如圖所示,打點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落,利用此裝置驗證機(jī)械能守恒定律. (1)對于該實驗,下列操作中對減小實驗誤差有利的是　　　　.? A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正 C.精確測量出重物的質(zhì)量 D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物 (2)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶較長,圖中有部分未畫出,如圖所示.紙帶上各點是打點計時器打出的計時點,其中O點為紙帶上打出的第一個點.重物下落高

35、度應(yīng)從紙帶上計時點間的距離直接測出,利用下列測量值能完成驗證機(jī)械能守恒定律的選項有___________　.? A.OA,AD和EG的長度 B.OC,BC和CD的長度 C.BD,CF和EG的長度 D.AC,BD和EG的長度 高考創(chuàng)新實驗 【典例16】(2018·遼寧沈陽模擬)某同學(xué)利用圖示裝置,驗證以下兩個規(guī)律: ①兩物塊通過不可伸長的細(xì)繩相連接,沿繩分速度相等; ②系統(tǒng)機(jī)械能守恒. P,Q,R是三個完全相同的物塊,P,Q用細(xì)繩連接,放在水平氣墊桌上,物塊R與輕滑輪連接,放在正中間,a,b,c是三個光電門,調(diào)整三個光電門的位置,能實現(xiàn)同時遮光,整個

36、裝置無初速度釋放. (1)為了能完成實驗,除了記錄P,Q,R上三個遮光片的遮光時間t1,t2,t3外.還必須測量的物理量有_________.? A.P,Q,R的質(zhì)量M B.兩個定滑輪的距離d C.R的遮光片到c的距離H D.遮光片的寬度x (2)根據(jù)裝置可以分析出P,Q的速度大小相等,驗證表達(dá)式為　　　　　.? (3)若要驗證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等,則驗證表達(dá)式為　　　　　. (4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭,則驗證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為　　　　　. 解析:(1)驗證系統(tǒng)機(jī)械能守恒,表達(dá)式是MgH=M+M+M,可知質(zhì)量M可以約去,對實驗結(jié)果不會有影響,因此不需要測量P,Q,R的質(zhì)量M,選項A錯誤;根據(jù)驗證的表達(dá)式可知,與兩個定滑輪的距離d無關(guān),選項B錯誤;根據(jù)驗證的表達(dá)式可知,需要測量R的遮光片到c的距離H,這樣才能計算出系統(tǒng)減少的重力勢能,選項C正確;根據(jù)驗證的表達(dá)式可知,要測量P,Q,R三個物塊遮光片通過光電門的速度,因此需要測量遮光片的寬度x,速度v=,選項D正確. 【創(chuàng)新/改進(jìn)點分析】 實驗方案創(chuàng)新:利用三個物塊運動中的ΔEp減=ΔEk增驗證,需用三個光電門測出三個物塊的速度. 23