2010高考物理一轮复习 第4讲《力学实验综合》教案 新人教版

用心 爱心 专心1 第第 4 4 讲讲 力学实验综合力学实验综合 物理 考试说明 中确定的力学实验有 研究匀变速直线运动 探究弹力和弹簧伸长的关系 验证 力的平行四边形定则 验证牛顿运动定律 探究动能定理 验证机械能守恒定律 一 打点计时器系列实验中纸带的处理一 打点计时器系列实验中纸带的处理 1 1 纸带的选取 纸带的选取 一般实验应用点迹清晰 无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带 在 验证 机械能守恒定律 实验中还要求纸带包含第一 二点 并且第一 二两点距离接近 2 0mm 2 根据纸带上点的密集程度选取计数点 根据纸带上点的密集程度选取计数点 打点计时器每打 n 个点取一个计数点 则计数点时间间隔为 n 个打点时间间隔 即 T 0 02n s 一般取 n 5 此时 T 0 1s 3 3 测量计数点间距离 测量计数点间距离 为了测量 计算的方便和减小偶然误差的考虑 测量距离时不要分段测量 尽可 能一次测量完毕 即测量计数起点到其它各计数点的距离 如图所示 则由图可得 1 sSI 12 ssSII 23 ssSIII 34 ssSIV 45 ssSV 56 ssSVI 4 判定物体运动的性质 判定物体运动的性质 若 I S II S III S IV S V S VI S 基本相等 则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动 设 s1 II S I S s2 III S II S s3 IV S III S s4 V S IV S s5 VI S V S 若 s1 s2 s3 s4 s5基本相等 则可判定物体在实验误差范围内作匀变速直线运动 测定第 n 点的瞬时速度 物体作匀变速直线运动时 在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速 度 即测出第 n 点的相邻的前 后两段相等时间 T 内的距离 由平均速度公式就可求得 如上图中第 4 点 的瞬时速度为 T ss T SS v VIV 22 35 4 测定作匀变速直线运动物体的加速度 一般用逐差法求加速度 将如上图所示的连续相等时间间隔 T 内的位移 分成两组 利用可得 I S II S III S IV S V S VI S 2 aTs 2 1 3T SS a IIV 再算出的 平均值 即 就是所测定作匀 2 2 3T SS a IIV 2 3 3T SS a IIIVI 1 a 2 a 3 a 3 321 aaa a 4 s6 365210 s5 s4 s3 s2 s1 S S S S S S 用心 爱心 专心2 变速直线运动物体的加速度 若为奇数组数据则将中间一组去掉 然后再将数据分组利用逐差法求解 二 设计性实验的设计思路与典例分析二 设计性实验的设计思路与典例分析 三三 考试大纲规定的学生实验 考试大纲规定的学生实验 1 长度的测量 游标卡尺和螺旋测微器 长度的测量 游标卡尺和螺旋测微器 1 游标卡尺 游标卡尺 10 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 9mm 比主尺上相邻两个刻度间距离小 0 1mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标读出 0 1 毫米位的数值 游标的第几条刻线 跟主尺上某一条刻线对齐 0 1 毫米位就读几 不能读某 其读数准确到 0 1mm 20 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 95mm 比主尺上相邻两个刻度间距离小 0 05mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标 读出毫米以下的数值 游标的第几条刻线 跟主尺上某一条刻线对齐 毫米以下的读数就是几乘 0 05 毫米 其读数准确到 0 05mm 50 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 98mm 比主尺上相邻两个刻度间距离小 0 02mm 这种卡尺的刻度是特殊的 游标上的刻度值 就是毫米以下的读数 这种卡尺的读数可以准确到 0 02mm 注意 注意 游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的 所以都不再往下一位估读 要知道主要构造的名称 主尺 游标尺 外测量爪 内测量爪 深度尺 紧固螺钉 0 1 23 4 5 6 7 8 90 01234567891 0 题目要求和给题目要求和给 出的条件出的条件 演示和分组实演示和分组实 验的实验原理验的实验原理 物理规律和原物理规律和原 理理 基本仪器的使基本仪器的使 用知识用知识 需测物理量需测物理量 和所需器材和所需器材 实验步骤实验步骤 数据处理数据处理 实验原理实验原理 实验结论及实验结论及 误差分析误差分析 用心 爱心 专心3 2 螺旋测微器 螺旋测微器 固定刻度上的最小刻度为 0 5mm 在中线的上侧 可动刻度每旋转一圈前进 或后退 0 5mm 在可动 刻度的一周上平均刻有 50 条刻线 所以相邻两条刻线间代表 0 01mm 读数时 从固定刻度上读取整 半 毫米数 然后从可动刻度上读取剩余部分 因为是 10 分度 所以在最小刻度后必须再估读一位 再把两部分读数相加 得测量值 要知道主要构造的名称 以下的 依次是 测砧 测微 螺杆 固定刻度 可动刻度 旋钮 微调旋钮和尺架 例例 1 读出下列游标卡尺测量的读数 例 1 解 1 2 98cm 2 6 170cm 3 1 050cm 例 2 读出下列螺旋测微器测量的读数 例 2 解 1 0 642mm 2 10 294mm 例例 3 有一游标卡尺 主尺的最小分度是 1mm 游标上有 20 个小的等分刻度 用它测量一小球的直径 如图甲所示的读数是 mm 用螺旋测微器测量一根金属丝的直径 如图乙所示的读数是 mm 例例 3 解 50 1 731 1 730 1 733 均给分 例例 4 1 某学生用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时 测得的结果如图甲所示 则该金属丝的直径 d mm 另一位学生用游标尺上标有 20 等分刻度的游标卡尺测一工件的长度 测得的结果如图乙所 示 则该工件的长度 L cm 3 4 cm 0 5 10 678 0 10 20 cm 012345 6 0123456789 0 cm 0 10 15 0 5 10 25 30 图乙 0 mm 20 30 25 15 图甲 1 2 3 cm 5 0 10 用心 爱心 专心4 图甲图乙 例例 4 解 1 d 2 706 或 2 705 2 707 L 5 015 例例 5 如下图所示 甲图中游标卡尺的读数为 mm 乙图中螺旋测微器的读数为 mm 例例 5 解 29 75mm 3 205mm 2 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动 1 纸带处理 从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹 清楚的一条 舍掉开始比较密集的点迹 从便于测量的地方取一个开始点 O 然后每 5 个点取一个计数点 A B C 或者说每隔 4 个点取一个 记数点 这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是 0 1s 便于计算 测出相邻计数点间的距离 s1 s2 s3 2 利用 s1 s2 s3 可以计算相邻相等时间内的位移差 s2 s1 s3 s2 s4 s3 如果它们在允许的误差范围内相等 则可以判 定被测物体的运动是匀变速直线运动 3 利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度瞬时速度 v 如 T ss vc 2 32 4 利用纸带求被测物体的加速度加速度 a 具体来说又有 3 种方法 逐差法 从纸带上得到 6 个相邻相等时间内的位移 则 2 321654 9T ssssss a 利用任意两段相邻记数点间的位移求 a 如 2 Tnm ss a nm 利用 v t 图象求 a 求出 A B C D E F 各点的即时速度 画出如右的 v t 图线 图线的斜率就是 加速度 a t s 0 T 2T 3T 4T 5T 6T v ms 1 用心 爱心 专心5 例例 6 在 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 用打点计时器记录纸带运动的时间 计时器所用电 源的频率为 50Hz 图为一次实验得到的一条纸带 纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出 按时 间顺序取 0 1 2 3 4 5 六个计数点 用米尺量出 1 2 3 4 5 点到 0 点的距离如图所示 单位 cm 由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时刻的即时速度大小 v4 m s 小车的加速度大小 a m s2 保留三位有效数字 例例 6 解解 0 405 0 756 例例 7 做匀加速直线运动的小车 牵引一条纸带通过打点计时器 交 流电源的频率为 50Hz 由纸带上打出的某一点开始 每 5 个点剪下一 段纸带 按图所示 使每一条纸带下端与 x 轴重合 左边与 y 轴平行 将纸带段粘贴在直角坐标系中 则小车运动的加速度是 m s2 保留两位有效数字 例例 7 解 由题意可得 每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车 的位移 由图示数据可得 而相隔时间为ms 3 105 7 T 0 02 5s 0 1s 根据 可得小车的加速度为 2 aTs 2 75 0 sma 例例 8 2004 年 7 月 25 日 中国用长征运载火箭成功地发射了 探测 2 号 卫星 右图 是某监测系统每隔 2 5s 拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片 1 已知火箭的长度为 40 m 用刻度尺测量照片上的长度 结果如图所示 则火箭在照 片中第 2 个像所对应时刻的瞬时速度大小 v m s 2 为探究物体做直线运动过程中 s 随 t 变化的规律 某实验小组经过实验和计算得到下 表的实验数据 根据表格数据 请你在下图所示的坐标系中 用纵 横轴分别选择合适的物理量和标度 作出关系图线 并根据图线分析得出物体从 A B 的过程中 s 随 t 变化的定量关系式 x 0123456 22 5 30 0 37 5 45 0 52 5 y mm 60 0 物体运动 的起止点 所测的 物理量 测量次数 12345 AB 时间 t s 0 891 241 521 761 97 时间 t2 s2 0 791 542 313 103 88 位移 s m 0 250 500 751 001 25 用心 爱心 专心6 例例 8 解 1 42m s 2 图略 4 分 2 2 31 0 16 5 t t s 3 探究弹力和弹簧伸长的关系 探究弹力和弹簧伸长的关系 例例 9 某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中 设计了如图所示的实验装置 所用的钩码每只的质量都是 30g 他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将 5 个钩码 逐个挂在弹簧的下端 每次都测出相应的弹簧总长度 将数据填在了下面的表中 弹 力始终未超过弹性限度 取 g 9 8m s2 1 试根 据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小 F 跟弹簧 总长 L 之间的函数关系图线 说明图线跟坐标轴交点的物理意义 2 上一问所得图线的物理意义是什么 该弹簧的劲度 k 是多大 例例 9 解 1 根据实验数据在坐标纸上描出的点 基本上在同一条直线 上 可以判定 F 和 L 间是一次函数关系 画一条直线 使尽可能多的点 落在这条直线上 不在直线上的点均匀地分布在直线两侧 该图线跟横 轴交点的横坐标表示弹簧的原长 2 图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比 由可得 k 25N m x F k 例例 10 08 北京卷 北京卷 某同学和你一起探究弹力和弹 簧伸长的关系 并测弹簧的劲度系数 k 做法是先将 待测弹簧的一端固定在铁架台上 然后将最小刻度是 毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧 并使弹簧另一端的 指针恰好落在刻度尺上 当弹簧自然下垂时 指针指 示的刻度数值记作 L0 弹簧下端挂一个 50g 的砝码时 指针指示的刻度数值记作 L1 弹簧下端挂两个 50g 的 砝码时 指针指示的刻度数值记作 L2 挂七个 50g 的砝码时 指针指示的刻度数值记作 L2 下表记录的是该同学已测出的 6 个值 其中有两个数值在记录时有误 它们的代表符号分别是 和 F N x 10 2m 5 6 8 10 12 1 6 1 2 0 8 0 4 0 砝码质量 g 0306090120150 弹簧总长 cm 6 007 158 349 4810 6411 79 弹力大小 N 用心 爱心 专心7 测量记录表 代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7 刻度数值 cm1 703 405 108 6010 312 1 实验中 L3和 L2两个值还没有测定 请你根据上图将这两个测量值填入记录表中 为充分利用测量数据 该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差 分别计算出了三个差值 11231332 6 90cm 6 90cm 7 00cm n dLLdLLdLL 请你给出第四个差值 dA cm 根据以上差值 可以求出每增加 50g 砝码的弹簧平均伸长量 用 d1 d2 d3 d4L L 表示的式子为 L 代入数据解得 cm L 计算弹簧的劲度系数 k N m g 取 9 8m s2 例例 10 答案 L5 L6 6 85 6 84 6 86 14 05 14 04 14 06 7 20 7 18 37 LL 7 22 1 75 28 1234 44 dddd 4 验证力的平行四边形定则 验证力的平行四边形定则 1 原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条 AB 和一只弹簧秤拉 橡皮 条 AB 的效果相同 这个效果就是指橡皮条的形变量 大小和方向 相同 2 在画力的图示时 必须有箭头 标度 刻度 3 实验往往有一定的偶然误差 只要用平行四边形定则求得的合力 F 和一只弹簧秤的拉力 F 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同 就可以了 例例 11 橡皮筋的一端固定在 A 点 另一端栓上两根细绳 每根细绳分别连着一个量程为 5N 最小刻度为 0 1N 的弹簧测力计 沿着两个不同的方向拉弹簧测力计 当橡皮筋的活动端拉到 O 点时 两根细绳相互 A O B a b c 用心 爱心 专心8 垂直 如图所示 这时弹簧测力计的读数可从图中读出 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N 只须读到 0 1N 在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 例例 11 解 1 2 5N 和 4 0N 2 注意平行四边形中的实线 虚线的区别和箭头 标度 单位 例例 12 李明同学在做 互成角度的两个力的合成 实验时 利用坐标纸记下了橡皮 筋的结点位置 O 点以及两只弹簧秤拉力的大小如图 a 所示 1 试在图 a 中作出无实验误差情况下 F1和 F2的合力图示 并用 F 表示此 力 2 有关此实验 下列叙述正确的是 A 两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B 橡皮筋的拉力是合力 两弹簧秤的拉力是分力 C 两次拉橡皮筋时 需将橡皮筋结点拉到同一位置 O 这样做的目的是 保证两次弹簧秤拉力的效果相同 D 若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变 只 需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可 3 图 b 所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果 其中哪一个实验比较符合实验事实 力 F 是用一只弹簧秤拉时的图示 答 4 在以上比较符合实验事实的一位同学中 造成误差的主要原因是 至少写出两种情况 答 例例 12 解 1 2 A C 3 张华作的符合实验事实 4 1 F1的方向比真实方向偏左 2 F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左 3 作图时两虚线 3 4 01234 5 N N 1 2 3 4 用心 爱心 专心9 结点 绳套 不分别与 F1线和 F2线平行 例例 13 在 验证力的平行四边形定则 的实验情况如图甲所示 其中 A 为固定橡皮筋的图钉 O 为橡皮 筋与细绳的结点 OB 和 OC 为细绳 图乙是在白纸上根据实验结果画出的图 图乙中的 F 与 F 两力中 方向一定沿 AO 方向的是 2 分 本实验采用的科学方法是 2 分 A 理想实验法 B 等效替代法 C 控制变量法 D 建立物理模型法 例例 13 解 F B 例例 14 在 探究求合力的方法 的实验中 需要将橡皮条的一端固定在水平木板上 另一端系上两根细绳 细绳的另一端都有绳套 如图 实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套 并互成角度地拉橡皮条 使橡皮 条伸长 结点到达某一位置O 1 某同学在做该实验时认为 A 拉橡皮条的绳细一些且长一些 实验效果较好 B 拉橡皮条时 弹簧秤 橡皮条 细绳应贴近木板且与木板平面平行 C 橡皮条弹性要好 拉结点到达某一位置O时 拉力要适当大些 D 拉力F1和F 2的夹角越大越好 其中正确的是 填入相应的字母 2 若两个弹簧秤的读数均为 4N 且两弹簧秤拉力的方向相互垂直 则 选填 能 或 不能 用一个量程为 5N 的弹簧秤测量出它们的合力 理由是 例例 14 解 1 ABC 2 不能 因为这两个力的合力大小超出了弹簧秤的量程 5 验证牛顿第二运动定律 验证牛顿第二运动定律 1 了解该实验的系统误差的来源 用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力 由牛顿第二定律可知 由于砂桶也在做匀加速运动 因此砂 和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力 可以推导出结论 只有在小车的总质量 M 远大于砂和砂桶 的总质量 m 时 才能使该系统误差足够小 用心 爱心 专心10 没有考虑摩擦阻力的作用 应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差 2 为研究 a F m 三者的关系 要利用 控制变量法 分别研究 a 与 F a 与 m 的关系 3 用图象法验证 a F a m 1 后者必须用 a m 1图象 不能用 a m 图象 例例 15 一打点计时器固定在斜面上某处 一小车拖着穿过打点计时器的纸带从 斜面上滑下 如右图所示 下图是打出的纸带的一段 已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz 利用下图给出的数据可求出小车 下滑的加速度 a 为了求出小车在下滑过程中所受的阻力 还需要测量的物理量有 用 测得的量及加速度 a 表示阻力的计算式为 f 例例 15 解 1 3 89m s2 2 小车质量 m 斜面上任意两点间距离 l 及这两点的高度差 h mgh l ma 例例 16 某校学习兴趣小组在研究 探索小车速度随时间变化的规律 的实验 图是某次实验得出的纸带 所用电源的频率为 50HZ 舍去前面比较密集的点 从 0 点开始 每 5 个连续点取 1 个计数点 标以 1 2 3 各计数点与 0 计数点之间的距离依次为 d1 3cm d2 7 5cm d3 13 5cm 则 1 物体做 的运动 理由是 2 物体通过 1 计数点的速度 v1 m s 3 物体运动的 加速度 为 a m s2 例例 16 解 1 匀加速直线 s 常数 2 0 375m s 3 1 5m s2 例例 17 某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验 图 a 为实验装置简图 交流电的频率为 50Hz 1 图 b 为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m s2 保留二位有 效数字 打点计时器 图 1 5 12 5 74 6 37 6 98 7 60 8 24 8 85 9 47 单位 cm d1 d2 d3 0123 用心 爱心 专心11 2 保持砂和砂桶质量不变 改变小车质量 m 分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的 数据如下 m 1 表 实验次数12345678 小车加速度 a m s 2 1 90 1 72 1 49 1 25 1 00 0 75 0 50 0 30 小车质量 m kg 0 25 0 29 0 33 0 40 0 50 0 71 1 00 1 67 1 1 kg m 4 00 3 45 3 03 2 50 2 00 1 41 1 00 0 60 请在方格坐标纸中画出图线 并从图线求出小车加速度 a 与质量倒数之间的关系式是 m a 1 m 1 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 该同学根据实验 数据作出了加速度 a 随合力 F 的变化图线如图 c 所示 该图线不通过原点 其主要原因是 例例 17 解 1 a 3 2m s2 2 如图所示 2 1 2 sm m a 作图 3 分 结论 2 分 3 实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 例例 18 某同学在 探究当外力一定时 加速度和质量的关系 的实验时 得到下表中的实验数据 l 这位同学决定使用 a 一 1 m 图象来处理这些数据 而不用 a 一 m 图象来处理这些数据的原因是 2 请作出 a 一 1 m 图象 根据作出的图象 可以得到的结论是 用心 爱心 专心12 例例 18 解 1 a m 图象是曲线 作图误差较大 2 过原点的一条直线 a 1 m 是直线 且过原点 作图误差小 例例 19 现要验证 当合外力一定时 物体运动的加速度与其质量成反比 这一物理规律 给定的器材如下 一倾角可以调节的长斜面 如图 小车 计时器一个 米尺 天平 砝码 钩码若干 实验步骤如下 不考虑摩擦力的影响 在空格中填入适当的公式或文字 1 用天平测出小车的质量 m 2 让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2 记下所用的时间t 3 用米尺测量A1与A2之间的距离s 则小车的加速度 a 4 用米尺测量A1相对于A2的高度h 则小车所受的合外力 F 5 在小车中加钩码 用天平测出此时小车与钩码的总质量 m 同时改变h 使m与h的乘积不变 测出小车从A1静止开始 下滑到斜面底端A2所需的时间t 请说出总质量与高度的乘积不 变的原因 6 多次测量m和t 以m为横坐标 t2为纵坐标 根据实验数据作图 如能得到一条 线 则可验证 当合外力一定时 物体运动的加速度与其质量成反比 这一规律 例例 19 解 2 2 t s s mgh 为了使各次测量中 小车所受的合外力不变 过原点的直线 例例 20 某同学设计了一个 探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系 实验 如图a为实验装置简图 A 为小车 B 为电火花计时器 C 为装有砝码的小桶 D 为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳 对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量 小车运动加速度a可用纸带上的打点求得 用心 爱心 专心13 1 图 b 为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m s2 保留二位有效 数字 2 在 探究加速度与质量的关系 时 保持砝码和小桶质量不变 改变小车质量m 分别得到小车加 速度a与质量m数据如下表 次 数 123456789 小车加速度 a m s 2 1 981 721 481 251 000 750 480 500 30 小车质量m kg 0 250 290 330 400 500 710 751 001 67 根据上表数据 为直观反映F不变时a与m的关系 请在图c方格坐标纸中选择 恰当物理量建立坐标系 并作出图线 如有需要 可利用上表中空格 3 在 探究加速度与力的关系 时 保持小车的质量不变 改变小桶中砝码的 质量 该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d 该图线不通过 坐标原点 试分析图线不通过坐标原点的原因 答 例例 20 解 1 3 2m s2 2 见下图 3 实验前未平衡摩擦力 或平衡摩擦力不充分 d F a 0 D B A C a a ABEDC 6 196 707 217 72 单位 cm b a c 0 1 2 3 4 2 00 1 50 1 00 0 50 a m s 2 1 1 kg m 用心 爱心 专心14 例例 21 在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时 采用如图所示的实验装置 小车及车中的砝码 质量用 M 表示 盘及盘中的砝码质量用 m 表示 小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的 点计算出 当 M 与 m 的大小关系满足 时 才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重 力 一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定 探究加速度 与质量的关系 以下做法错误的是 A 平衡摩擦力时 应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮 系在小车上 B 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 C 实验时 先放开小车 再接通打点计时器电源 D 小车运动的加速度可用天平测出 m 以及小车质量 M 直接用公式 m 求出 在保持小车及车中的砝码质量 M 一定 探究加速度与所受合外力的关系时 由于平衡摩擦力时操作不当 二位同学得到的 关系分别如下图 所示 是小车的加速度 是细线作用于小车的拉力 其原因分别是 图 图 例例 21 解解 ACD C 平衡摩擦力时 长木板的倾角过大了 D 没有平衡摩擦力或木板的倾角过小 6 探究动能定理探究动能定理 例例 22 08 广东卷 广东卷 13 分 某实验小组采用图所示的装置探究 动能定理 图中小车中可放置砝码 实验中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点针时器工作频率为 50 Hz 1 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后 端 用细线连接小车和钩码 将小车停在打点计时器附近 小 车拖动纸带 打点计时器在纸带上打下一列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 用心 爱心 专心15 2 图是钩码质量为 0 03 kg 砝码质量为 0 02 kg 时得到的一条纸带 在纸带上选择起始点 0 及 A B C D 和 E 五个计数点 可获得各计数点到 0 的距离 5 及对应时刻小车的瞬时速度 v 请将 C 点的测 量结果填在表 1 中的相应位置 3 在上车的运动过程中 对于钩码 砝码和小车组成的系统 做正功 做负功 4 实验小组根据实验数据绘出了图中的图线 其中 v2 v2 v20 根据图线可获得的结论是 要验证 动能定理 还需要测量的物理量是摩擦力是 表 1 纸带的测量结果 例例 22 答案 1 接通电 源 释放小车 断开开关 2 5 06 0 49 3 钩砝的重力 小车受摩擦阻力 4 小车初末速度的平方差与位移成正比 小车的质量 例例 23 某兴趣小组在做 探究做功和物体速度变化关系 的实验前 提出了以下几种猜想 W W 2 W 他们的实验装置如图甲所示 PQ 为一块倾斜放置的木板 在 Q 处固定一个速度传感 器 用来测量物体每次通过 Q 点的速度 在刚开始实验时 有位同学提出 不需要测出物体质量 只要 测量点 S cm r m s 1 00 000 35 A1 510 40 B3 200 45 C D7 150 54 E9 410 60 用心 爱心 专心16 测出物体初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的读数就行了 大家经过讨论采纳了该同学的建 议 请你简要说明为什么不需要测出物体的质量 让小球分别从不同高度无初速释放 测出物体初始位置到速度传感器的距离L1 L2 L3 L4 读出 小球每次通过 Q 点的速度 1 2 3 4 并绘制了如图乙所示的L 图象 若为了更直观地看 出L和 的变化关系 他们下一步应怎么做 在此实验中 木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果 为什么 例例 23 解 因为对物体做的功 W 与物体初始位置到测速器的距离 L 成正比 下一步应该绘制 L 2图象 不会 1 分 摩擦力和重力的合力对物体做功也与距离 L 成正比 例例 24 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组装了一套如图所示的装置 另外他们 还找到了打点计时器所用的学生电源 导线 复写纸 纸带 小木块 细沙 当滑块连接上纸带 用细线 通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小桶 滑块处于静止状态 若你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 1 你认为还需要的实验器材有 2 实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重 力大小基本相等 沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 实验时首先要做的步骤是 3 在 2 的基础上 某同学用天平称量滑块的质量 M 往沙桶中装入适量的细沙 用天平称出此时沙和沙桶 的总质量 m 让沙桶带动滑块加速运动 用打点计时器记录其运动情况 在打点计时器打出的纸带上取两 点 测出这两点的间距 L 和这两点的速度大小 v1与 v2 v1 v2 则本实验最终要验证的数学表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 例例 24 解 1 天平 刻度尺 2 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力 3 2 1 2 2 2 1 2 1 MvMvmgL 速度传感器 P L O Q 图甲 图乙 水平实验台 滑轮 小沙桶 滑块 细线 打点计时器 纸带 长木板 用心 爱心 专心17 0 1 2 3 4 5 例例 25 某同学为探究 恒力做功与物体动能改变的关系 设计了如下实验 他的操作步骤是 摆好实验装置如图 将质量为 200g 的小车拉到打点计时器附近 并按住小 车 在质量为 10g 30g 50g 的三种钩码中 他挑选了一 个质量为 50g 的钩码挂在拉线的挂钩 P 上 释放小车 打开电磁打点计时器的电源 打出一条纸 带 1 在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 经测量 计算 得到如下数据 第一个点到第 N 个点的距离为 40 0cm 打下第 N 点时小车的速度大小为 1 00m s 该同学将钩码的重 力当作小车所受的拉力 算出 拉力对小车做的功为 J 小车动能的增量为J 2 此次实验探究结果 他没能得到 恒力对物体做的功 等于物体动能的增量 且误差很大 显然 在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素 请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下 造 成较大误差的主要原因是 例例 25 解解 1 0 196 0 1 2 小车质量没有远大于钩码质量 没有平衡摩擦力 操作错误 先放小车后开电源 7 验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律 本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒 图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端 1 要多做几次实验 选点迹清楚 且第一 二两点间距离接近 2mm 的纸带进行测量 2 用刻度尺量出从 0 点到 1 2 3 4 5 各点的距离 h1 h2 h3 h4 h5 利用 匀变速直线运动中间 时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度 算出 2 3 4 各点对应的即时速度 v2 v3 v4 验证与 2 3 4 各点对应的重力势能减少量 mgh 和动能增加量是否相等 2 2 1 mv 3 由于摩擦和空气阻力的影响 本实验的系统误差总是使 2 2 1 mvmgh 4 本实验不需要在打下的点中取计数点 也不需要测重物的质量 例例 26 在用落体法验证机械能守恒定律时 某同学按照正确的操作选得纸带如右 其中 O 是起始点 A B C 是打点计时器连续打下的 3 个点 该同学用毫米刻度 尺测量 O 到 A B C 各点的距离 并记录在图中 单位 cm 1 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 应记 作 cm 9 51 15 7 12 42 小车 打点 计时器 纸带 P 用心 爱心 专心18 2 该同学用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒 已知当地的重力加速度 g 9 80m s2 他用 AC 段的 平均速度作为跟 B 点对应的物体的即时速度 则该段重锤重力势能的减少量为 而动能的增加量 为 均保留 3 位有效数字 重锤质量用 m 表示 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量 原因是 3 另一位同学根据同一条纸带 同一组数据 也用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒 不过他数了 一下 从打点计时器打下的第一个点 O 数起 图中的 B 是打点计时器打下的第 9 个点 因此他用 vB gt 计 算跟 B 点对应的物体的即时速度 得到动能的增加量为 这样验证时的系统误差总是使重力势能的 减少量 动能的增加量 原因是 例例 26 解 1 OC 15 70 2 1 22m 1 20m 大于 v 是实际速度 因为有摩擦生热 减少的重力势能一部分转化为内能 3 1 23m 小于 v 是按照自由落体计算的 对应的下落高度比实际测得的高度要大 例例 27 08 全国卷全国卷 1 6 分 如图所示 两个质量各为 m1 和 m2 的小物块 A 和 B 分别系在一条跨过 定滑轮的软绳两端 已知 m1 m2 现要利用此装置验证机械能守恒定律 1 若选定物块 A 从静止开始下落的过程中进行测量 则需要测量的物理量有 物块的质量 m1 m2 物块 A 下落的距离及下落这段距离所用的时间 物块 B 下落的距离及下落这段距离所用的时间 绳子的长度 2 为提高实验结果的准确程度 某小组同学对此实验提出以下建议 绳的质量要轻 在 轻质绳 的前提下 绳子越长越好 尽量保证物块只沿竖直方向运动 不要摇晃 两个物块的质量之差要尽可能小 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 3 写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议 例例 27 解 解 1 或 2 3 例如 对同一高度进行多次测量取平均值 选取受 力后相对伸长尽量小的绳子 等等 解析 1 通过连结在一起的 A B 两物体验证机械能守恒定律 即验证系统的势能变化与动能变化是否 相等 A B 连结在一起 A 下降的距离一定等于 B 上升的距离 A B 的速度大小总是相等的 故不需 要测量绳子的长度和 B 上升的距离及时间 2 如果绳子质量不能忽略 则 A B 组成的系统势能将有 一部分转化为绳子的动能 从而为验证机械能守恒定律带来误差 若物块摇摆 则两物体的速度有差别 为计算系统的动能带来误差 绳子长度和两个物块质量差应适当 3 多次取平均值可减少测量误差 绳子伸长量尽量小 可减少测量的高度的准确度 考点 验证机械能守恒 点评 此题为一验证性实验题 要求根据物理规律选择需要测定的物理量 运用实验方法判断如何减小 实验误差 掌握各种试验方法是解题的关键 例例 28 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 使质量为 m 1 00kg 的重物自由下落 打点计时器 在纸带上打出一系列的点 选取一条符合实验要求的纸带如图所示 O 为一个点 A B C 为从合适位置 开始选 取的三个连续点 其他点未画出 已知打点计时器每隔 0 2 秒打一个点 当他的重力加速度为 用心 爱心 专心19 9 8m s2 那么 1 纸带的 端 填 左 或 右 与重物相连 2 根据图上所得的数据 应取图中 O 点到 点来验证机械能守恒定律 3 从 O 点到 2 间中所取的点 重物重力势能的减少量 Ek 能动能增加 Ek 结果取 3 位有效数字 例例 28 解 1 左 2 B 3 1 88 1 84 例例 29 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电源 有交流电 频率为 50Hz 和直流电两种输出 重锤从高处由静止开始落下 重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的进行测量 即可验证机械能守恒定律 1 一同学按如下步骤进行实验 A 用天平测量出重锤的质量 B 按图示的装置安装器件 C 将打点计时器接到电源的直流输出端上 D 接通电源后释放悬挂纸带的夹子 打出一条纸带 E 换用另外纸带 重复步骤 D F 选取合适的纸带 G 测量所选纸带上某些点之间的距离 H 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能 比较二者是否相等 指出其中没有必要进行的步骤是 操作不恰当的步骤是 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度数值 这位同学打出的纸带如图所示 A 点为打下的第一 个点 0 1 2 3 4 5 6 为连续的计数点 现测得 s1 s2 s3 s4 s5 s6分别为 4 03 cm 4 42 cm 4 80 cm 5 18 cm 5 57 cm 5 95 cm 请你根据这条纸带推算此落体过程的加速度 a 为 m s2 保留三位有效数字 3 某同学根据第 2 问求的的加速度数值计算重力势能的变化量 EP 进而验证机械能守恒定律定律 试分析其合理性 例例 29 解 1 A C 用心 爱心 专心20 2 9 58 3 不合理 计算 EP取当地的重力加速度 例例 30 在 验证机械能守恒定律 的实验中 1 选出一条纸带如图所示 其中 O 点为起始点 速度为零 A B c 为三个计数点 打点计时器通以 50Hz 交流电 用最小刻度为 mm 的刻度尺 测得 OA 11 13cm OB 17 69cm Oc 25 90Cm 在计 数点 A 和 B 之间 B 和 C 之间还各有一个点 重锤的质量为 m 取 g 9 8m s2 根据以上数据当打点针 打到 B 点时 重锤的重力势能比开始下落时减小了 这时它的动能是 论是 在忽略误差的情况下 重锤 的机械能守恒 为增加该实验小组实验结果的可靠性 你认为应 该 2 该同学从实验结果发现 当使用钩码拉动纸带下落时 加速度 比实际的重力加速度小 为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差 请你提出一个 有效的改进方法 3 本实验得到的数据与机械能守恒存在一定的差距 你在实验中遇到这种情况时处理的做法是 例例 30 解 1 1 734m 1 704m 说明 本小题中若学生计算误差不大 均给全分 2 2 分 可以重复进行多次 实验或在一次下落过程