2024届高考物理三轮冲刺精微专题－第02讲 弹簧、橡皮条类实验等

第页（共4页）第2讲弹簧、橡皮条类实验等1．掌握弹簧、橡皮筋类测量弹力的大小问题；2．掌握利用平抛运动规律验证碰撞、守恒类问题；3．掌握探究向心力大小与半径、加速度、质量的关系的数据处理方法；考向1“弹簧、橡皮条”类实验1．实验类型实验探究弹簧弹力和形变量的关系探究两个互成角度的力的合成规律图示注意事项(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度；(2)画图像时，不要连成“折线”，而应让尽量多的数据点坐落在直线上或均匀分布在直线两侧(1)每次拉伸后结点O的位置必须保持不变；(2)记下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2．“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验的两点注意（1）对“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验题目，不要忽视弹簧自身重力对实验的影响，若实验时弹簧竖直悬挂，形变量应是总长度减去弹簧不挂钩码时竖直悬挂的长度，而不是减去水平放置时的长度。（2）F­x和F­l图线的特点（x为弹簧形变量，l为弹簧长度）①F­x图线为一条过原点的直线，而F­l图线为一条倾斜直线，但不过原点，在l轴上的截距表示弹簧的原长。②F­x图线和F­l图线的斜率均表示弹簧的劲度系数。③F­x图线和F­l图线发生弯曲的原因是弹簧超出了弹性限度。3．“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的基本思路在误差允许的范围内，保证两个力的作用效果同第三个力的作用效果相同。[例1]（2023·陕西·校联考一模）如图所示的实验装置可以用来验证机械能守恒定律，弹簧上端连接一个力传感器，力传感器固定在铁架台横梁上，弹簧下端连接一枚钢球。钢球上固定一个挡光片，钢球和挡光片总质量为m。调整两个光电门的位置，使得钢球由静止释放后能够通过光电门A和光电门B。测出光电门A、B与弹簧自然状态时最下端距离分别为、，重力加速度g。（1）用螺旋测微器测量光电门挡光片厚度如图所示，则光电门挡光片厚度．（2）实验过程中测得遮光片经过光电门A、B时力传感器的读数分别为、，遮光片经过光电门A、B时的挡光时间分别为、，若则表明小球从A到B过程动能（填“增加”或“减少”）（3）小球从光电门A运动到光电门B的过程中，由于弹簧弹力与伸长量成正比，可用平均力计算克服弹力所做的功；然后根据实验数据得出小球机械能减少量，比较W和，若两者在误差范围内近似相等，则小球和弹簧组成的系统机械能守恒。【答案】2.040/2.041增加【详解】（1）[1]螺旋测微器的分度值为，则遮光片厚度为由于最后一位是估读，所以读数为或均可。（2）[2]钢球经过光电门的速度为挡光片的宽度，因为挡光时间，所以钢球经过A的速度小于经过B的速度，所以小球从A到B，动能增加了。（3）[3]小球从光电门A运动到光电门B的过程中，弹性势能改变量 考向2平抛类实验1．在“探究平抛运动的特点”实验、“验证动量守恒定律”实验中，以及一些创新性实验的步骤中涉及平抛运动过程的实验中，涉及平抛运动过程的处理方法是正交分解，水平方向按匀速直线运动的规律处理，竖直方向按自由落体运动的规律处理。2．“探究平抛运动的特点”实验的操作关键（1）应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接触。（2）小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，斜槽的粗糙程度对该实验没有影响，在斜槽上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出。（3）坐标原点（小钢球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点。3．[例2]（2023·江苏·高三江苏省高邮中学期中）某校同学们分组进行碰撞的实验研究。（1）第一组利用气垫导轨通过频闪照相进行探究碰撞中的不变量这一实验，甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。若要求碰撞动能损失最小测应选下图中的__________（填“甲”或“乙”）；（2）第二组同学用如图所示的实验装置“验证动量守恒定律”。实验装置如图所示，a、b是两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作：①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B；③把小球b静止放在斜槽轨道水平末端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C。Ⅰ.若碰撞过程中没有机械能损失，为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量、间的关系是________（选填“>”“=”或“<”）Ⅱ.为完成本实验，必须测量的物理量有__________。A．小球a开始释放的高度hB．木板水平向右移动的距离lC．a球和b球的质量、D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3Ⅲ.在实验误差允许的范围内，若碰撞过程动量守恒，其关系式应为________。（3）第三组利用频闪照片法去研究。某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0到的范围内，且第1闪光时，滑块A恰好位于处，若A，B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则A、B两滑块质量比__________。【答案】

甲

＞

CD

2：3【解析】（1）乙图中由于装与撞针和橡皮泥，则两物体相碰时成为一体，机械能的损失最大；而甲图中采用弹性圈，二者碰后即分离，此种情况下，机械能的损失最小，机械能几乎不变。若要求碰撞动能损失最小，应选图甲。（2）Ⅰ.实验中为了防止入射球反弹，故要求入射球的质量大于被碰球的质量，故答案为；Ⅱ.a、b两球碰撞前后做平抛运动，有解得不放b时，小球a的痕迹为B，放上b后，小球a的痕迹为C，小球b的痕迹为A，碰撞过程动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得整理得则需要测量的物理量为：a球和b球的质量、；O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3；。故选CD。（3）由图可知，滑块A碰前的速度大小为其中，由于闪光4次，滑块B只有两幅照片，说明碰撞位置在60.0cm处，根据图像可知，碰撞后，滑块A反弹；碰撞后，滑块B，由于滑块A第3次闪光照片距离碰撞位置距离为10.0cm，说明第3次闪光到碰撞历时为，即碰撞后两滑块运动到第4次闪光历时为则碰后滑块A的速度大小为碰后滑块B的速度大小为根据动量守恒定律有解得考向3单摆实验用单摆测量重力加速度的大小1.保证悬点固定2.单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°3.摆长l＝悬线长l′＋小球半径r4.用T＝eq\f(t,n)计算单摆的周期1.利用公式g＝eq\f(4π2l,T2)求重力加速度2.作l－T2的图像，可利用斜率求重力加速度[例3](2023·新课标卷·23)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先，调节螺旋测微器，拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时，发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐，如图(a)所示，该示数为________mm；螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示，该示数为________mm，则摆球的直径为________mm。(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示，其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处，摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方，则摆线在角度盘上所指的示数为5°时，实际摆角________5°(填“大于”或“小于”)。(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm，则摆长为________cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s，则此单摆周期为________s，该小组测得的重力加速度大小为________m/s2。(结果均保留3位有效数字，π2取9.870)答案(1)0.006(0.007也可)20.035(20.034、20.036均可)20.029(20.027、20.028、20.030均可)(2)大于(3)82.51.829.83解析(1)题图(a)读数为0＋0.6×0.01mm＝0.006mm(0.007mm也可)；题图(b)读数为20mm＋3.5×0.01mm＝20.035mm(20.034mm、20.036mm均可)；则摆球的直径为20.035mm－0.006mm＝20.029mm(20.027mm、20.028mm、20.030mm均可)(2)若角度盘上移则形成如图所示图样，则实际摆角大于5°。(3)摆长＝摆线长度＋半径，代入数据计算可得摆长为82.5cm；小球从第1次到61次经过最低点经过了30个周期，则T＝eq\f(54.60,30)s＝1.82s根据单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))，可得g＝eq\f(4π2L,T2)≈9.83m/s2。验证动量守恒定律的四种常用方案实验利用气垫导轨完成一维碰撞实验用两摆球碰撞验证动量守恒定律在光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律装置测量值滑块速度的测量v＝eq\f(Δx,Δt)摆球速度的测量v＝eq\r(2gh)小车速度的测量v＝eq\f(Δx,Δt)速度与平抛运动的水平位移成正比1．（2024·全国·模拟预测）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验，他用两根自由长度为L0的完全相同的轻弹簧（弹簧始终处于弹性限度内）和重物进行了如下操作：（1）如图甲所示，把重物通过细绳连接在弹簧下端，稳定后测出弹簧的长度L1。（2）如图乙所示，用两根弹簧挂起重物，稳定时两弹簧与水平方向的夹角均为53°，测出两弹簧的长度分别为L2、L3，若力的平行四边形定则成立，则L0、L1、L2、L3需满足的条件为。（用题目所给字母表示，sin53°=0.8，cos53°=0.6）（3）本实验设计的误差来源可能是（至少写出两条）。【答案】见解析【详解】（2）[1]根据题意，用两根弹簧挂起重物，稳定时两弹簧与水平方向的夹角均为53°，则两弹簧弹力大小相等，且有所以（3）[2]本实验设计的误差来源可能是：弹簧有自重；长度测量误差；角度测量误差。2．（2024·贵州·统考一模）做平抛运动的物体的运动规律可以用如图甲所示的实验进行探究，小球从坐标原点O水平抛出，做平抛运动。两束光分别沿着水平方向和竖直方向照射小球，在水平方向和竖直方向分别用两台频闪相机同时记录小球的位置，如图乙、丙所示。已知当地重力加速度g=10m/s2。（1）频闪相机的曝光频率为Hz。（2）平抛运动的水平初速度为m/s。【答案】250.83．小研同学通过如图所示的装置探究影响物体做圆周运动的向心力的因素。小滑块套在光滑水平杆上，随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片，通过遮光片与固定在铁架台上的光电门可测量出滑块的线速度大小。已知小滑块上遮光片的宽度为d，滑块到转轴的距离为r。（以下结果均用题中所给字母表示）

（1）若遮光片经过光电门的时间为t，