（通用版）2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 第三板塊 第1講“分門別類”重溫基礎(chǔ)實驗——系統(tǒng)方法講義（含解析）.doc

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第1講“分門別類”重溫基礎(chǔ)實驗——系統(tǒng)方法 考綱實驗 高考熱點 　?、傺芯縿蜃兯僦本€運動；②探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系；③驗證力的平行四邊形定則；④驗證牛頓運動定律；⑤探究動能定理；⑥驗證機械能守恒定律；⑦驗證動量守恒定律。 　　高考除了對教科書中原有的學(xué)生實驗進行考查外，還增加了對演示實驗的考查，利用學(xué)生所學(xué)過的知識，對實驗器材或?qū)嶒灧椒右灾亟M，來完成新的實驗設(shè)計。復(fù)習(xí)本講內(nèi)容時要注意以下幾點：①熟知各種器材的特性；②熟悉教科書中的實驗，抓住實驗的靈魂——實驗原理；③掌握數(shù)據(jù)處理的方法；④熟知兩類誤差分析——系統(tǒng)誤差和偶然誤差。 命題點(一)　基本儀器的使用和讀數(shù) 1．游標卡尺讀數(shù)方法 刻度 格數(shù) 刻度總長 度(mm) 每小格與1 mm相差(mm) 精確度(mm) 游標尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對齊時游標卡尺的讀數(shù)(mm) 10 9 0.1 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n 注意：(1)讀數(shù)最后的“0”不能丟，且不需要估讀。 (2)讀數(shù)時主尺和游標尺所用單位要統(tǒng)一，都用mm，最后根據(jù)題目要求轉(zhuǎn)換單位。 (3)游標卡尺可以測量外徑、內(nèi)徑、長度、深度等。 2．螺旋測微器讀數(shù)方法 測量值＝固定刻度值(注意半毫米刻度線是否露出)＋精確度可動刻度上與固定刻度水平線所對的刻度值(注意刻度值要估讀一位)。精確度為0.01 mm。 注意：(1)螺旋測微器讀數(shù)以“mm”為單位時，小數(shù)點后面一定有三位數(shù)字。 (2)螺旋測微器需要估讀，讀數(shù)時要估讀到0.001 mm。 3．時間測量類儀器 (1)打點計時器 計時器種類 工作電源電壓 打點間隔 電磁打點計時器 交流50 Hz,4～6 V 0.02 s 電火花計時器 交流50 Hz,220 V 0.02 s (2)頻閃照相機 其作用和處理方法與打點計時器類似，它是用等時間間隔獲取圖像信息的方法，將物體在不同時刻的位置記錄下來，使用時要明確頻閃的時間間隔。 [對點訓(xùn)練] 1．如圖甲、乙、丙是用游標卡尺測量時的示意圖，圖甲為50分度游標卡尺，圖乙為20分度游標卡尺，圖丙為10分度游標卡尺，它們的讀數(shù)分別為：__________；__________；__________。 解析：在題圖甲中，主尺讀數(shù)為42 mm，游標尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標卡尺是50分度的，所以讀數(shù)為42 mm＋80.02 mm＝42.16 mm；在題圖乙中，主尺讀數(shù)為63 mm，游標尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標卡尺是20分度的，所以讀數(shù)為63 mm＋60.05 mm＝63.30 mm；在題圖丙中，主尺讀數(shù)為17 mm，游標尺上第7條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標卡尺是10分度的，所以讀數(shù)為17 mm＋70.1 mm＝17.7 mm。 答案：42.16 mm　63.30 mm　17.7 mm 2．如圖甲、乙、丙是螺旋測微器的三次測量結(jié)果，其讀數(shù)分別為：________mm、________mm、________mm。 解析：由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則知，題圖甲：固定刻度讀數(shù)＋可動刻度讀數(shù)＝6.5 mm＋35.80.01 mm＝6.858 mm。題圖乙：固定刻度讀數(shù)＋可動刻度讀數(shù)＝0＋1.00.01 mm＝0.010 mm。題圖丙：固定刻度讀數(shù)＋可動刻度讀數(shù)＝0.5 mm＋14.90.01 mm＝0.649 mm。 答案：6.858　0.010　0.649 3.小明仿照螺旋測微器的構(gòu)造，用水杯制作了一個簡易測量工具，已知杯蓋的螺距為2.0 cm，將杯蓋一圈均勻分為200份，杯蓋擰緊時可動刻度的“0”位置與固定刻度的“0”位置(固定在杯體上)對齊。如圖所示，測量工具顯示的讀數(shù)為________cm。 解析：由題意可知，杯蓋的螺距是2.0 cm，將可動刻度分為200等份，則其精度為： 0.1 mm，由題圖知，固定刻度讀數(shù)為0，可動刻度讀數(shù)為0.1168.0 mm＝16.80 mm＝ 1.680 cm，所以最終讀數(shù)為：0＋1.680 cm＝1.680 cm。 答案：1.680 命題點(二)　對力學(xué)基礎(chǔ)實驗的考查 利用紙帶確定時間、速度、加速度 1．由紙帶確定時間：要知道打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點間的時間間隔Δt＝0.025 s＝0.10 s。 2．求解瞬時速度：利用做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求某一點的瞬時速度。如圖甲所示，第n點的速度vn＝。 3．用“逐差法”求加速度：如圖乙所示，因為a1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝。 4．圖像法求加速度 (1)由vn＝，求出相應(yīng)點的速度。 (2)確定各計數(shù)點的坐標值(T，v1)、(2T，v2)、…、(nT，vn)。 (3)畫出vt圖像，圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度。 注意：凡是應(yīng)用打點計時器的實驗，都必須先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶。 [對點訓(xùn)練] 1．(2018北京高考)用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 主要實驗步驟如下： a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次。 b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F、…所示。 c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E、…點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5、… d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示。 結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有________和________(填選項前的字母)。 A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標點，請在該圖中標出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標點，并畫出vt圖像。 (3)觀察vt圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是_____________________ _______________。vt圖像斜率的物理意義是________。 (4)描繪vt圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是____________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。 (5)早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次，驗證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。 解析：(1)打點計時器使用的是交流電源，故A正確，B錯誤；相鄰打點間的時間間隔是已知的，故D錯誤；計數(shù)點間的距離需要用刻度尺測量，故C正確；由于不需要知道小車和重物的質(zhì)量，故不需要天平(含砝碼)，故E錯誤。 (2)C點對應(yīng)的橫坐標為3T，縱坐標為v3，連線時要讓盡量多的點在一條直線上，如圖所示。 (3)可以依據(jù)vt圖像是傾斜的直線(斜率一定)，即小車的速度隨時間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運動；vt圖像的斜率表示加速度。 (4)從理論上講，表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于0時，才表示瞬時速度，因此若用表示各計數(shù)點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從實驗的角度看，選取的Δx越小，用計算得到的平均速度越接近計數(shù)點的瞬時速度，但Δx過小，測量誤差增大，因此選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)。 (5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x＝t，故推出x∝t2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。 答案：(1)A　C　(2)見解析圖　(3)小車的速度隨時間均勻變化　加速度　(4)越小越好　有關(guān)　(5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x∝t2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。 1．實驗數(shù)據(jù)的處理方法 列表法 將測得的實驗數(shù)據(jù)填入設(shè)計好的表格中，分析兩物理量間的定性關(guān)系 圖像法 根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)在平面直角坐標系內(nèi)作圖。若是曲線應(yīng)平滑，若是直線要讓直線過盡量多的點，或各點在直線兩側(cè)均勻分布 函數(shù)法 往往是根據(jù)圖像得到物理量間的函數(shù)關(guān)系方程式 2．Fx和Fl圖像的特點 (1)Fx圖線為一條過原點的直線，而Fl圖線為一條傾斜直線但不過原點。 (2)Fx圖線和Fl圖線的斜率均表示彈簧(或橡皮筋)的勁度系數(shù)。 (3)Fl圖線在l軸的截距表示彈簧(或橡皮筋)的原長。 (4)Fx和Fl圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧(或橡皮筋)超出了彈性限度。 [對點訓(xùn)練] 2．(2018全國卷Ⅰ)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針。 現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留三位有效數(shù)字)。 解析：標尺的游標為20分度，精確度為0.05 mm，游標的第15個刻度與主尺刻度對齊，則讀數(shù)為37 mm＋150.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm。彈簧形變量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825 cm，砝碼平衡時，mg＝kx，所以彈簧的勁度系數(shù)k＝＝ N/m≈53.7 N/m。 答案：3.775　53.7 驗證力的平行四邊形定則實驗的注意點 1．在同一次實驗中，使橡皮筋拉長時，結(jié)點到達的位置一定要相同。 2．用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮筋時，夾角不宜太大也不宜太小，在60～100之間為宜。 3．讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮筋彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些。 4．細繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向，不要直接沿細繩套的方向畫直線，應(yīng)在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向。 5．在同一次實驗中，畫力的圖示時所選定的標度要相同，并且要恰當(dāng)選取標度，使所作力的圖示適當(dāng)大一些。 6．當(dāng)用一個彈簧測力計拉橡皮筋時，彈簧測力計軸線方向一定在橡皮筋所在直線上，但用作圖法得到的力F和實際測量得到的力F′可能不完全重合，原因主要是彈簧測力計讀數(shù)有誤差，確定分力方向不夠準確等。 [對點訓(xùn)練] 3．在探究求合力的方法時，先將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細繩。實驗時，需要兩次拉伸橡皮筋，一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮筋，另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮筋。 (1)實驗對兩次拉伸橡皮筋的要求中，下列說法正確的是________(填字母代號)。 A．將橡皮筋拉伸相同長度即可 B．將橡皮筋沿相同方向拉到相同長度 C．將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D．將橡皮筋和細繩的結(jié)點拉到相同位置 (2)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．兩細繩必須等長 B．彈簧秤、細繩、橡皮筋都應(yīng)與木板平行 C．用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大 D．拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要近些 解析：(1)實驗?zāi)康氖菫榱蓑炞C力的平行四邊形定則，即研究合力與分力的關(guān)系，根據(jù)合力與分力的等效性，實驗中橡皮筋兩次要沿相同方向拉伸到相同的長度，即橡皮筋和細繩的結(jié)點要拉到相同位置，使兩次效果相同，即兩個拉力和一個拉力等效，故B、D正確。 (2)通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮筋時，并非要求兩細繩等長，A錯誤；測量力的實驗要求盡量準確，為了減小實驗中因摩擦造成的誤差，操作中彈簧秤、細繩、橡皮筋都應(yīng)與木板平行，B正確；用兩彈簧秤同時拉細繩時對彈簧秤示數(shù)之差沒有要求，只要使得兩次橡皮筋和細繩的結(jié)點拉到相同位置即可，C錯誤；為了更加準確地記錄力的方向，拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些，D錯誤。 答案：(1)BD　(2)B 1．實驗中的“兩個重要” 重要 步驟 實驗要求小車的合外力為細繩對小車的拉力，因此必須平衡摩擦力 平衡摩擦力時注意：①不能在細繩的另一端掛砝碼盤；②必須讓小車連上紙帶且打點計時器處于工作狀態(tài)；③同一次實驗中，平衡摩擦力后不必再次平衡 重要 條件 小車所受的合外力不等于砝碼和砝碼盤所受的總重力mg，要想把砝碼和砝碼盤所受的總重力當(dāng)作小車所受的合外力，則必須保證小車質(zhì)量M遠大于砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m(M?m) 2.對于實驗圖像問題，往往要根據(jù)物理規(guī)律寫出縱軸物理量與橫縱物理量間的函數(shù)關(guān)系式，然后進行判定。 [對點訓(xùn)練] 4．(2019屆高三惠州調(diào)研)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，采用了如圖甲所示的實驗方案。操作如下： (1)平衡摩擦力時，若所有的操作均正確，打出的紙帶如圖乙所示，應(yīng)________(填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點跡________為止。 (2)已知小車質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，要使細線的拉力近似等于砝碼盤和砝碼所受的總重力，應(yīng)該滿足的條件是m________(填“遠小于”“遠大于”或“等于”)M。 (3)圖丙為小車質(zhì)量一定時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的小車加速度a的倒數(shù)與砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量m的倒數(shù)之間的實驗關(guān)系圖像。若牛頓第二定律成立，則小車的質(zhì)量M＝________kg(g取10 m/s2)。 解析：(1)根據(jù)題圖乙可知，小車做減速運動，說明平衡摩擦力不足，因此需要增大木板的傾角，直到紙帶上打出的點跡均勻為止。 (2)對整體：mg＝(M＋m)a，小車的拉力：F＝Ma＝＝，當(dāng)M?m時，可以認為小車受到的合力等于砝碼盤和砝碼所受的總重力，故填遠小于。 (3)由mg＝(M＋m)a得＝＋，題圖丙中圖線斜率k＝＝，得M＝ 0.08 kg。 答案：(1)增大　均勻　(2)遠小于　(3)0.08 1．注意平衡摩擦力 將木板一端墊高，使小車所受的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點是否均勻判斷小車是否做勻速運動。 2．用比例法表示功 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的，彈力對小車做的功以一根橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值，這是本實驗的技巧之一，通過轉(zhuǎn)換的方法巧妙地表示了功。 3．實驗數(shù)據(jù)的處理 在研究W與v的關(guān)系時，通常有定性分析和定量計算兩種考查方式。定性分析時一般要求作出Wv2圖像，如果是一條過原點的直線，則W與v2成正比；定量計算時需要利用 W＝Fx計算出合外力做的功，再利用ΔEk＝mv2－mv02計算出動能的變化量，然后比較 W與ΔEk。 [對點訓(xùn)練] 5．利用如圖1所示的實驗裝置探究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2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＝mgΔx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)果如表所示。 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)，在圖3中作出ΔEkW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。 解析：(1)掛鉤碼前，調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車，小車做勻速運動，表明此時已消除了摩擦力的影響。 (2)打出計數(shù)點“1”時小車的速度 v1＝ m/s＝0.228 m/s。 (3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，描點作圖，如圖所示。 (4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，則有F＝mg＝10.010－3 9.80 N≈0.093 N。 答案：(1)小車做勻速運動　(2)0.228　(3)見解析圖　(4)0.093 1．驗證機械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理 方法一：利用起始點和第n點計算。代入ghn和vn2，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝vn2，則驗證了機械能守恒定律。 方法二：任取兩點計算。任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB、vB2－vA2的值；在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若ghAB＝vB2－vA2，則驗證了機械能守恒定律。 方法三：圖像法。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(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2h圖線。若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)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。 2．誤差分析 教科書中驗證機械能守恒定律的實驗是利用自由落體運動進行研究的，在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差。而利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律，動能的減少量略大于重力勢能的增加量，所以在對誤差進行分析時，要根據(jù)實驗方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結(jié)論。 [對點訓(xùn)練] 6．用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗時接通電源，質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放，質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點，圖乙是實驗中打出的一條紙帶，A是打下的第1個點，量出計數(shù)點E、F、G到A點的距離分別為d1、d2、d3，每相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(以下所求物理量均用已知符號表達) (1)在打下點A～F的過程中，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝_______________，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝________________，若ΔEk、ΔEp近似相等，即可驗證機械能守恒定律。 (2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出打下各計數(shù)點時的速度，并作出-d圖像如圖丙所示，若圖線的斜率k＝____________，即可驗證機械能守恒定律。 解析：(1)由于每相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T，根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可求出點F的瞬時速度：vF＝，在打下點A～F過程中系統(tǒng)動能的增加量：ΔEk＝(m1＋m2)vF2＝，系統(tǒng)重力勢能的減少量：ΔEp＝(m2－m1)gd2。 (2)根據(jù)機械能守恒定律可知，(m2－m1)gd＝(m1＋m2)v2，即有：＝gd，所以v2d圖像中圖線的斜率k＝g。 答案：(1)　(m2－m1)gd2 (2)g 1．在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量和碰撞前后物體的速度，計算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，判斷碰撞前后動量是否守恒。 2．誤差分析 (1)系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求。 ①碰撞是否為一維碰撞。 ②實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，用長木板實驗時是否平衡掉摩擦力。 (2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。 [對點訓(xùn)練] 7．某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中動量變化規(guī)律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動，他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50 Hz，長木板右端下面墊著小木片以平衡摩擦力。 (1)實驗中打出的一條紙帶如圖乙所示，測得各計數(shù)點間距離已在圖乙中標出，點1為打下的第一點，則應(yīng)選________段來計算小車A的碰前速度，應(yīng)選________段來計算小車A和小車B碰后的共同速度。(均選填“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”) (2)已測得小車A的質(zhì)量mA＝0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB＝0.20 kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前兩小車的總動量為_______kgm/s，碰后兩小車的總動量為_______kgm/s，由此可得出的實驗結(jié)論是___________________________________________________________________ ____________________________________________________。 解析：(1)因小車A碰前做勻速運動，應(yīng)取紙帶上點跡均勻的一段來計算速度，從題圖乙可以看出碰前2～3段點跡均勻，碰后4～5段點跡均勻，故取2～3段計算小車A的碰前速度，4～5段計算小車A、B碰后的共同速度。 (2)碰前小車A的速度vA＝＝ m/s＝1.05 m/s，其動量pA＝mAvA＝ 0.420 kgm/s；碰后兩小車的共同速度為vAB＝＝ m/s＝0.695 m/s，其總動量 pAB＝(mA＋mB)vAB＝0.417 kgm/s，由計算結(jié)果可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后兩小車組成的系統(tǒng)總動量不變。 答案：(1)2～3　4～5　(2)0.420　0.417　在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后兩小車組成的系統(tǒng)總動量不變 [專題強訓(xùn)提能] 1．在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學(xué)得到一條用電火花計時器打下的紙帶，如圖甲所示，并在其上選取A、B、C、D、E、F、G 7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點在圖中沒有畫出，電火花計時器接220 V、50 Hz交流電源。 (1)設(shè)電火花計時器的打點周期為T，計算打下F點時物體的瞬時速度vF的表達式為 vF＝____________。 (2)他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如表所示。以A點對應(yīng)的時刻為t＝0時刻，試在如圖乙所示坐標系中作出物體的vt圖像，并利用該圖像求出物體的加速度大小a＝________m/s2(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。 對應(yīng)點 B C D E F 速度/(ms－1) 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 (3)計數(shù)點A對應(yīng)的速度大小是________m/s(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。 (4)如果當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V，而做實驗的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 解析：(1)打下F點時物體的瞬時速度vF的表達式為：vF＝＝。 (2)物體的vt圖像如圖所示，則圖像的斜率為物體的加速度大小，即a＝＝ m/s2＝0.4 m/s2。 (3)由vt圖像可知計數(shù)點A對應(yīng)的速度大小為0.1 m/s。 (4)若當(dāng)時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V，對打點的時間間隔無影響，則加速度的測量值與實際值相比不變。 答案：(1)　(2)見解析圖　0.4　(3)0.1 (4)不變 2．(2018江蘇高考)某同學(xué)利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度g。細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘。實驗操作如下： ①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H； ②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼； ③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止。釋放重錘2，同時右手開啟秒表，在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間； ④重復(fù)測量3次下落時間，取其平均值作為測量值t。 請回答下列問題： (1)步驟④可以減小對下落時間t測量的________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差。 (2)實驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了________。 A．使H測得更準確 B．使重錘1下落的時間長一些 C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2M D．使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等 (3)滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差?，F(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？ (4)使用橡皮泥改進實驗后，重新進行實驗測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0。用實驗中的測量量和已知量表示g，得g＝____________________。 解析：(1)對同一物理量多次測量取平均值的目的是減小偶然誤差。 (2)設(shè)系統(tǒng)運動的加速度為a，則根據(jù)牛頓第二定律得mg＝(2M＋m)a，即a＝，而H＝at2，在H一定時，a越小，則t越長，這時測量時間t的誤差越小。因此實驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了使重錘1下落的時間長一些，選項B正確。 (3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法為在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥的質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落。 (4)根據(jù)牛頓第二定律得mg＝(2M＋m＋m0)a，又H＝at2，解得g＝。 答案：(1)偶然　(2)B　(3)在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落。 (4) 3.某同學(xué)用如圖所示裝置來驗證機械能守恒定律。質(zhì)量均為M的物體A、B通過細繩連在一起，物體B上放置質(zhì)量為m的金屬片C，在其正下方h處固定一個圓環(huán)，P1、P2是相距為d的兩個光電門。釋放后，系統(tǒng)由靜止開始運動，當(dāng)物體B穿過圓環(huán)時，金屬片C被擱置在圓環(huán)上，數(shù)字計時器測出物體B通過P1、P2的時間為t。 (1)物體B剛穿過圓環(huán)后的速度v＝________。 (2)實驗中只要驗證________(填正確選項的序號)等式成立，即可驗證機械能守恒定律。 A．mgh＝Mv2　　　　　 B．mgh＝Mv2 C．mgh＝(2M＋m)v2 D．mgh＝(M＋m)v2 (3)本實驗中的測量儀器除了圖中器材和刻度尺、電源外，還需要________。 解析：(1)物體B穿過圓環(huán)后做勻速直線運動，速度v＝。 (2)由題意可知，系統(tǒng)A、B、C減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)增加的動能，即： mgh＋Mgh－Mgh＝(2M＋m)v2，得：mgh＝(2M＋m)v2，故C對。 (3)由mgh＝(2M＋m)v2知，除了刻度尺、光電門、數(shù)字計時器、電源外，還需要天平稱出各物體的質(zhì)量。 答案：(1)　(2)C　(3)天平 4．(2019屆高三太原模擬)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，實驗小組找到一根橡皮筋和一個彈簧測力計，他們進行了如下操作，請將實驗操作和處理補充完整。 (1)用刻度尺測量橡皮筋的自然長度L＝20 cm。 (2)將橡皮筋一端固定在水平面上，用彈簧測力計沿水平方向拉橡皮筋的另一端，測量橡皮筋的長度，記錄測力計的示數(shù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：橡皮筋的彈力與其伸長量成正比，且比例系數(shù)為k＝0.20 N/cm。 (3)將橡皮筋的兩端固定在水平面上的A、B兩點，A、B兩點間距為20 cm。 (4)在彈簧測力計掛鉤上涂抹少許潤滑油，將掛鉤搭在橡皮筋的中點，用手在水平面內(nèi)沿AB的垂直方向拉測力計，穩(wěn)定后如圖甲所示，測得橡皮筋的總長度為30 cm。彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示，則讀數(shù)為F＝________N。 (5)根據(jù)上述數(shù)據(jù)可求得橡皮筋此時的彈力T＝_______N。 (6)在圖甲中根據(jù)給出的標度，作出橡皮筋對彈簧測力計掛鉤拉力的合力F′的圖示。 (7)比較F′與________(填物理量的符號)的大小是否相等、方向是否相反，即可驗證實驗結(jié)論。 解析：(4)由題圖乙可知彈簧測力計讀數(shù)為3.46 N。 (5)橡皮筋伸長量x＝30 cm－20 cm＝10 cm，橡皮筋此時彈力T＝kx＝2.0 N。 (6)橡皮筋兩側(cè)的夾角為60，F(xiàn)1＝F2＝2.0 N，合力F′的圖示如圖所示。 (7)理論上橡皮筋對彈簧測力計掛鉤拉力的合力與彈簧測力計對橡皮筋的拉力等大反向，所以要比較F′與F的大小是否相等、方向是否相反。 答案：(4)3.46(3.45～3.47均可)　(5)2.0(2或2.00均可) (6)見解析圖　(7)F 5．為了用實驗驗證牛頓第二定律，現(xiàn)提供如圖甲所示的實驗裝置。請回答下列問題： (1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響，應(yīng)采取的做法是(　　) A．將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動 B．將木板帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動 C．將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動 D．將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板上 (2)在實驗中得到一條打點的紙帶，如圖乙所示，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則小車加速度的表達式為a＝____________。 (3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，研究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a F圖線，如圖丙所示。圖線________(選填“①”或“②”)是在軌道傾斜情況下得到的；小車及車中的砝碼總質(zhì)量m＝________kg。 解析：(1)為平衡摩擦力，應(yīng)使小車重力沿木板的分力與摩擦力等大反向，此時不能掛鉤碼，且小車應(yīng)做勻速直線運動，C正確。 (2)計算加速度時可由逐差法得到三個加速度再取平均值，此時誤差較小，即 a＝＝ ＝。 (3)軌道傾角太大，即使沒有掛鉤碼小車也能加速下滑，因此圖線①為軌道傾斜的情況下得到的。當(dāng)軌道傾斜時，有F＋mgsin θ－Ff＝ma，當(dāng)F＝0時，有a＝2 m/s2；當(dāng)F＝1 N時，有a＝4 m/s2，代入可得m＝0.5 kg。 答案：(1)C　(2) (3)①　0.5 6．學(xué)習(xí)了機械能守恒定律之后，某研究性學(xué)習(xí)小組自行設(shè)計了“探究彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系”實驗。他們的方法如下： (1)如圖甲所示，在輕彈簧上端連接一只力傳感器，然后固定在鐵架臺上，當(dāng)用手向下拉伸彈簧時，彈簧的彈力可從傳感器上讀出。用刻度尺測量彈簧原長和伸長后的長度，從而確定伸長量。實驗獲得的數(shù)據(jù)如表格所示： 伸長量x/10－2 m 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 彈力F/N 1.60 3.19 4.75 6.38 8.02 (2)以x為橫坐標，F(xiàn)為縱坐標，請你在圖乙的坐標紙上描繪出F與x的關(guān)系圖線。并由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè)，如圖丙所示。調(diào)整導(dǎo)軌水平，使滑塊自由滑動時，通過兩個光電門的時間近似相等。 (4)用天平稱出滑塊的質(zhì)量m＝300 g。 (5)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v，釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為________________。 (6)多次重復(fù)(5)中的操作，在彈簧彈性限度內(nèi)得到v與x的數(shù)據(jù)整理如表所示： 1 2 3 4 5 6 x/10－2 m 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 x2/10－4 m2 1.00 4.00 9.00 16.00 25.00 36.00 v/(ms－1) 0.161 0.321 0.479 0.648 0.800 0.954 v2/(m2s－2) 0.026 0.103 0.230 0.420 0.640 0.910 mv2/J 0.003 9 0.015 5 0.034 5 0.063 0 0.096 0 0.136 5 (7)結(jié)合上面測出的勁度系數(shù)k和滑塊質(zhì)量m，可得到的表達式：__________________。 (8)由上述實驗可得出的結(jié)論：_________________________________________________ _________________________________。 解析：(2)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出的Fx圖像如圖所示， 根據(jù)圖像可得：k＝＝ N/m≈82 N/m。 (5)釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為滑塊的動能。 (7)根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，結(jié)合k＝82 N/m及m＝0.3 kg，歸納得出：kx2＝mv2。 (8)由上述實驗可得出的結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈性勢能與形變量的平方成正比。 答案：(2)見解析圖　82 N/m(80～84 N/m均可)　 (5)滑塊的動能　(7)kx2＝mv2　 (8)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈簧的彈性勢能與形變量的平方成正比 7．(2018江西九校聯(lián)考)利用頻閃照相和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗，步驟如下： ①用天平測出滑塊A、B的質(zhì)量分別為200 g和300 g； ②安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； ③向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣； ④把A、B兩滑塊放到導(dǎo)軌上，并給它們一個初速度，同時開始閃光照相，閃光的時間間隔設(shè)定為Δt＝0.2 s, 照片如圖所示： 結(jié)合實驗過程和圖像分析知：該圖像是閃光4次所得的照片，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0～80 cm刻度范圍內(nèi)；第一次閃光時，滑塊A恰好通過x＝55 cm處，滑塊B恰好通過x＝70 cm處；碰撞后有一個滑塊處于靜止狀態(tài)。 設(shè)向右為正方向，試分析： 滑塊碰撞時間發(fā)生在第一次閃光后________s，碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是________kgm/s，碰撞后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是_________kgm/s。 以上實驗結(jié)果說明，在碰撞過程中保持不變的物理量是__________________________ ________________________________________________________________________。 解析：由題意及題圖易知，第二次、第三次和第四次閃光時，B始終在x＝60 cm處，說明碰后B靜止，滑塊碰撞位置發(fā)生在60 cm處；第一次閃光時A在x＝55 cm處，第二次閃光時A在x＝50 cm處，說明碰前位移為5 cm，碰后位移為－10 cm，設(shè)碰后A的速度為vA′，由題圖可知：vA′Δt＝－20 cm，vA′t1＝－10 cm，所以t1＝Δt＝0.1 s，t0＝Δt－t1＝0.1 s，所以滑塊碰撞時間發(fā)生在第一次閃光后0.1 s；碰前A的速度vA＝ m/s＝0.5 m/s，A的動量pA＝mAvA＝0.20.5 kgm/s＝0.1 kgm/s；碰前B的速度vB＝－ m/s＝ －1 m/s，B的動量pB＝mBvB＝0.3(－1)kgm/s＝－0.3 kgm/s，碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是－0.2 kgm/s；碰后A的速度vA′＝－ m/s＝－1 m/s，A的動量pA′＝mAvA′＝0.2(－1)kgm/s＝－0.2 kgm/s；以上實驗結(jié)果說明，在碰撞過程中保持不變的物理量是兩滑塊的質(zhì)量與速度的乘積之和。 答案：0.1?。?.2?。?.2　兩滑塊的質(zhì)量與速度的乘積之和 8．(2018宜賓模擬)某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置來驗證動能定理。一個電磁鐵吸住一個小鋼球，將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運動。小鋼球經(jīng)過光電門，計時裝置記錄小鋼球通過光電門1和光電門2的擋光時間分別為t1和t2，用刻度尺測得兩光電門中心之間的距離為h，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。 (1)該同學(xué)用游標卡尺測量了小鋼球的直徑，結(jié)果如圖乙所示，小鋼球的直徑d＝________cm。 (2)小鋼球通過光電門1時的速度大小為v1＝_________________________________ _________________________。 (3)若上述測量的物理量滿足關(guān)系式______________________________，則動能定理得以驗證。[(2)、(3)問用所測物理量的字母表示] 解析：(1)根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可得，小鋼球的直徑 d＝0.5 cm＋0.05 mm4＝0.520 cm。 (2)小鋼球通過光電門1時的速度大小為v1＝。 (3)若測量的物理量滿足關(guān)系式m2－m2＝mgh，即2－2＝2gh，則動能定理得以驗證。 答案：(1)0.520　(2)　(3)2－2＝2gh