高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十 必考 力學實驗（二）

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專題十 必考 力學實驗（二） 考綱解讀 實驗名稱 考試屬性 說明 必考 加試 5.探究作用力與反作用力的關系 √ 1.不要求對研究平拋運動進行實驗誤差分析． 2．不要求對驗證機械能守恒定律進行定量分析實驗誤差. 6.研究平拋運動 √ 7.探究做功與物體速度變化的關系 √ 8.驗證機械能守恒定律 √ 　　　　　　探究作用力與反作用力的關系 1．用彈簧測力計探究作用力與反作用力的關系 如圖1甲所示，任取A、B兩個彈簧測力計，使兩掛鉤鉤住，B固定，A用手拉著．彈簧測力計A受到B的拉力FBA，彈簧測力計B受到A的拉力FAB.讀出此時兩個彈簧測力計的示數(shù)FA和FB，比較FA和FB的大小和方向． 如圖乙所示，將兩個彈簧測力計掛鉤鉤住，B連接一塊木塊，A用手拉著．探究在水平方向運動時，F(xiàn)A和FB的大小和方向．將拉動方向改為豎直方向，如圖丙所示，重復上述探究． 圖1 2．用力傳感器探究作用力與反作用力的關系 如圖2所示，用兩只力傳感器鉤住對拉．從計算機屏幕上所顯示的力和時間關系圖線中讀出不同時刻兩只力傳感器間的相互作用力FA和FB，比較FA和FB的大小和方向． 圖2 3．實驗結論 作用力與反作用力作用在兩個物體上，大小相等、方向相反，同時產生，同時消失，性質相同．作用力與反作用力之間的關系與運動狀態(tài)無關． 4．注意事項 (1)使用彈簧測力計前，應先調節(jié)零刻度． (2)彈簧測力計對拉時作用力要在同一直線上． (3)實際的彈簧測力計往往存在一定的誤差，發(fā)現(xiàn)兩彈簧測力計示數(shù)不等既不能“視而不見”也不能“武斷定論”． (4)將彈簧測力計A和B分別與彈簧測力計C互拉，通過與C的示數(shù)比較確定兩彈簧測力計拉力是否相等，是一種“等效替代”的方法． (5)同一實驗步驟中，小泡沫塑料位置必須保持不變． (6)用力傳感器進行實驗時，也需要調零． (7)用力傳感器對拉時要使作用力在同一直線上． 例1　(2015浙江9月選考科目試題)在“探究作用力與反作用力的關系”實驗中，某同學用兩個力傳感器進行實驗． (1)將兩個傳感器按圖3甲方式對拉，在計算機屏上顯示如圖乙所示，橫坐標代表的物理量是________，縱坐標代表的物理量是________． 圖3 (2)(多選)由圖乙可得到的實驗結論是(　　) A．兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等 B．兩傳感器間的作用力與反作用力方向相同 C．兩傳感器間的作用力與反作用力同時變化 D．兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上 答案　(1)時間(t)　力(F)　(2)AC 變式題組 1．如圖4所示，將兩彈簧測力計a、b連接在一起，當用力緩慢拉a彈簧測力計時，發(fā)現(xiàn)不管拉力F多大，a、b兩彈簧測力計的示數(shù)總是相等，這個實驗說明(　　) 圖4 A．這是兩只完全相同的彈簧測力計 B．彈力的大小與彈簧的形變量成正比 C．作用力與反作用力大小相等、方向相反 D．力是改變物體運動狀態(tài)的原因 答案　C 解析　a、b兩彈簧測力計的示數(shù)分別顯示b彈簧的拉力和a彈簧的拉力，這是一對作用力與反作用力，根據牛頓第三定律得知，它們的示數(shù)總是相等，說明作用力與反作用力大小相等、方向相反，與彈簧測力計無關，故兩只彈簧測力計不一定完全相同．故A錯誤，C正確；此實驗不能說明彈力的大小與彈簧的形變量成正比．故B錯誤；彈簧測力計的運動沒有改變，故此實驗不能說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因．故D錯誤． 　　　　　　研究平拋運動 1．實驗目的 (1)用實驗的方法描出平拋運動的軌跡． (2)用實驗軌跡求解平拋物體的初速度． 2．實驗原理 使小球做平拋運動，利用描跡法描繪小球的運動軌跡，建立直角坐標系，測出軌跡曲線上某一點的坐標x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x. 3．實驗器材(以斜槽法為例) 斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺． 4．實驗步驟 (1)按圖5甲所示安裝實驗裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好靜止)． 圖5 (2)以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸． (3)使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經過的位置上，如果小球運動中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫上一點．用同樣方法，在小球運動路線上描下若干點． (4)將白紙從木板上取下，從O點開始連接畫出的若干點描出一條平滑的曲線，如圖乙所示． 5．實驗注意事項 (1)固定斜槽時，要保證斜槽末端的切線水平，保證小球的初速度水平． (2)固定木板時，木板必須處在豎直平面內且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行，固定時要用重垂線檢查坐標紙豎線是否豎直． (3)小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放，為此，可在斜槽上某一位置固定一個擋板． (4)要在斜槽上適當高度釋放小球，使它以適當?shù)乃匠跛俣葤伋?，其軌跡由木板左上角到達右下角，這樣可以減小測量誤差． (5)坐標原點不是槽口的端點，應是小球出槽口時球心在木板上的投影點． (6)計算小球的初速度時，應選距拋出點稍遠一些的點為宜，以便于測量和計算． 6．判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線 (1)原理：若平拋運動的軌跡是拋物線，則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系后，軌跡上各點的坐標具有y＝ax2的關系，且同一軌跡上a是一個特定的值． (2)驗證方法 方法一：代入法 用刻度尺測量幾個點的x、y坐標，分別代入y＝ax2中求出常數(shù)a，看計算得到的a值在誤差范圍內是否為一常數(shù)． 方法二：圖象法 建立y－x2坐標系，根據所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應y值的x2值，在y－x2坐標系中描點，連接各點看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值． 7．計算平拋運動的初速度 (1)平拋軌跡完整(即含有拋出點) 在軌跡上任取一點，測出該點離原點的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x. (2)平拋軌跡殘缺(即無拋出點) 如圖6所示，在軌跡上任取三點A、B、C，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運動的規(guī)律可知，A、B間與B、C間所用時間相等，設為t，則Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2. 所以t＝ ，所以初速度v0＝＝x. 圖6 例2　某校科技活動開展了關于平拋運動的研究學習． (1)學習小組甲為了探究影響平拋運動水平射程的因素，某同學通過改變拋出點的高度及初速度的方法做了6次實驗，實驗數(shù)據記錄如下表. 序號 拋出點的高度(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若探究水平射程與初速度的關系，可用表中序號為________的三組實驗數(shù)據進行分析． ②若探究水平射程與高度的關系，可用表中序號為________的三組實驗數(shù)據進行分析． (2)學習小組乙在探究平拋運動的規(guī)律實驗時，將小球做平拋運動，用頻閃照相機對準方格背景照相，拍攝到了如圖7所示的照片，已知每個小方格邊長為9.8 cm，當?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.8 m/s2. 圖7 ①若以拍攝的第一點為坐標原點，水平向右和豎直向下為正方向，則沒有被拍攝到的小球位置坐標為________． ②小球平拋的初速度大小為________． 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探究影響平拋運動水平射程的因素時，若探究水平射程和初速度的關系應保持拋出點高度不變，可用1、2、3的三組數(shù)據；②若探究水平射程和高度的關系，應保持初速度不變，可用表中序號為1、4、6的三組實驗數(shù)據． (2)①根據平拋運動的特點，水平方向的坐標為329.8 cm＝58.8 cm，豎直方向y＝(1＋2＋3)9.8 cm＝58.8 cm，故沒有被拍攝到的小球位置坐標為(58.8 cm,58.8 cm)；②由Δh＝gt2，得t＝ s＝0.1 s，v0＝＝ m/s＝1.96 m/s. 變式題組 2．在“研究平拋運動”的實驗中，小希同學采用如圖8所示的裝置來獲得平拋運動的軌跡． 圖8 (1)為得到一條軌跡，需多次釋放小球，每次釋放小球的位置________(填“相同”或“任意”)． (2)為了測得小球離開斜槽末端時的速度，該同學需測量的物理量是________． A．小球的質量 B．小球下落的時間 C．斜槽末端距落點間的水平距離和豎直高度 D．斜槽末端距釋放點間的水平距離和豎直高度 答案　(1)相同　(2)C 解析　(1)本實驗要通過多次重復平拋小球來記錄軌跡，所以每次的軌跡必須相同，因此要求每次將小球從軌道同一位置無初速度釋放；(2)根據平拋運動規(guī)律，水平方向x＝v0t，豎直方向h＝gt2，解得小球離開斜槽末端時的速度v0＝x，故需要測量的物理量是斜槽末端距落點間的水平距離x和豎直高度h，選項C正確． 　　　　　　探究做功與物體速度變化的關系 實驗方案一 1．實驗原理 圖9 重物通過滑輪牽引小車，當小車的質量比重物的質量大得多且摩擦力忽略不計時，可以把重物所受的重力當作小車受到的牽引力．如圖9所示． 改變重物的質量或者改變小車運動的距離，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關系． 2．實驗器材 小車、一端帶滑輪的長木板、砝碼、鉤碼、天平、打點計時器、紙帶、刻度尺等． 3．實驗步驟 (1)墊高木板不帶滑輪的一端，平衡摩擦力． (2)在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線繞過滑輪連接小車和鉤碼． (3)將小車停在打點計時器附近，先接通電源，再釋放小車，關閉打點計時器電源． (4)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復進行操作． 4．注意事項 (1)實驗前必須首先平衡摩擦力． (2)必須保證所懸掛鉤碼的重力遠小于小車的重力，這時鉤碼重力才近似等于小車所受的合外力． 5．數(shù)據處理 (1)小車受到的合外力F：大小近似等于所掛鉤碼的重力mg，故用天平測出鉤碼的質量m可求F≈mg. (2)通過紙帶測小車的位移l. (3)求出合力對小車做的功W＝Fl＝mgl. (4)通過紙帶求出對應位移l時，小車獲得的速度v＝. 6．結論 研究W與v的關系，發(fā)現(xiàn)合力對小車做的功W與小車速度的平方成正比，即滿足W∝v2. 實驗方案二 1．實驗原理(如圖10所示) 圖10 (1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功為W. (2)兩根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功應為2W. (3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離x——做功應為3W. (4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關系． 2．實驗器材 橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、刻度尺、鐵釘?shù)龋? 3．實驗步驟 (1)墊高木板的一端，平衡摩擦力． (2)拉伸的橡皮筋對小車做功： ①用一條橡皮筋拉小車——做功W. ②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W. ③用三條橡皮筋拉小車——做功3W. (3)測出每次做功后小車獲得的速度． (4)分別用各次實驗測得的v和W繪制W－v或W－v2、W－v3、……圖象，直到明確得出W和v的關系． 4．注意事項 (1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角． (2)測小車速度時，應選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分． (3)橡皮筋應選規(guī)格一樣的．力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值． (4)小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些． 5．實驗探究的技巧與方法 (1)不直接計算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實驗中的W和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據的測量和處理． (2)做W－v圖象，或W－v2、W－v3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線． 6．實驗結論 物體速度v與外力做功W間的關系：W與v2成正比． 例3　如圖11所示是某研究性學習小組做探究做功與物體速度變化的關系的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．這時，橡皮筋對小車做的功記為W.當我們把2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放．小車在每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出． 圖11 (1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有____________________________； (2)平衡摩擦力后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的________部分進行測量； (3)下面是本實驗的數(shù)據記錄表，請將第2次、第3次……實驗中橡皮筋做的功填寫在對應的位置； 橡皮筋做 的功Wn 10個間 距的距 離x(m) 10個間 距的時 間T(s) 小車獲 得的速 度vn 小車速 度的平 方v 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)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關系應是Wn∝________，請你根據表中測定的數(shù)據在如圖12所示的坐標系中作出相應的圖象驗證理論的正確性． 圖12 答案　(1)刻度尺　(2)點距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　見解析圖 解析　(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺． (2)小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻． (3)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W. (4)縱坐標表示速度的平方，橫坐標表示功，利用描點法描出各組數(shù)據對應的點，然后用平滑曲線連線作出v－Wn圖象，如圖所示． 變式題組 3．某學習小組在“探究功與速度變化的關系”的實驗中采用了如圖13甲所示的實驗裝置． 圖13 (1)將氣墊導軌接通氣泵，通過調平螺絲調整氣墊導軌使之水平，檢查是否調平的方法是________． (2)如圖乙所示，游標卡尺測得遮光條的寬度Δd＝________cm；實驗時，將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上，向后拉伸一定的距離，并做好標記，以保證每次拉伸的距離恒定．現(xiàn)測得掛一根橡皮條時，滑塊彈離橡皮條后，經過光電門的時間為Δt，則滑塊最后勻速運動的速度表達式為v＝________(用字母表示)． (3)逐條增加橡皮條，記錄每次遮光條經過光電門的時間，并計算出對應的速度．則畫出的W－v2圖象應是________． 答案　(1)將滑塊輕置于氣墊導軌上，看其是否滑動(將滑塊置于氣墊導軌上，看輕推是否勻速運動)　(2)0.55　　(3)一條過原點的直線 解析　(1)將滑塊輕置于氣墊導軌上，看其是否滑動(將滑塊置于氣墊導軌上，看輕推是否勻速運動)；(2)游標尺零刻度線對應的主尺上整數(shù)部分為5 mm，游標尺第10條刻度線與主尺某刻度線對齊，100.05 mm＝0.5 mm，故讀數(shù)為5.5 mm＝0.55 cm.光電門測量的是運動物體遮光時間內的平均速度，因為遮光條較窄，所以可看作測量的是瞬時速度，所以v＝；(3)由動能定理有W＝mv2，畫出的W－v2圖象是一條過原點的直線． 　　　　　　驗證機械能守恒定律 1．實驗原理 通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應過程動能的增加量，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律． 圖14 2．實驗器材 打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線兩根．(如圖14所示) 3．實驗步驟 (1)安裝器材：將打點計時器固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與低壓電源相連． (2)打紙帶 用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c計時器下方附近，先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3～5條)紙帶． (3)選紙帶：分兩種情況說明 ①若選第1點O到下落到某一點的過程，即用mgh＝mv2來驗證，應選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶． ②用mv－mv＝mgΔh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否小于或接近2 mm就無關緊要了． 4．數(shù)據處理 方法一：利用起始點和第n點計算 代入mghn和mv，如果在實驗誤差允許的范圍內，mghn和mv相等，則驗證了機械能守恒定律． 方法二：任取兩點計算 (1)任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB. (2)算出mv－mv的值． (3)在實驗誤差允許的范圍內，若mghAB＝mv－mv，則驗證了機械能守恒定律． 方法三：圖象法 從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數(shù)據作出v2－h(huán)圖線．若在實驗誤差允許的范圍內圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律． 5．實驗結論 在誤差允許的范圍內，自由落體運動過程機械能守恒． 6．誤差分析 (1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值． (2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn，改進辦法是調整安裝的器材，盡可能地減小阻力． 7．注意事項 (1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內，以減少摩擦阻力． (2)重物應選用質量大、體積小、密度大的材料． (3)應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落． (4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt來計算． 圖15 例4　如圖15所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題： (1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材是________． A．米尺 B．秒表 C．直流電源 D．交流電源 (2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟，其中操作不當?shù)囊粋€步驟是________． A．用天平測出重錘的質量 B．按照圖示的裝置安裝器件 C．先釋放紙帶，后接通電源 D．測量紙帶上某些點間的距離 (3)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．根據打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖16所示．使用交流電的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達式為a＝________(用x1、x2、x3、x4及f表示)． 圖16 答案　(1)AD　(2)C　(3) 解析　(1)為完成此實驗，還需要測量長度的工具米尺，電磁打點計時器需要交流電源． (2)操作不當?shù)氖窍柔尫偶垘?，后接通電源? (3)由Δx＝aT2可得，a＝. 變式題組 4．(20164月浙江選考模擬17)(1)在下列學生實驗中，需要用到打點計時器的實驗有________(填字母)． A．“探究求合力的方法” B．“探究加速度與力、質量的關系” C．“探究做功與物體速度變化的關系” D．“探究作用力與反作用力的關系” (2)做“驗證機械能守恒定律”的實驗，已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器，還必須選取的器材是圖中的________(填字母)． 某同學在實驗過程中，①在重物的正下方地面鋪海綿；②調整打點計時器的兩個限位孔連線為豎直；③重復多次實驗．以上操作可減小實驗誤差的是________(填序號)． 答案　(1)BC　(2)BD?、冖? 解析　(1)A需要彈簧秤、刻度尺；D與打點計時器無關． (2)需要B重物，刻度尺D測量下落距離；②為了減少摩擦帶來的影響；③可以減少偶然誤差． 5．用如圖17甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”的實驗，打點計時器接在頻率為f的交流電源上，從實驗中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖乙所示，從第一個點O開始選取紙帶上打出的5個連續(xù)的點O、A、B、C、D，各點距起始點O的距離分別為x1、x2、x3、x4，已知重錘的質量為m，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，則從打下起始點O到打下C點的過程中，重錘重力勢能減少量的表達式為________，重錘動能增加量的表達式為________．(均用題中所給字母表達) 圖17 答案　mgx3　m(x4－x2)2f2 解析　從O到C的過程中重錘減少的重力勢能ΔEp＝mgx3，C點速度vC＝，周期T＝，C的動能ΔEk＝mv＝m(x4－x2)2f2. 1．如圖1所示，利用彈簧測力計探究作用力與反作用力關系的實驗中． 圖1 (1)關于實驗以下說法正確的是________． A．若滑塊靜止不動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小相等 B．若滑塊做勻速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小相等 C．若滑塊做勻加速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小不相等 D．若滑塊做變加速直線運動，則彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小不相等 (2)在彈簧測力計的指針下面放上一點泡沫塑料的作用是________． A．為了增大指針受到的阻力 B．可以幫助我們記錄下指針示數(shù)的最大值 C．防止指針與彈簧測力計外殼間的摩擦 D．防止測的力超過彈簧測力計的測量范圍 答案　(1)AB　(2)B 解析　(1)彈簧測力計A對B的拉力與B對A的拉力大小關系與運動狀態(tài)無關，作用力與反作用力總是大小相等，故選項A、B正確．(2)在彈簧測力計的指針下面放上一點泡沫塑料，可以做成帶“記憶功能”的彈簧測力計，在實驗中泡沫塑料停在拉力最大的位置上，方便我們記錄指針示數(shù)，故選項B正確． 2．如圖2所示，在做“驗證機械能守恒定律”實驗時，下列實驗器材需要的是(　　) 圖2 A．停表 B．量角器 C．打點計時器 D．彈簧 答案　C 3．(2015浙江理綜21)甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質量的關系”實驗． 圖3 (1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材________；乙同學需在圖中選用的器材________．(用字母表示) 圖4 (2)乙同學在實驗室選齊所需器材后，經正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②.紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________． 答案　(1)AB　BDE　(2)①　(2.50.2) m/s2 解析　(1)驗證機械能守恒定律時，讓重物拉著紙帶通過打點計時器運動，故需要選擇重錘A和打點計時器B，探究加速度與力、質量的關系實驗時，讓鉤碼牽著小車拉著紙帶通過打點計時器運動，故需要選擇鉤碼E、打點計時器B和小車D；(2)由Δx＝aT2得連續(xù)相等時間的位移差越大，加速度越大，故①的加速度大，代入得加速度大小為2.5 m/s2. 4．(2015溫州八校聯(lián)考)在“驗證機械能守恒定律”的一次實驗中，質量m＝1 kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖5所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s)，那么： 圖5 (1)紙帶的________(用字母表示)端與重物相連； (2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB＝________；(保留2位有效數(shù)字) (3)從起點P到打下計數(shù)點B的過程中物體的重力勢能減少量ΔEp＝________，此過程中物體動能的增加量ΔEk＝________；(g取9.8 m/s2，保留2位有效數(shù)字) (4)通過計算，數(shù)值上ΔEp________(填“<”“>”或“＝”)ΔEk，這是因為______________________． 答案　(1)P　(2)0.98 m/s　(3)0.49 J　0.48 J　(4)>　有機械能損失 解析　(1)本題借助自由落體運動來進行實驗的，故在紙帶上點距會逐漸增大，因此紙帶P端與重物相連； (2)根據勻變速直線運動的推論vB＝＝10－2 m/s＝0.98 m/s；(3)從起點P到打下計數(shù)點B的過程中物體的重力勢能減少量ΔEp＝mgh≈0.49 J；物體動能的增加量ΔEk＝mv≈0.48 J；(4)因為在下落過程中受到阻力的作用，由動能定理可得mgh－Wf＝ΔEk，而ΔEp＝mgh，聯(lián)立可知ΔEp>ΔEk. 5．兩個同學根據不同的實驗條件，進行了“研究平拋運動”的實驗： 圖6 (1)甲同學采用如圖6甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)乙同學采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應是________________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_________________． 答案　(1)平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動　(2)P球擊中Q球　平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動 解析　(1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動． (2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向上運動情況相同，說明平拋運動的水平分運動是勻速直線運動． 圖7 6．在“研究平拋運動”的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度． (1)實驗簡要步驟如下： A．如圖7所示，安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下斜槽末端O點和過O點的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是______________________________________ ________________________________________________________________________. B．讓小球多次從________(“同一”或者“不同”)位置上滾下，記下小球穿過卡片孔的一系列位置． C．測出曲線上某點的坐標x、y，(當?shù)刂亓铀俣萭已知)用v0＝__________算出該小球的平拋初速度，實驗需要對多個點求v0的值，然后求它們的平均值． D．取下白紙，以O為原點，以豎直線為軸建立坐標系，用平滑曲線畫平拋軌跡 (2)研究平拋運動，下面說法正確的是(　　) A．使用密度大、體積小的小球 B．必須測出平拋小球的質量 C．將木板校準到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直平面平行 D．盡量減小小球與斜槽之間的摩擦 答案　(1)讓小球置于槽口任一位置，小球均不發(fā)生滾動　同一　x　(2)AC 解析　(1)A項中根據平衡，若FN＝G，小球不會滾動，此時FN豎直向上，說明末端水平．B項中要記下小球運動途中經過一系列位置，不可能在一次平拋中完成．每次平拋只能確定一個位置，要確定多個位置，要求小球每次的軌跡都重合，故小球平拋時的初速度必須相同，小球每次都從同一位置滾下．C項中，由x＝v0t及y＝gt2得：v0＝x. (2)研究平拋運動，一是盡量減小小球運動中空氣阻力的影響，二是準確地描繪出小球的軌跡，故A、C正確． 7．在“探究做功與速度變化的關系”實驗中，常用的兩種實驗方案如圖8所示：甲通過重物提供牽引力，小車在牽引力作用下運動，用打點計時器測量小車的速度，定量計算牽引力所做的功，進而探究牽引力所做功與小車速度的關系；乙通過在不同條數(shù)橡皮筋的作用下使小車運動，用打點計時器測量小車的速度，進而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關系． 圖8 (1)針對這兩種實驗方案，下列說法正確的是________． A．甲、乙兩種方案均需測定功的具體數(shù)值 B．甲中小車受恒力作用，而乙中小車受變力作用 C．甲可以只對一條紙帶研究，而乙必須對多條紙帶研究 D．甲需要平衡小車運動中受到的阻力，而乙不需要平衡阻力 (2)某同學在實驗中打出的一條紙帶如圖9所示，0、1、2、……、7為連續(xù)打出的點，電源頻率為50 Hz.根據這條紙帶，可以判斷他在實驗中采用的方案是________(填“甲”或“乙”)，實驗中小車在外力作用下最終獲得的速度為________m/s. 圖9 答案　(1)BC　(2)乙　1.75 解析　(1)甲方案需要測出功的具體數(shù)值，乙方案中各條橡皮筋做功相等，因此不需要測出功的具體數(shù)值，選項A錯誤；甲方案中小車做勻加速運動，小車所受的力為恒力，乙方案中橡皮筋的長度是變化的，小車所受的力為變力，選項B正確；甲實驗方案可根據打下的一條紙帶，用勻變速直線運動的推論求得速度，并能根據紙帶測量出重物下落的距離，即可進行探究，乙實驗方案中，當改變拉力做功時，用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關系，所以必須打足夠多條紙帶才能研究，選項C正確；在兩個實驗中，小車下滑時受到重力、細線或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則都要用重力的下滑分量來平衡摩擦力，使得拉力做的功等于合外力對小車做的功，故D錯誤．(2)在甲實驗中，小車做勻加速直線運動，根據推論Δx＝aT2，在連續(xù)相等時間內位移應均勻增大；在乙實驗中，小車先做變加速運動，在失去外力后做勻速直線運動．由紙帶上的數(shù)據看出，此小車最后做勻速運動，故他在實驗中采用的方案是乙．小車獲得的最終速度v＝＝＝1.75 m/s. 8．某學習小組做“探究做功與物體速度變化的關系”的實驗，如圖10所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據打點計時器所打在紙帶上的點進行計算． 圖10 (1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)電源． (2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．放開小車，能夠勻速下滑即可 C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可 (3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線 (4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的________部分進行測量(根據如圖11所示的紙帶回答)． 圖11 答案　(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ 解析　(1)打點計時器使用的是交流電源． (2)平衡摩擦力時，應將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，D正確． (3)水平放置木板，放開小車后，小車做加速運動，當橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車沒過兩個鐵釘?shù)倪B線，B正確，A、C、D錯誤． (4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應選用紙帶的GJ段進行測量．