统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题七物理实验第13讲力学实验考点三“弹簧”“橡皮条”“碰撞”类实验教师用书

考点三“弹簧”“橡皮条”“碰撞”类试验1．“探究弹力和弹簧伸长量的关系”试验的操作关键(1)试验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度；(2)画图象时，不要连成折线，而应尽量让数据点落在直线上或匀整分布在直线两侧．2．“验证力的平行四边形定则”试验的操作关键(1)每次结点稳定时的位置O必需保持不变；(2)登记每次各力的大小和方向；(3)画力的图示时应选择适当的标度．例3[全国乙卷]在“验证力的平行四边形定则”的试验中运用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干．完成下列试验步骤：①用图钉将白纸固定在水平木板上．②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成确定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________．(多选，填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向．④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上依据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示．⑤比较F′和F的________，从而推断本次试验是否验证了力的平行四边形定则．例4[2024·全国甲卷]利用图示的试验装置对碰撞过程进行探讨．让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞．完成下列填空：(1)调整导轨水平．(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg.要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________kg的滑块作为A.(3)调整B的位置．使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等．(4)使A以确定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻起先到各自撞到挡板所用的时间t1和t2.(5)将B放回到碰撞前的位置，变更A的初速度大小，重复步骤(4)．多次测量的结果如下表所示．12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k＝0.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝________(保留2位有效数字)．(7)的平均值为________(保留2位有效数字)．(8)理论探讨表明，对本试验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由推断．若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为________(用m1和m2表示)，本试验中其值为________(保留2位有效数字)；若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞．预料6某爱好小组同学想探究橡皮圈中的张力与橡皮圈的形变量是否符合胡克定律，若符合胡克定律，则进一步测量其劲度系数(圈中张力与整圈形变量之比)．他们设计了如图甲所示试验：橡皮圈上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，橡皮圈下端悬挂钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应橡皮圈下端P的刻度值x，如下表所示：钩码质量m/g20406080100120P点刻度值x/cm5.535.926.306.677.027.40(1)请在图乙中，依据表中所给数据，充分利用坐标纸，作出mx图象；(2)作出mx图象后，同学们绽开了探讨：甲同学认为：这条橡皮圈中的张力和橡皮圈的形变量基本符合胡克定律；乙同学认为：图象的斜率k即为橡皮圈的劲度系数；丙同学认为：橡皮圈中的张力并不等于所挂钩码的重力；……请参加同学们的探讨，并依据图象数据确定：橡皮圈不拉伸时的总周长约为________cm，橡皮圈的劲度系数约为________N/m(重力加速度g取10m/s2，结果保留三位有效数字)．(3)若试验中刻度尺的0刻度略高于橡皮筋上端结点O，则由试验数据得到的劲度系数将________(选填“偏小”“偏大”或“不受影响”)；若试验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则由试验数据得到的劲度系数将________(选填“偏小”“偏大”或“不受影响”)．考点三例3解析：②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上．将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计．用互成确定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还须要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向．故选CD.③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向；⑤比较F′和F的大小和方向，从而推断本次试验是否验证了力的平行四边形定则．答案：②CD③相同位置⑤大小和方向例4解析：（2）在一动一静的弹性碰撞中，质量小的滑块碰撞质量大的滑块才能反弹，故应选质量为0.304kg的滑块作为A.（6）滑块A、B碰后的速度v1＝eq\f(s1,t1)、v2＝eq\f(s2,t2)，因s1＝s2，故有eq\f(v1,v2)＝eq\f(t2,t1)，则k2＝eq\f(0.21,0.67)≈0.31.（7）eq\f(v1,v2)的平均值＝eq\f(2×0.31＋3×0.33,5)≈0.32.（8）设滑块A碰前的速度为v0，若为弹性碰撞，则有：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m1v0＝－m1v1＋m2v2①,\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)＝\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)②))联立①②得：v1＝eq\f(m2－m1,m1＋m2)v0，v2＝eq\f(2m1v0,m1＋m2)则eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2－m1,2m1)＝eq\f(0.510－0.304,2×0.304)≈0.34.答案：（2）0.304（6）0.31（7）0.32（8）eq\f(m2－m1,2m1)0.34预料6解析：（1）须要记录钩码的个数N1、N2和测力计的示数F，还须要记录细绳的方向，故A错误；OA和OB间的夹角并非必需成钝角，只要角度适当即可，故B错误；在作力的图示时，适当减小确定长度的线段对应的力的大小，作图时表示力的长度适当增大，可以减小试验误差，故C正确；方木板不水平放置也可使线拉