【物理】2019届二轮复习力学实验学案（江苏专用） 22页

专题八　力学实验 考情分析 ‎2016‎ ‎2017‎ ‎2018‎ 力学实验 T11：验证机械能守恒定律 T10：探究恒力做功与物体动能变化的关系 T11：测量重力加速度 命题解读 本专题有六个实验，分别为“速度随时间变化的规律”、“力的平行四边形定则”、“加速度与物体质量、物体受力的关系”、“探究动能定理”、“验证机械能守恒定律”、“验证动量守恒定律”。其中验证动量守恒定律为2019年江苏考纲新增必考实验。从三年命题情况看，命题特点为：‎ ‎(1)注重基础。如各种器材的特性、使用等，一般穿插在综合问题中命题。‎ ‎(2)拓展创新。如以考纲中的几个实验原理为立足点，合理创新，考查学生的实验能力，突出选拔功能。‎ 整体难度偏难，命题指数★★★★★，复习目标是达B冲A。‎ ‎1.(2018·无锡市锡山中学高三月考)在“力的合成的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮筋的一端固定于P点，用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到O点，记下拉力F合的大小和方向。‎ 图1　　　　　　　　　图2‎ ‎(1)改用两只弹簧测力计拉伸橡皮筋，记下两个分力，如图1所示。请指出图中两处操作错误 __________________、____________________。‎ ‎(2)纠正错误后，记下两分力F1、F2的大小和方向。如图2所示，用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示F1和F2‎ 的线段为邻边作平行四边形，由图可得，F1和F2的合力F＝________N。‎ ‎(3)在图2中，表示F合的线段不在平行四边形的对角线上，上述实验误差产生的原因可能有哪些_______________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ 解析　(1)两处错误是：橡皮筋的端点没有再次回到O点；拴在橡皮筋上的细绳套太短；‎ ‎(2)由图可得，F1和F2的合力F＝4.5 N；‎ ‎(3)误差原因：力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确等。‎ 答案　(1)图中有两处操作错误：①橡皮筋的端点没有再次回到O点；②拴在橡皮筋上的细绳套太短。　(2)4.5　(3)上述实验误差产生的原因可能有力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确；等等。‎ ‎2.(2018·江苏省高考压轴冲刺卷)某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带的一部分如图3所示，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10 s。该同学将纸带从每个计数点处截断，得到6条短纸带，再把6条短纸带的下端对齐贴在纸上，以纸带下端为横轴建立直角坐标系，并将刻度尺边缘紧靠纵轴，其示数如图4所示。(以下结果均保留两位有效数字)‎ 图3　　　　　　　　　　图4‎ ‎(1)打下计数点“2”时小车的速度大小为________m/s。‎ ‎(2)小车的加速度大小为________m/s2。‎ ‎(3)在某次实验中，若该同学所用交流电的频率小于50 Hz，则加速度的测量值________(填“＞”“＝”或“<”)真实值。‎ 解析　(1)依据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，那么计数点“2”时小车的速度大小为v2＝＝0.47 m/s。‎ ‎(2)由逐差法可得 a＝ m/s2‎ ‎＝0.70 m/s2。‎ ‎(3)频率小，则打点周期变长，即实际两点间时间大于0.10 s，故测量值会偏大。‎ 答案　(1) 0.47　(2)0.70　(3)>‎ ‎3.(2018·常州市模拟)如图5甲所示，光滑小钢球从电磁铁下边缘自由下落，经过小球竖直下方的光电门的水平细激光束时，毫秒计时器记录下小球的挡光时间Δt，测出小球直径d以及释放前小球球心到光电门光孔的竖直距离为h，小芳希望能精确测量当地的重力加速度。‎ 图5‎ ‎　(1)如图乙为测量小球直径的放大图，小球的直径d＝________mm。‎ ‎(2)在某次测量中，测得小球通过光电门的时间为Δt＝2.0 ms，小球下落高度h＝0.84 m，根据这些数据，可求得的重力加速度g＝________m/s2。(保留三位有效数字)‎ ‎(3)该测量结果与当地的重力加速度有较大的误差，小芳同学通过反思后提出了四种原因，你认为合理的是________。‎ A.小球下落时受到了空气阻力 B.小球下落后受到铁芯的引力 C.小球下落的高度不够大 D.小球通过光电门时球心偏离细光束 ‎(4)经过讨论后小芳改变测量方案：她重新设置光电门，测量小球从释放到触及光电门光线的时间t，并测量小球每次释放时到光电门光孔的高度h，并计算出每次下落的平均速度v，得到数据如下表所示，在坐标系中作v－t图象，根据图象可得重力加速度为________m/s2。(保留两位有效数字)‎ h/m ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ t/s ‎0.20‎ ‎0.286‎ ‎0.350‎ ‎0.404‎ ‎0.447‎ v/m·s－1‎ ‎0.98‎ ‎1.32‎ ‎1.70‎ ‎1.92‎ ‎2.24‎ 解析　(1) 游标卡尺的主尺读数为：0.8 cm，游标尺上第8个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为8×0.05 mm＝0.40 mm，所以最终读数为：8.0 mm＋0.40 mm＝8.40 mm；‎ ‎(2) 由题意可知，通过光电门的瞬时速度v＝，根据运动学公式v2＝2gh，‎ 则有：g＝＝10.5 m/s2；‎ ‎(4)根据表格中的数据进行描点，将所描点连成一条直线如图：‎ 由公式v＝a×＝t，即图象斜率为＝k，在图象中求出斜率可得：a＝9.8 m/s2。‎ 答案　(1)8.40　(2)10.5 m/s2　(3)D (4)如解析图所示　9.5～9.8‎ ‎　基本仪器的使用和读数 ‎1.关于基本仪器的使用 ‎(1)游标卡尺：测外径或厚度在卡脚下方测量，不能将小测量物靠近主尺放置；要认准游标“0”刻度在哪，读数时应轻轻“锁定”游标。‎ ‎(2)螺旋测微器：测量长度较小的物体；要注意0.5 mm刻度线在上方还是下方；听到“咯、咯”声之后要换用微调；读数时应轻轻“锁定”可动部分。‎ ‎(3)弹簧测力计：使用前应校零，选择弹簧测力计时，要选力的方向通过弹簧轴线的，必要时要选对拉时读数相同的弹簧测力计。‎ ‎(4)打点计时器：电火花打点计时器使用的是220 V交流电源；电磁打点计时器使用的是6 V以下低压交流电源。‎ ‎2.关于基本仪器的读数 ‎(1)注意使用的刻度尺或弹簧测力计的最小分度值。应估读到其最小分度的，读数或测量值为：整数部分(单位)＋格×最小分度(单位)，统一单位后得最后结果。‎ ‎(2)注意游标卡尺的精度是多少(即游标部分格数的倒数)，测量时还要注意看准是第几(用n表示)条游标刻度线与主尺上的某条刻度线对齐，读数或测量值为：主尺部分(单位)＋n×精度(单位)，三种游标卡尺的精度分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm。统一单位后得最后结果。注意游标卡尺测长度不需要估读。‎ ‎(3)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。‎ ‎【例1】 (1)(2018·江苏省海安高级中学月考)图6甲中游标卡尺读数为__________cm，图乙中螺旋测微器读数为________mm。‎ 图6‎ ‎(2)利用图7所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量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。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下的四种测量方案：‎ 图7‎ ‎　A.用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v B.用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度v 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，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h D.用刻度尺测出物体下落的高度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，测算出瞬时速度v 以上方案中只有一种正确，正确的是________。(填入相应的字母)‎ 在实验中，某同学根据实验测得的数据，通过计算发现，重锤在下落过程中，重锤动能的增加量略大于重锤势能的减少量，若实验测量与计算均无错误，则出现这一问题的原因可能是(　　)‎ A.重锤的质量偏大 B.交流电源的电压偏高 C.交流电源的频率小于50 Hz D.重锤下落时受到的阻力过大 解析　(1)游标卡尺读数为L＝6 mm＋11× mm＝6.55 mm＝0.655 cm。‎ 螺旋测微器的读数为d＝8.5 mm＋30.0×0.01 mm＝8.800 mm。‎ ‎(2)该实验是验证机械能守恒定律的实验。因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒。如果把重物的实际运动看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证了。其中A、B、C三项都是运用了自由落体的运动规律求解的，故选项A、B、C错误；D是运用匀变速直线运动规律求解的，所以正确的是选项D。‎ 根据mgh＝mv2可知，测量结果与重锤质量m无关，选项A错误；由v＝可知，测量结果与电压U无关，所以选项B错误；由ΔEk＝mv2，其中v＝＝，所以若实际交流电源的频率小于50 Hz，而将f＝50 Hz代入上式求出的速度要大于实际速度，从而导致ΔEk>mgh，所以选项C正确；根据能量守恒定律可知，若重锤下落时受到的阻力过大，则重锤动能的增加量应小于重力势能的减少量，选项D错误。‎ 答案　(1)0.655　8.800　(2)D　C ‎【变式1】 (2018·南京、盐城高三一模)(1)用游标卡尺测量小球的直径如图8甲、乙所示。测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)。‎ 图8‎ ‎(2)用螺旋测微器测量合金丝的直径，如图9，此示数为________mm。‎ 图9‎ ‎(3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50 Hz，打出一段纸带如图10所示。纸带经过计数点2时，测得的瞬时速度v＝________m/s。若实验时交流电源频率大于50 Hz，则纸带经过2号点的实际速度________(选填“大于”“小于”“等于”)测量速度。‎ 图10‎ 解析　(1)甲图中夹小球的两个测爪为外测爪，测物体的外径，所以甲正确。‎ ‎(2)由螺旋测微器的读数方法，可知d＝6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。‎ ‎(3)计数点2的速度v＝＝ m/s＝0.36 m/s；而v＝＝，若f＞50 Hz，则实际速度大于测量速度。‎ 答案　(1)甲　(2)6.700　(3)0.36　大于 ‎　基本实验方法与数据处理 ‎1.力学实验的基本方法 力学实验的基本方法就是测量力、位移、时间等的方法。测力可以用弹簧测力计，也可以用天平测出质量求得力，还可以根据牛顿运动定律或动能定理等测出相关物理量来求得力。测位移主要用到打点计时器、频闪照相、位移传感器结合示波器或给定图象和用测长度的仪器测量，也可以根据牛顿运动定律或动能定理等求得相关物理量来求得位移。测时间主要用到打点计时器、秒表、光电门等仪器，也可根据题目中已知装置、图象结合相关规律求得时间。‎ ‎2.数据处理方法 ‎(1)作图法：作图必须规范，要有两个箭头、两个物理量及单位，标度必须标注完整，要使图线分布在坐标纸的较大区域内，要根据两个坐标轴物理量间的关系考虑是拟合直线还是平滑的曲线，还要考虑截距的物理意义。‎ ‎(2)数学方法 ‎①“平均速度法”求速度：vn＝。‎ ‎②“逐差法”求加速度：设相邻相同时间T内物体的位移分别为x1、x2…x6，‎ 加速度a＝。‎ ‎3.有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止，共有几个数字，就是几位有效数字。‎ ‎4.误差 ‎(1)由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统误差，特点是测量值总偏大或偏小。‎ ‎(2)由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量物的影响而产生的误差是偶然误差，特点是有时偏大有时偏小，可用多次测量求平均值减小偶然误差。‎ ‎【例2】‎ ‎ (2018·无锡市锡山中学高三月考)某实验小组应用如图11甲所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码和砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接交流电的频率为50 Hz。实验步骤如下：‎ A.按图甲所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；‎ B.调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；‎ C.挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；‎ D.改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度。‎ 图11‎ 根据以上实验过程，回答以下问题：‎ ‎(1)对于上述实验，下列说法正确的是________。‎ A.小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等 B.实验过程中砝码盘处于超重状态 C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 D.弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半 E.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量 ‎(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度为________m/s2。(结果保留2位有效数字)‎ ‎(3)由实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象(如下图)，与本实验相符合是________。‎ 解析　‎ ‎(1)由图可知，小车的加速度是砝码盘的加速度大小的2倍，故选项A错误；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故选项B错误；与小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故选项C正确；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故选项D错误；由于不是用砝码的重力代替小车的拉力，而是有弹簧测力计读出拉力，故不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件，故选项E错误。‎ ‎(2)在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即Δx＝aT2，得：a＝＝ m/s2＝0.16 m/s2。‎ ‎(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故选项A符合。‎ 答案　(1)C　(2) 0.16　(3)A ‎【变式2】 (2018·苏锡常镇四市调研)某同学用图12所示的实验装置“探究恒力做功与小车动能变化的关系”。‎ 图12‎ ‎(1)为了能用砂和砂桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功，本实验中小车质量M________(填“需要”或“不需要”)远大于砂和砂桶的总质量m。‎ ‎(2)图13为实验得到的一条清晰的纸带，A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，sAD＝________cm。已知电源频率为50 Hz，则打点计时器在打D点时纸带的速度 v ＝________ m/s(保留两位有效数字)。‎ 图13‎ ‎(3)该同学画出小车动能变化与拉力对小车所做的功的ΔEk－W关系图象，由于实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤，他得到的实验图线(实线)应该是________。‎ 解析　(1) 为了能用砂和砂桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功，则绳中拉力要等于砂和砂桶的总重力，即小车质量M需要远大于砂和砂桶的总质量m。‎ ‎(2)由图得sAD＝2.10 cm 打点计时器在打D点时纸带的速度 v＝＝ m/s＝0.50 m/s ‎(3)理论线ΔEk＝W＝Fx，实验线ΔEk＝W′＝Fx－fx，则随着功的增大，两线间距变大，故选项D正确。‎ 答案　(1)需要　(2) 2.10　0.50　(3) D ‎　力学实验设计 ‎“长木板(带滑轮)、小车、纸带、打点计时器”体系装置，主要来“研究速度随时间的变化”、“加速度与物体质量、物体受力的关系”、“探究动能定理”、“验证机械能守恒以及测定动摩擦因数”等几个实验。“长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及注意事项如下：‎ ‎(1)在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“探究动能定理”的实验中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力的方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀速下滑。‎ ‎(2)在测定动摩擦因数的实验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这样才能使压力等于木块的重力，细线对木块的拉力沿水平方向。‎ ‎(3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的重力。如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不需要M车m挂。‎ ‎(4)对于纸带，常见有以下三大应用：①由纸带确定时间；②求解瞬时速度；③用“逐差法”求加速度。但有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：①求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v＝；②求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝。‎ ‎【例3】 (2018·江苏省南京市、盐城市模拟)某同学利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度。‎ ‎(1)使用如图14甲所示的游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的________是否对齐。用已检查好的游标卡尺测量钢球的直径d时，如图乙所示d＝ ________mm；‎ 图14‎ ‎(2)如图丙所示，将光电门固定在桌子边缘，测量桌面离地高度H；钢球通过光电门的挡光时间Δt，抛出后落地点到桌子边缘的水平距离x。请写出重力加速度的表达式g＝________(用测量的物理量符号表示)；‎ ‎(3)如果光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，则重力加速度g的测量值________真实值(选填“>”、“＝”或“<”) 。‎ 解析　(1)使用游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的零刻度是否对齐，游标卡尺的游标零刻度刚好与主尺上的零刻度对齐，所以钢球的直径d＝5.0 mm；‎ ‎(2) 钢球通过光电门时的速度即钢球做平抛运动的初速度为v0＝，根据平抛运动的规律可知：‎ 竖直方向：H＝gt2，‎ 水平方向：x＝v0t 由以上各式解得g＝；‎ ‎(3)由(2)中分析可知：g＝，由于光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，所以钢球通过光电门后做减速运动，所以钢球做平抛运动的初速度小于v0，故测量的重力加速度偏大。‎ 答案　(1)零刻度线　5.0　(2)　(3)>‎ ‎【变式3】 (2018·江苏苏州市模拟)某实验小组利用如图15甲所示的实验装置测量小物块与水平面之间的动摩擦因数。弹簧左端固定在挡板上，带有遮光条的小物块将弹簧压缩至C处由静止释放，小物块运动一段距离后与弹簧分离，接着通过P处光电计时器的光电门，最后停在水平面上的B处。已知重力加速度为g。‎ 图15‎ ‎(1) 用游标卡尺测量遮光条的宽度d，其读数刻度如图乙所示，则d＝________mm。‎ ‎(2) 为了测量动摩擦因数，还需要测量的物理量(写出需要测量的物理量及其符号)是：①______________________；②____________________。由此可得动摩擦因数μ＝________。(用测量的量表示)‎ ‎(3) 若已经测得物块与水平面间的动摩擦因数为μ，物块质量为m，只需再测出物块释放处到最终停止处的距离s，即可测出物块释放时弹簧的弹性势能，试写出弹性势能Ep的表达式________________。‎ 解析　(1)主尺的刻度：4 mm，游标尺上的第6个刻度与主尺的刻度对齐，读数是：0.05×6 mm＝0.30 mm，总读数：4 mm＋0.30 mm＝4.30 mm；‎ ‎(2)实验的原理：根据遮光条的宽度与滑块通过光电门的时间即可求得滑块的速度：v＝； P到B的过程中，摩擦力做功，根据动能定理得－μmgx＝0－mv2；联立以上两个公式得动摩擦因数的表达式：μ＝；‎ 还需要测量的物理量是：遮光条通过光电门的时间t ‎；光电门到物块停止处的距离x；‎ ‎(3) 根据功能关系，释放物体后，弹簧的弹性势能减小，通过摩擦力做功，转化为内能，则有Ep＝Wf＝μmgs。 ‎ 答案　(1) 4.30　(2)①遮光条通过光电门的时间t　②光电门到物块停止处的距离x　　(3) Ep＝μmgs ‎ ‎ ‎1.(2018·天津理综，9)(1)质量为0.45 kg的木块静止在光滑水平面上，一质量为0.05 kg的子弹以200 m/s的水平速度击中木块，并留在其中，整个木块沿子弹原方向运动，则木块最终速度的大小是________ m/s。若子弹在木块中运动时受到的平均阻力为4.5×103 N，则子弹射入木块的深度为________ m。‎ ‎(2)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，其中正确的有________。‎ 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用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，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是________。‎ 解析　(1)子弹打木块的过程，子弹与木块组成的系统动量守恒，由动量守恒定律有mv0＝(M＋m)v，将已知条件代入解得v＝20 m/s；由功能关系可知，Q＝fd＝mv eq oal(2,0)－(M＋m)v2，解得d＝0.2 m。‎ ‎(2)①由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，A、D项错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点O必须在同一位置，但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点O的位置可以与前一次不同，B项正确；使用测力计测力时，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，C项正确。②为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，A项错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量大，所以B项正确，C、D项错误。‎ 答案　(1)20　0.2　(2)①BC　②B ‎2.(2018·江苏省如东县检测)为了“探究加速度与力、质量的关系”‎ ‎(1)小亮利用如图1所示的实验方案，探究小车质量一定时加速度与合外力之间的关系，图中上下两层水平轨道，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合外力大小，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，并同时停止。‎ 图1‎ ‎①实验前，下列操作必要的是________。‎ A.选用质量不同的两辆小车 B.选取砝码和砝码盘的总质量相同 C.使砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 D.将轨道右端适当垫高，使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动，以平衡摩擦力 ‎②他测量了两小车的位移分别为x1、x2，则＝________。‎ ‎(2)小明用如图2所示的装置进行实验 ‎①打出的一条纸带如图3所示，计时器打点的时间间隔为0.02‎ ‎ s。他从比较清晰的A点起，每五个打点间隔取一个计数点，测量出各点到A点的距离标在纸带上各点的下方，则小车运动的加速度为________m/s2(计算结果取两位有效数字)。‎ 图2　　　　　　　　　图3　　　‎ 图4　　　　　　　　图5‎ ‎②实验前由于疏忽，小明遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图象，可能是图4中的图线________(选填“1”或“2”或“3”) 。‎ ‎③调整正确后，他作出的a－F图象末端明显偏离直线，如果已知小车质量为M，某次所挂钩码质量为m，重力加速度为g，则图5中坐标a1应为________，a2应为________。‎ 解析　(1)①实验中对小车质量是否相同没有要求，故选项A错误；此实验要保证小车的质量一定，改变力F的大小，故选取砝码和砝码盘的总质量不应该相同，选项B错误；本实验需要用砝码盘和砝码的重力代替小车所受的合外力，所以需要平衡摩擦力，即将轨道右端适当垫高，使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动，且应该满足砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量，选项C、D正确。‎ ‎②在初速度为零的匀变速直线运动中有x＝at2，因运动时间相等，则位移与加速度成正比。小车1、2的加速度之比为＝。‎ ‎(2)①每五个点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2得a＝＝＝×10－2 m/s2≈0.35 m/s2‎ ‎②遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，即F≠0时，a＝0。故图线为3。‎ ‎③‎ 没有偏离直线时，可以用砝码盘和砝码的总重力代替小车受到的合力，根据牛顿第二定律得a1＝。偏离直线后，把砝码以及小车看成一个整体，根据牛顿第二定律求出a2＝。‎ 答案　(1)①CD　②　(2)①0.34～0.36　②3‎ ‎③　 ‎3.(2018·江苏省如东县检测)在“探究动能定理”实验中，某实验小组采用如图6所示的装置，在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N，滑块上固定一遮光条，细线绕过定滑轮将滑块与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码。已知遮光条的宽度为d，滑块与遮光条的总质量为m。‎ 图6‎ ‎(1)接通气源，滑块从A位置由静止释放，读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2，力传感器的示数F，改变钩码质量，重复上述实验。‎ ‎①为探究在M、N间运动过程中细线拉力对滑块做的功W和滑块动能增量ΔEk的关系，还需要测量的物理量是________________________(写出名称及符号)。‎ ‎②利用上述实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为________________________。 ‎ ‎(2)保持钩码质量不变，改变光电门N的位置，重复实验，根据实验数据作出从M到N过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N点时动能Ek的关系图象，如图7所示，由图象能探究动能定理，则图线斜率约等于________，图线在横轴上的截距表示________。‎ 图7‎ ‎(3)下列不必要的实验操作和要求有________(请填写选项前对应的字母)。‎ A.调节气垫导轨水平 B.测量钩码的质量 C.调节滑轮使细线与气垫导轨平行 D.保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 解析　(1)①根据动能定理的表达式：FL＝mv－mv，还需要测出光电门M、N间的距离L。‎ ‎②v1＝，v2＝，利用实验中直接测量的物理量表示需探究的动能定理的表达式为：FL＝md2(－)‎ ‎(2)根据动能定理的表达式：W＝mv2－mv＝EkN－EkM，W与滑块到达N点时动能Ek的关系图象中，图线的斜率等于1，图线在横轴上的截距表示滑块经过光电门M时的动能。‎ ‎(3)因为有力传感器测量滑块受到的拉力，所以不必测量钩码的质量，也不必保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量。‎ 答案　(1)①光电门M、N间的距离L ‎ ②FL＝md2(－)　(2)1　滑块经过光电门M时的动能　(3)BD ‎4.(2018·江苏省泰兴中学检测)某实验小组利用如图8所示的气垫导轨实验装置来“探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系”。‎ 图8‎ ‎(1)做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间(遮光条的遮光时间)分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，遮光条宽度d。则滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝________；经过光电门2时的速度表达式v2‎ ‎＝__________，滑块加速度的表达式a＝ ________。(以上表达式均用已知字母表示)。‎ ‎(2)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h。关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h”的正确操作方法是__________。‎ A.M增大时，h增大，以保持二者乘积增大 B.M增大时，h减小，以保持二者乘积不变 C.M减小时，h增大，以保持二者乘积不变 D.M减小时，h减小，以保持二者乘积减小 解析　(1)滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝，经过光电门2时的速度表达式v2＝，‎ 滑块加速度a＝＝。‎ ‎(2)滑块的合力F合＝Mg，为了保持滑块所受的合力不变，所以M和h不能同时增大或减小，故选项B、C正确。‎ 答案　(1)　　　(2)BC ‎5.(2018·江苏省仪征中学期初考试)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤如下：‎ 图9‎ ‎①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；‎ ‎②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图9甲所示。在A端向右拉动木板，等弹簧秤读数稳定后，将读数记作F；‎ ‎③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：‎ G/N ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ ‎3.00‎ ‎3.50‎ ‎4.00‎ F/N ‎0.62‎ ‎0.83‎ ‎0.99‎ ‎1.22‎ ‎1.37‎ ‎1.61‎ ‎④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；‎ ‎⑤滑块由静止释放后开始运动，最终停在木板上D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间距离s。‎ 完成下列作图和填空：‎ ‎(1)根据表中数据在给定的坐标纸上作出F－G图线。‎ ‎(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留两位有效数字)。‎ ‎(3)滑块最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。‎ 解析　(1)根据描点法在F－G图象上描出各点，再连接起来，如图所示。‎ ‎(2)由图甲可知F＝μG，则F－G图象上的直线的斜率代表μ值的大小，由F－G图象可知μ＝＝0.40。‎ ‎(3)当重物P刚好下落到地面时，滑块的速度v最大，此时滑块的位移为h，此后滑块做加速度为μg的匀减速运动，由公式v2－v＝2as知滑块的最大速度vmax满足：v＝2μg(s－h)，则vmax＝。‎ 答案　(1)如解析图所示 ‎ ‎(2)0.40(0.38～0.42均正确)‎ ‎(3) ‎ ‎6.(2018·湖北部分重点中学模拟)某同学用图示10装置研究弹性正碰。实验中使用半径相等的弹性小球1和2，且小球1的质量大于小球2的质量，不计空气阻力。实验主要步骤如下：‎ 图10‎ 安装好实验装置，做好测量前的准备。‎ 第一步：先将木板竖直固定于斜槽前端边缘处的C点，且板面与纸面垂直，在木板上记下置于C点小球的位置，然后将木板向右平移适当的距离，并固定。‎ 第二步：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并撞在木板上。重复多次，用尽可能小的圆把小球1的所有落点圈在里面，其圆心处就是小球1落点的平均位置。‎ 第三步：把小球2放在斜槽前端边缘处的C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与第二步同样的方法分別标出碰撞后两小球落点的平均位置。‎ 第四步：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置到O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)若C点到木板的距离为x，小球1落点到O点的距离为y，重力加速度为g，则小球1做平抛运动的初速度v0＝________。‎ ‎(2)上述实验中，P点是____________的平均位置，N点是______________________的平均位置，M点是____________的平均位置。‎ ‎(3)若满足条件________________(用测量量表示)，则两小球发生的碰撞是弹性正碰。‎ 解析　(1)小球1做平抛运动，水平方向：x＝v0t，竖直方向：y＝gt2，解得：v0＝＝x。‎ ‎(2)根据平抛运动规律及小球速度大小的关系易知，上述实验中，P 点是小球1落点的平均位置，N点是小球1与小球2碰撞后小球1落点的平均位置，M点是小球2落点的平均位置。‎ ‎(3)若两小球发生弹性碰撞，则满足动量守恒及能量守恒，则满足：m1v0＝m1v1′＋m2v2，m1v＝m1v1′2＋m2v；联立解得：v0＝v2－v1′，即，即。‎ 答案　(1)x　(2)小球1落点　小球1与小球2碰撞后小球1落点　小球2落点　(3) ‎