光电门等现代技术在力学实验中应用实验解答总结-2024高考实验攻略

5、实验：验证动能定理(探究做功与速度变化的关系) ΔxdΔtΔtΔxdΔtΔt ddvv-vttttta1v-vtt22(dv-vtt则加速度是a=21=212L2L2、用频闪照相的方法、手机录像代替打点计时器．其数据处理方法与纸带类实验处理方法通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小(1)在进行实验时，需要先将长木板倾斜适当的角度，这样做的目的是；还要求重的质量，这样做的目的是。C进行测量的加速度a为纵轴，力F为横轴，得到如图所示的a-F图像如图中图线A所示，现仅增大木板与水平方向夹角，得到的图像可能是图中的(3)为进行更精确的实验，对上述装置进行改进，实验装置如图所示。在气垫导轨上相隔像，探究加速度与力的关系，除了上述已测得的物理量，还需要测量或记录的数据。BA，有F。F(2)由图线A不过坐标原点的原因，可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足，所以增(3)滑块经过两光电门的速度分别为 dv=1v=11 dv=22v=22速度为 dd2121tt即tt即F=mg=MaC．逐步下调光电门的位置，测出多组数据，以h为横坐标，v2为纵坐标，绘制出v2一h图(1)金属球过光电门的速度v=。(3)若未考虑金属小球的半径，从图中的A点开始测量下落高度h，仍然用上述方法，则d【答案】t9.75不变则有dvv=(2)根据自由落体速度与位移公式有v2=2gh31.222g=1.6m31.22g5m/s2(3)若从A点测量，则速度与位移的关系为v2=2gh-d=2gh-gd速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测得旋转半径为r。滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度O(1)下列实验中与这两组同学采用的科学方法不同是。B素C(2)第一组同学在某次实验时，两个钢球质量和转动半径相等，图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:4，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为。 ②第二组同学实验时，以F为纵坐标，以t2为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条如图乙所示直线，图线斜率为k，则滑块的质量为(用k、r、d表示)。【答案】Ckr(2)根据1122F=mO2rF1122，12121122v=OR112212R:R=12(3)滑块圆周运动的速度 dv=v=1F=mv2rmdmd1rt2F=k=krk rkm=m=d【例题4】如图1所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G1和G2为两个光电门，A、B均为弹性滑块，质量分别为mA、mB，且选择mA大于mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下；AAG为t1；(3)A与B相碰后，B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。m【答案】1.195碰撞中滑块A不反弹m=m+mm=m+mAABAAB32②为了A、B碰撞时A不反弹，需满足A的质量大于B的质量。动量为Pmvmd1=A1=At1量为P2=mAv1+mBv2=mA+mBm=m+mm=m+mAABAAB32(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有。A水平C择D描绘的点可以用折线连接(2)如图为一小球做平抛运动时用闪光照相的方法获得的相片的一部分，图中背景小方格cmg=10m/s2。v=Byv=A要BC．做同一次平抛实验时，只需要小球每次从同一位置由静止释放即可，所以斜槽轨道不(2)根据平抛运动在水平方向规律ABBC0x=x=3LABBC0y=gT2=2L时间为T=0.05s0v=3L=0.75m/s0Tv==1v==1m/sBy2T2．小王用如图所示的装置探究物块的加速度与力的关系。小王将光电门固定在水平轨道上重物的质量远小于物块(含遮光条)的质量。(1)若将重物所受的重力视为与物块所受的合力大小相等，则(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。(2)若物块释放后，遮光条(宽度为d)通过光电门的时间为t，则物块通过光电门时的速。dd2【答案】需要t2st2(2)根据光电门测速原理，可知物块通过光电门时的速度大小为dvv=(3)根据v2=2as结合上述解得d da=2a=(1)将小球固定于释放装置上，调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后，在下落(2)用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图乙所示，小球直径d=mm。(3)测量时，应(填选项前的字母序号)，并记录小球通过光电门的遮光时间t。A字计时器B小球(4)已知当地重力加速度为g，由以上测得的相关物理量计算可得小球通过微尘区所受的【答案】6.882(6.881~6.884)Bmg-2ht2【解析】(2)根据螺旋测微器的读数规律，小球的直径为(3)在测量时，因小球下落时间很短，如果先释放小球，有可能会出现时间记录不完整，(4)依题意，小球向下运动的高度为h，通过光电门的速度为dvv=mg-f=mav2=2ah2ht22ht24．某实验小组在探究平抛运动的规律时，建立如图所示的xOy坐标系，小球水平抛出后，2期一定，坐标纸每个小方格的边长均为0.064m，取重力加速度大小g=10ms，则频闪周2=s=0.08s==s=0.08s=T2)可得，竖直方向满足y=l=gT2llgv==ms=1.6v==ms=1.6msTT0.08yb2T2T20.08v=yac=3l=30.064myb2T2T20.08vyb=gttsty=2y=2gt=0.072m0x=4l=0.256m满足x=xx=0.064my=yby=y=yby=0.12m即抛出点的坐标为(0.064，0.12)。(1)让小球紧靠固定挡板，由静止释放，光电计时器记录小球经过光电门A和光电门B所用的时间t1、t2，测出两光电门间的高度差h，小球直径为d，则测得小球经过光电门B时的速度为，测得的重力加速度g=(用测得的物理量的符号表示)。(2)将光电计时器记录小球通过光电门的时间改为记录小球从光电门A运动到光电门B所光电门B的位置不变，多次改变光电门A的位置，每次均让小球从紧靠固定挡板由静止释放，记录每次两光电门间的高度差h及小球从光电门A运动到光电门B所用的为a，则小球经过光电门B时的速度为，则当地的重力加速度大小为。【答案】dt2d2(11d2(11a2k【解析】(1)测得小球经过光电门B时的速度为dv=v=Btt2)t1)t2)t1)B有ht2根据图像可得，则小球经过光电门B时的速度为Bv=aBg=2k6．某实验小组的同学利用如图所示的实验装置完成了“探究向心力与线速度关系”的实验，t为(2)小球通过光电门时力传感器的示数为F0，改变小球释放点的高度，多次操作，记录多组F0、v的数据，作出F0一v2的图像，如果图线的斜率为k，则小球(含挡光片)的质量【答案】dtd2d2dvv=式有d d(2)小球通过最低点时的向心力为细线的拉力与小球(含挡光片)重力的合力，即2m2F=2L+Dv2m22L+Dk=2L+Dm2固定(1)实验前，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块一初速度，使它从导轨左端向AmAB和遮光条的总质量为mB，遮光条的宽度dAB，推动滑g还需要及这些物理量应满足的关系式；(4)写出一条减小(3)中实验系统误差的方法。【答案】11ABmABtt2t2t1)选用质量更大的滑块(或采用计算动量的变化量tt2t1)(2)设B碰前速度大小为v0，碰后速度大小为vB，A碰后速度大小为vA，取水平向左为只需证明下面等式成立即可B0AABBmvB0AABB dddBABmBAB(3)实验中槽码的质量远远小于滑块A的质量，因此可以用槽码的重力代替细线的拉力。tt以及这两次遮光的时间间隔Δt。(4)实验过程中系统向下做加速运动，可知槽码的重力略大于细线的拉力；故系统误差主8．某学习小组采用图所示气垫导轨装置验证滑块碰撞过程中的动量守恒。其主要实验步骤(2)充气后，调节气垫导轨下面的旋钮，导轨左侧放一个滑块并推动滑块，滑块通过两个A(4)在实验误差允许范围内，若表达式(用测得的物理量表示)成立，说明滑块A、Bttt立，说明滑块A、B碰撞间m(4)根据题意可知，滑块A碰撞前的速度为dv=1v=11dv=v=33dv=2v=22111322mv111322 mv=mv+ mv=mv+mvm1v1=m1v3+m2v2211213222，=+，9．验证动量守恒的实验可以在如图所示的气垫导轨上完成，其中左、右两侧的光电门可以开启气垫导轨气源的电源，让滑块A从导轨的左侧向右运动，穿过左侧光电门与静止在两(1)关于实验，下列说法正确的是。A其保持水平(2)在某次实验中，光电门记录的遮光片挡光时间如下表所示。T1T无T2TT3Tm1+m1=m1m11=m11+m21ATTTBTT2T3m1DA要2m2CD．光电门自身就能测量挡光时间，不需要用秒表测定滑块上的遮光片经过光电门的时间，(2)根据光电门测速原理可知，滑块A碰撞前后的速度大小分别为dd1v112T12，d2v23T3m1+m1=m2若碰撞前后总的动能不变，则有 mv=mv+ mv=mv+mv222101222121222m1=m121222123T123测定当地重力加速度g值，某实验小组用图甲所示装置进行实验。长为L的轻质细绳处的N点放有一光电门。(1)用螺旋测微器测出小球的直径D，示数如图乙，小球直径D=cm；(2)将小球拉偏离竖直方向的某位置，用工具测出该位置处的细绳与竖直方向的夹角为9；(3)释放小球，测出小球经过光电门的时间为t，则小球经过光电门的速度为；(4)写出D、L、9、t和g之间的关系式：(忽略空气阻力的影响)；1(5)若多次从不同夹角9处释放，得到cos9和(t)2的关系图像如图丙所示，图像的斜率的绝对值为k，则当地的重力加速度为g=(用D、k、L表示)。。ABC实验误差无影响 cos9=1.DD2 cos9=1.【答案】0.7001t2gLt22kLC【解析】(1)螺旋测微器读数为：固定刻度读数+可动刻度读数0.01mm=7mm+0.1mm01mm=0.7001cm。(3)小球经过光电门的速度为v=(4)根据机械能守恒定律有mgL(1cos9)=mv2整理可得(5)根据k=g=。(2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过(3)取下细线和砝码盘，记下砝码的质量m；(4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门1和量△Ek=(用上述步骤中的物理量表示)。小车下滑过程中，(选填“必，可求出合外力做的功W合=(用上 (5)重新挂上细线和砝码盘，重复(2)~(5)步骤；(6)不考虑遮光条宽度的影响，滑块动能的增量为△Ek1；考虑遮光条宽度的影响，滑块动Ek【答案】0.530M(-)不需要(m0+m)gL>【解析】(1)游标卡尺读数为5mm+0.056mm=5.30mm=0.530cm(4)小车通过光电门1的速度为 dv=11v=11 dv=22v=22Ek=Ek2-Ek1=Mv-Mv=M(-)为砝码和砝码盘的重力，所以不需要测量夹角，合外力做的功为W合=(m0+m)gL d(6)用t算出的为通过光电门中间时刻的瞬时速度，但是实际上应该为通过光电门位移中的增量会大于考虑遮光条宽度影响时滑块动能的增量，即Ek1Ek212．某同学利用如图1所示的实验装置探究动能定理并测量小车(含遮光条)的质量