【物理】2020届一轮复习人教版第八单元　力学实验学案

【物理】2020届一轮复习人教版第八单元　力学实验学案

第八单元　力学实验 实验名称 考题统计 命题分析 一、探究小车速度随时间变化的规律 ‎2016·10月T17‎ 八个力学实验均考查过，其中考查频率较高的是“探究加速度与力、质量的关系”“探究求合力的方法”。建议对力学实验全面复习，并且注意侧重点。‎ 二、探究求合力的方法 ‎2015·10月T17、2016·4月T17、2018·11月T17‎ 三、探究加速度与力、质量的关系 ‎2015·10月T17、2016·4月T17、2017·11月T17、2018·11月T17‎ 四、研究平抛运动 ‎2017·4月T17、2018·4月T17‎ 五、探究做功与物体速度变化的关系 ‎2016·4月T17、2018·4月T17‎ 六、验证机械能守恒定律 ‎2016·4月T17、2018·4月T17‎ 实验一 探究小车速度随时间变化的规律 ‎[通实验知能]‎ 一、实验目的 ‎1．练习正确使用打点计时器。‎ ‎2．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。‎ ‎3．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的vt图象，根据图象求加速度。‎ 二、实验原理 ‎1．打点计时器：计时仪器，接频率为50 Hz的交变电流时每隔0.02 s打一次点。‎ 电磁打点计时器 电火花计时器 工作条件：4～6 V交流电源 工作条件：220 V交流电源 ‎ ‎2．匀变速直线运动的判断 ‎(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4、…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2。‎ ‎(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的vt图象。若vt图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动。‎ 三、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有滑轮的长木板，小车、纸带、细线、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。‎ 四、实验步骤 ‎1．按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。‎ ‎2．把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。‎ ‎3．把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车。‎ ‎4．小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。‎ ‎5．换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。‎ 五、数据处理 ‎1．利用平均速度公式求瞬时速度：‎ vn＝＝。‎ ‎2．利用逐差法求解平均加速度：‎ ＝＝。‎ ‎3．利用速度—时间图象求加速度：‎ ‎(1)作出vt图象，通过图象的斜率求解物体的加速度。‎ ‎(2)剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。‎ 六、误差分析 ‎1．由于阻力的影响，使得小车的运动不是严格的匀变速直线运动而引起的系统误差。‎ ‎2．电源电压、频率不稳定导致打点不均匀、不等时而引起的系统误差。‎ ‎3．数据测量、图象法处理数据引起的偶然误差。‎ 七、注意事项 ‎1．平行：纸带和细线要和木板平行。‎ ‎2．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带。‎ ‎3．防止碰撞：在小车到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。‎ ‎4．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。‎ ‎5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。‎ ‎6．准确作图：在坐标纸上，纵、横坐标轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2018·嘉兴期中)(1)①某次实验使用电磁打点计时器来分析物体运动情况的实验中有如下基本步骤：‎ A．固定电磁打点计时器 B．安装纸带 C．松开纸带让物体带着纸带运动 D．接通低压交流电源 E．取下纸带 F．断开开关 这些步骤正确的排列顺序为______________。‎ ‎②根据打点计时器所打的纸带，我们可以不利用公式就能直接得到的物理量是________(多选)。‎ A．时间间隔　　　　　 B．位移 C．加速度 D．平均速度 ‎(2)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图甲所示。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点上标明A，第六个点上标明B，第十一个点上标明C，第十六个点上标明D，第二十一个点上标明E。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56 cm，CD长为11.15 cm，DE长为13.73 cm，则小车运动的加速度大小为________ m/s2，A、B的距离应为______ cm。(保留三位有效数字)‎ ‎(3)①在做“探究小车速度随时间变化的规律”‎ 的实验中，如图乙所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔t＝0.02 s，则相邻两个计数点间的时间间隔为T＝________ s。其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm。如下表列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度。‎ 位置 B C D E F 速度/(m·s－1)‎ ‎0.737‎ ‎0.801‎ ‎0.928‎ ‎0.994‎ ‎②以A点为计时起点，在图丙所示坐标系中画出小车的速度—时间关系图线。‎ ‎③由图象丙求出的小车的加速度a＝________m/s2。(保留两位有效数字)‎ ‎[解析]　(1)①按照实验的原理，正确的排列顺序为ABDCFE。‎ ‎②根据打点计时器所打的纸带，我们可以不利用公式就能直接从纸带上得到的物理量是运动的时间和位移，故选A、B。‎ ‎(2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：xCD－xAB＝2a1T2; xDE－xBC＝2a2T2。为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值得：a＝(a1＋a2)＝，‎ 代入数据解得：a＝2.58 m/s2。‎ 匀变速运动中相等的相邻时间间隔的位移差恒定，故：xCD－xBC＝xDE－xCD＝13.73 cm－11.15 cm＝2.58 cm，xBC＝8.57 cm，xAB＝xAC－xBC＝14.56 cm－8.57 cm＝5.99 cm，故A、B的距离应为5.99 cm。‎ ‎(3)①两计数点间的时间间隔为T＝5t＝0.1 s vD＝＝ m/s＝0.864 m/s。‎ ‎②小车的速度—时间关系图线如图所示。‎ ‎③在vt图象中，图线的斜率大小表示加速度的大小，则a＝＝0.64 m/s2。‎ ‎[答案]　(1)①ABDCFE　②AB　(2)2.58　5.99‎ ‎(3)①0.1　0.864　②见解析图　③0.64(0.63～0.65均可)‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．(2018·桐乡期中)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，‎ ‎(1)电火花计时器正常工作时，其打点的周期取决于________。‎ A．交流电压的高低　　　　　 B．交流电的频率 C．墨粉纸盘的大小 D．纸带的长度 ‎(2)下列操作中正确的有________。‎ A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器 B．打点计时器应放在长木板有滑轮的一端 C．电火花计时器应使用低压交流电源 ‎(3)如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点，四条纸带的a、b间的间距相等，则a、b间的平均速度最小的是________。‎ ‎(4)下列说法中不正确或不必要的是________(多选)。‎ A．长木板的一端必须垫高，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B．连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行 C．小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车 D．选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始 解析：(1)打点计时器的打点周期取决于交流电的频率，与交变电压的高低、纸带的长度、墨粉纸盘的大小无关，故B正确。‎ ‎(2)为了充分利用纸带，释放小车时小车要靠近打点计时器，远离有滑轮一端，故A正确，B错误；电火花计时器采用220 V的交流电源，故C错误。‎ ‎(3)由于打点计时器打点的时间间隔相等，在打下相同个数点的过程中，所用的时间相同，平均速度等于位移与时间的比值，由题图可知，在相等的距离内，D中的时间最长，所以平均速度最小。故选D。‎ ‎(4)探究小车的速度与时间的变化规律，并没有要求小车需要在光滑水平面上运动，即轨道是否光滑不是必要的，故不需要将长木板的一端垫高平衡摩擦力，故A不是必要的。在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点取点后处理实验数据，故D不是必要的。连接小车的细线需要与木板平行，否则就要涉及到细线拉力分解问题，即拉力是一个变力，故B是必要的。操作时应先开电源再释放小车，故C是必要的。‎ 答案：(1)B　(2)A　(3)D　(4)AD ‎2．在进行“探究速度随时间变化的规律”的实验中，‎ ‎(1)如图是四位同学用重物代替小车，将打点计时器竖直安放进行实验时释放纸带瞬间的照片，你认为操作正确的是________。‎ ‎(2)关于接通电源和放手让重物运动的先后顺序，下列四种操作中你认为正确的是________。‎ A．接通电源和放手应同时 B．先放手后接通电源 C．先接通电源后放手 D．接通电源和放手的先后顺序对实验没影响 ‎(3)已知打点计时器所用电源频率为50 Hz。测得所用的重物的质量为0.20 kg，实验中得到一条清晰的纸带。如图所示是截取了某一段纸带用刻度尺(单位：cm)测量纸带时的情景，其中取了A、B、C三个计数点，在相邻两计数点之间还有一个打印点。可知重物下落过程中B点的瞬时速度为________ m/s，重物下落的加速度为________ m/s2。(结果均保留两位有效数字)‎ 解析：(1)实验时，应让重物紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放，故A正确，B、C、D错误。‎ ‎(2)应先给打点计时器通电打点，后释放纸带，如果先释放纸带，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，无法得到重物完整的运动情况，会对实验产生较大的误差，故选项C正确，A、B、D错误。‎ ‎(3)由于每相邻两个计数点间还有1个点，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.04 s，由题图得：xAB＝2.20 cm，xBC＝3.70 cm，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上B时重物的瞬时速度大小：vB＝ m/s≈0.74 m/s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小：a＝ m/s2≈9.4 m/s2。‎ 答案：(1)A　(2)C　(3)0.74　9.4‎ ‎实验二 探究求合力的方法 ‎[通实验知能]‎ 一、实验目的 ‎1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。‎ ‎2．学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。‎ 二、实验原理 等效思想：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2共同作用的效果相同，都是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以F′为F1和F2的合力，作出力F′的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F、F′在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。‎ 三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、铅笔。‎ 四、实验步骤 ‎1．用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。‎ ‎2．用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。‎ ‎3．用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。‎ ‎4．只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向。‎ ‎5．比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等。‎ 五、数据处理 ‎1．F1和F2的大小要根据标度画出。‎ ‎2．应用平行四边形定则求合力F合时，F合的大小要根据标度和对角线的长度计算得出。‎ 六、误差分析 ‎1．误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。‎ ‎2．减小误差的办法：‎ ‎(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录。‎ ‎(2)作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。‎ 七、注意事项 ‎1．位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。‎ ‎2．角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°为宜。‎ ‎3．在合力不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。‎ ‎4．统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2018·嘉兴期末)如图为探究求合力的方法的实验装置图。‎ ‎(1)请将下面实验的主要步骤补充完整。‎ ‎①将橡皮筋的一端固定在木板上的A点。另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计；‎ ‎②沿着两个方向拉弹簧测力计。将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，并记录两个拉力的大小及方向；‎ ‎③再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录____________________。‎ ‎(2)下列几种操作的讨论中，说法正确的是________。(多选)‎ ‎[解析]　(1)“验证力的平行四边形定则”的实验时需要记录两个分力以及合力的大小和方向，所以只用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端拉至O点时，应记录该弹簧测力计拉力的大小及方向。‎ ‎(2)用弹簧测力计拉绳时要沿着绳的方向拉动，故A说法正确；B图中是因为没有校准，故B说法错误；记录力的方向时铅笔不能碰到绳，否则改变了力的方向且增加了摩擦力，故C说法正确。D图中是因为没有用力的图示画图，故D说法错误。‎ ‎[答案]　(1)该弹簧测力计拉力的大小及方向　(2)AC 　(1)如图为“探究求合力的方法”的实验装置。小张同学在实验中用a、b两弹簧测力计拉橡皮条，如图所示。他在实验操作中除了所用细绳太短外，至少还有一处错误，请你帮他找出错误之处__________________。(写出一条即可)‎ ‎(2)小张同学修正错误后，重新进行了测量，在测量时，左、右两只弹簧测力计的示数如图甲所示，则左弹簧测力计的示数是________N，右弹簧测力计的示数是________N。若两根细绳的夹角为90°，请你帮他在所给的方格纸(图乙)上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。‎ ‎(3)小张同学实验后发现用一个弹簧测力计也能完成这个实验，请问他这个想法是否可行？________(填“是”或“否”)。‎ ‎[解析]　(1)在该实验中，要正确测量弹力的大小和方向，同时作出的平行四边形要大小适中，不能太小也不能太大，以免增大误差。题中操作错误或不妥之处有：b弹簧测力计拉力方向与细绳方向不一致；a弹簧测力计的拉力太大，用一只弹簧测力计再次做实验时会超出量程。‎ ‎(2)左弹簧测力计的示数为2.75 N，右弹簧测力计的示数为3.30 N，合力如图所示。‎ ‎(3)用一个弹簧测力计也能完成这个实验是可行的，两个分力先后两次测量，一个用手拉、一个用弹簧测力计测，保持位置不变，手和弹簧测力计互换一下位置。‎ ‎[答案]　(1)a弹簧测力计所用拉力太大，或b弹簧测力计拉力方向与细绳方向不一致　(2)2.75(±0.02)　3.30(±0.02)　作图见解析图　(3)是 ‎[对点训练]‎ ‎3．(2018·宁波期末)某同学做“探究求合力的方法”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。‎ ‎(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。‎ ‎(2)本实验采用的科学方法是________。‎ 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 ‎(3)本实验中以下说法正确的是________。‎ A．两根细绳必须等长 B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间夹角必须取90°‎ 解析：(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同，测量出的合力。故方向一定沿AO方向的是F′，由于误差的存在F和F′方向并不重合。‎ ‎(2)本实验采用的科学方法是等效替代法，故B正确。‎ ‎(3)具体实验中，两细绳长度不需要相同，故A错误；橡皮条与两绳夹角的平分线不一定在同一直线上，故B错误；本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则，为了减小实验误差，弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，故C正确；用两弹簧测力计同时拉细绳时两个弹簧测力计之间夹角没有要求，只要使得两次橡皮条拉伸到同一点就行，故D错误。‎ 答案：(1)F′　(2)B　(3)C ‎4．(2019·绍兴模拟)某课外兴趣小组做“探究求合力的方法”实验。如图，贴有白纸的木板竖直放置，三个细线套L1、L2、L3一端共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上，A挂于固定点P，手持B的一端拉动细线，使结点静止于O点。‎ ‎(1)某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为________ N。‎ ‎(2)下列实验要求中必要的有________。‎ A．使两弹簧测力计的读数非常接近 B．多次实验要保持O点位置不变 C．多次实验时弹簧测力计B始终保持水平 D．需要测出重物M的重力 ‎(3)下列做法有助于减小实验误差的是________(多选)。‎ A．三根细线必须等长 B．弹簧测力计需要在实验前进行校零 C．使弹簧测力计、细线都位于竖直平面内 D．重物的质量M应该大于1 kg ‎(4)在图示情况下，使B(与手相连)的右端缓慢上移，结点O的位置会不会变动？________(选填“会”或“不会”)。‎ 解析：(1)弹簧测力计读数为2.00 N，注意估读。‎ ‎(2)根据题目意思，两弹簧测力计的拉力与重力平衡，从题图中可以看出，两弹簧测力计拉力并不一定要有什么关系，选项A错误；在本实验中属于平衡问题，不必要第二次做实验以体现力的效果相同，所以没有必要保持O点位置不变，也没必要始终保持OB水平，但是通过力的图示作出对角线计算出合力，理论上应该与重物的重力二力平衡，以此作为判断依据，所以选项D正确，B、C错误。‎ ‎(3)在进行实验中，细线的长度只要适当长一些，可以根据细线标出力的方向即可，三根细线不须等长，所以选项A错误；同时力的平行四边形对力的大小也没有什么要求，所以选项D错误；为了减小实验误差，弹簧测力计需要进行校准，弹簧测力计、细线都要位于竖直平面内，否则通过图示作出来的平行四边形并不是符合实验，所以选项B、C正确。‎ ‎(4)假设O点位置不变，则A弹簧测力计的拉力不变，根据题意两弹簧测力计的合力总是要与重物的重力平衡(即合力的大小和方向，以及其中一个分力的大小和方向确定的情况下，只有唯一解)，显然无法做到B的右端缓慢上移而依然能够平衡，因此O点的位置会移动。‎ 答案：(1)2.00　(2)D　(3)BC　(4)会 实验三 探究加速度与力、质量的关系 ‎ [通实验知能]‎ 一、实验目的 ‎1．学会用控制变量法研究物理规律。‎ ‎2．探究加速度与力、质量的关系。‎ ‎3．掌握利用图象处理数据的方法。‎ 二、实验原理 采取控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力不变，探究加速度a与小车质量M的关系。‎ 三、实验器材 小车，砝码，小盘，细绳，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，复写纸，托盘天平，刻度尺。‎ 四、实验步骤 ‎1．用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。‎ ‎2．按实验原理图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)。‎ ‎3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态。这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。‎ ‎4．把小车停在靠近打点计时器处，并在小盘内放入适量的砝码，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。‎ ‎5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。‎ ‎6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。‎ ‎7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6。‎ 五、数据处理 ‎1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中。‎ ‎　‎ 表(一)‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车受力F/N ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎2．保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中。‎ ‎　表(二)‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车和砝码的总质量M/kg ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3．需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画aF图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比。再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比。‎ 六、误差分析 ‎1．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差。‎ ‎2．摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。‎ 七、注意事项 ‎1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。‎ ‎2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。‎ ‎3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。‎ ‎4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2017·浙江11月选考)在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，‎ ‎(1)下列仪器需要用到的是________(多选)；‎ ‎(2)下列说法正确的是________(多选)；‎ A．先释放纸带再接通电源 B．拉小车的细线应尽可能与长木板平行 C．纸带与小车相连端的点迹较疏 D．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡 ‎(3)如图所示是实验时打出的一条纸带，A、B、C、D…为每隔4个点取的计数点，据此纸带可知小车在D点的速度大小为________m/s(小数点后保留两位)。‎ ‎[解析]　(1)本实验通过纸带打点分析求解物体的加速度，利用控制变量法，通过改变小车或重物的质量，从而研究加速度与质量、合外力之间的关系，所以选择仪器A、D。‎ ‎(2)实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，为了保证细线拉力不用分解，所以细线要尽可能与木板平行，所以选项A错误、B正确；小车刚开始运动时速度较小，所以纸带与小车相连端的点迹较密，选项C错误；拖着纸带的小车能够匀速下滑说明恰好平衡摩擦力，选项D正确。‎ ‎(3)根据vD＝＝ m/s＝0.206 m/s，保留小数点后两位，所以答案为0.21 m/s。‎ ‎[答案]　(1)AD　(2)BD　(3)0.21‎ 　(2018·宁波模拟)(1)某同学想通过对比实验来探究“加速度与力、质量的关系”。他准备了两辆质量同为150 g的小车A和小车B放在木板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放重物，让盘和重物的总重力近似为小车所受合外力。如图1是侧视图，图中只画了一辆小车。两辆小车后端也各系一条细绳，用一个黑板擦把两条细绳同时按在桌上使小车静止，抬起黑板擦，两小车同时开始运动，再按下黑板擦，两车又同时停止运动，如图2所示。‎ ‎①该实验在操作时，下面说法正确的是________。‎ A．调节滑轮高度，让连接车和盘的绳子平行于木板 B．取下盘中重物，让空盘拉着小车做匀速直线运动以平衡摩擦力 C．其他操作都正确的前提下，在小车B中放入150 g的钩码，在两个空盘里均放入100 g的钩码，可以进行两车合力相同、质量为1∶2时的对比实验 D．其他操作都正确的前提下，保持两辆小车质量相同仍为150 g，在拉A的空盘里放入10 g砝码，拉B的空盘里放入20 g砝码，可以进行两车质量相同、合力为1∶2时的对比实验 ‎②在进行对比实验时，除了图1、图2所画器材外，还需要用到下图中的________(多选)。‎ ‎(2)下面实验中不需要平衡摩擦力的是________。‎ A．用甲装置探究加速度与力、质量的关系 B．用甲装置探究小车的速度随时间的变化规律 C．用乙装置探究做功与物体速度变化的关系 ‎[解析]　(1)①平衡摩擦力时盘和重物都应取下，选项B错误；在操作过程中，拉小车的绳子应该与木板平行，所以A正确；由于空盘和砝码质量并不是远远小于小车质量，则不能用钩码重力近似等于小车拉力求解，因此选项C错误；由于还有空盘的质量，所以两次小车的合外力不等于1∶2，选项D错误。‎ ‎②本实验通过位移比值来确定加速度比值，所以需要刻度尺，同时在研究加速度与质量之间关系时，需要知道小车质量，因此还需要天平，其他仪器不用。‎ ‎(2)在探究加速度与质量、力的关系，以及做功与速度之间关系时是需要平衡摩擦力的，而探究小车速度与时间关系的规律时，不用平衡摩擦力，所以选B。‎ ‎[答案]　(1)①A　②BC　(2)B ‎[对点训练]‎ ‎5．(2018·湖州模拟)如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。‎ ‎(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是(　　)‎ A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 ‎(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是(　　)‎ A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g 解析：(1)需要将长木板一端适当垫起一定高度，以平衡摩擦力，完成此项工作的标志就是在不挂砂桶情况下小车能带动纸带匀速运动(通过打点计时器点痕间隔是否均匀判定)。‎ ‎(2)根据实验原理：实验中小车的实际加速度为a＝，实验时把mg当成对M的拉力，即忽略m对加速度的影响，使加速度约为a＝，显然需m≪M，据此可知C组最合理。‎ 答案：(1)B　(2)C ‎6．在“探究物体加速度与力、质量的关系”实验中：‎ ‎(1)实验室提供了带有滑轮的长木板、细绳、纸带、小车、钩码、小盘、薄木块、夹子等器材外，为了完成此实验，还需要从下图中选取的实验器材是__________(多选)。‎ ‎(2)实验时，带有滑轮的长木板一端与细绳、实验桌之间的空间位置比较合理的是________。‎ ‎(3)实验时得到一条清晰的纸带，如图所示是截取了某一段纸带用刻度尺(单位：cm)测量纸带时的情景，其中取了A、B、C三个计数点，在相邻两计数点之间还有两个打印点。已知打点计时器所用电源频率为50 Hz，则小车在B点时的瞬时速度为______m/s，小车加速度为________ m/s2 (结果均保留两位有效数字)。‎ 解析：(1)探究物体加速度与力、质量的关系需要测量小车的质量，小车运动的距离，小车运动的时间，故还需要的仪器有打点计时器、天平、刻度尺。‎ ‎(2)本实验需要平衡摩擦力，所以长木板需要垫高不带滑轮的一端，排除A，还要保证细线与长木板表面平行，故B符合要求。‎ ‎(3)B点的速度大小等于AC段的平均速度，即vB＝＝ m/s≈0.49 m/s，由逐差法知小车加速度a＝＝ m/s2≈4.3 m/s2。‎ 答案：(1)ADE　(2)B　(3)0.49　4.3‎ 实验四 研究平抛运动 ‎ [通实验知能]‎ 一、实验目的 ‎1．用实验的方法描出平抛运动的轨迹。‎ ‎2．用实验轨迹求解平抛物体的初速度。‎ 二、实验原理 使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x 。‎ 三、实验器材 (以斜槽法为例)‎ 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重锤线、三角板、铅笔、刻度尺。‎ 四、实验步骤 ‎1．按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平。‎ ‎2．以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。‎ ‎3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点。用同样方法，在小球运动路线上描下若干点。‎ ‎4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如实验原理图乙所示。‎ 五、数据处理 ‎1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 ‎(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值。‎ ‎(2)验证方法 方法一：代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。‎ 方法二：图象法 建立y x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值。‎ ‎2．计算平抛运动的初速度 ‎(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)‎ 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0。因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x 。‎ ‎(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，‎ 则Δh＝hBC－hAB＝gt2‎ 所以t＝ ，‎ 所以初速度 v0＝＝x 。‎ 六、误差分析 ‎1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度不水平。‎ ‎2．坐标原点不够精确等。‎ 七、注意事项 ‎1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平。‎ ‎2．固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重锤线检查坐标纸竖线是否竖直。‎ ‎3．小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。‎ ‎4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。‎ ‎5．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。‎ ‎6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2019·台州模拟)在做研究平抛运动的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。‎ ‎(1)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：____________(多选)。‎ A．通过调节使斜槽的末端保持水平 B．每次释放小球的位置必须不同 C．每次必须由静止释放小球 D．记录小球位置用的木条(或凹槽)每次必须严格地等距离下降 E．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触 F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线 ‎(2)若用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L，小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度大小为v0＝________(用L、g表示)。‎ ‎[解析]　(1)为使小球每次以相同的水平速度离开斜槽，让小球做平抛运动，小球必须沿水平方向从斜槽上飞出，为使小球抛出时的速度相等，每次应从斜槽的同一位置由静止释放小球，故A、C正确，B错误；记录小球位置用的木条(或凹槽)每次没必要必须严格地等距离下降，D错误；为减小实验误差，小球在运动过程中，不能与方格纸相碰，故E正确；将球的位置记录在纸上后，取下纸，将点连成平滑曲线，F错误。‎ ‎(2)由题给图示方格纸可知，xab＝xbc＝2L，由于小球在水平方向做匀速直线运动，由x＝v0t可知，小球从a到b的运动时间与从b到c的运动时间相等；yab＝L，ybc＝2L ‎，小球在竖直方向上做自由落体运动，由匀变速运动的特点可知：ybc－yab＝gt2，即gt2＝L，则t＝ ，小球的初速度v0＝＝＝2。‎ ‎[答案]　(1)ACE　(2)2 ‎　　　(2017·浙江4月选考)在“研究平抛运动”实验中，‎ ‎(1)图1是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________。‎ A．球心　　　 B．球的上端 C．球的下端 在此实验中，下列说法正确的是________(多选)。‎ A．斜槽轨道必须光滑 B．记录的点应适当多一些 C．用光滑曲线把所有的点连接起来 D．y轴的方向根据重锤线确定 ‎(2)图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________。‎ A．释放小球时初速度不为0‎ B．释放小球的初始位置不同 C．斜槽末端切线不水平 ‎(3)图3是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是________。‎ ‎[解析]　(1)由题干中确定小球平抛运动轨迹的方法及实验原理知，坐标原点应选小球的上端，所以选B。‎ 实验过程中，斜槽轨道不一定光滑，只要能够保证小球从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，所以A错误；记录点应适当多一些，能够保证描点所得的轨迹更平滑，选项B正确；描点时与平滑曲线偏差过大的点需舍去，选项C错误；y轴必须是竖直方向，即用重锤线确定，即选项D正确。‎ ‎(2)由题图可知斜槽末端切线不水平，才会造成斜抛运动，选项C符合题意。‎ ‎(3)插入瓶中的另一根吸管的管口处压强等于大气压，要低于液面使两根吸管管口的压强差保持不变，目的就是为了保证水流流速不因瓶内水面下降而减小，可保证一段时间内能够得到稳定的细水柱，所以选B。‎ ‎[答案]　(1)B　BD　(2)C　(3)B ‎[对点训练]‎ ‎7．(1)在“研究物体平抛运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度，实验简要步骤如下：‎ A．让小球多次从________位置由________释放，记下小球穿过卡片孔的一系列位置。‎ B．安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下小球在斜槽末端O点时球心在白纸上的投影点的位置和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ C．测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝________，算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值。‎ D．取下白纸，以O为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹。‎ 上述实验步骤的合理顺序为____________(只排列序号即可)。‎ ‎(2)在做“研究物体平抛运动”实验中，以下那些操作可能引起实验误差________(多选)。‎ A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平 B．确定Oy轴时，没有用重锤线 C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦 D．每次从轨道同一位置释放小球 ‎(3)如图所示，在“研究物体平抛运动”的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1.25 cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0＝________(用L、g表示)，其值是________m/s(取g＝9.8 m/s2)。小球在b点的速率是________m/s(保留两位有效数字)。‎ 解析：(1)为了让小球初速度相同，小球每次从斜槽的同一位置由静止释放；为了使初速度水平，则固定斜槽时斜槽的末端需水平，检测斜槽末端水平的方法是让小球静止在斜槽的末端，看是否滚动；根据y＝gt2得，t＝ ，则v0＝＝x。按照组装器材、进行实验、数据处理的操作顺序，上述实验步骤的合理顺序为BADC。‎ ‎(2)安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平，小球不能做平抛运动，会引起实验误差，故A正确；确定Oy 轴时，没有用重锤线，会引起实验误差，故B正确；斜槽不光滑对实验没有影响，只要让小球从斜槽的同一位置由静止释放，保证初速度相等即可，故C、D错误。‎ ‎(3)在竖直方向上，根据Δy＝L＝gT2，解得T＝ ，则初速度为：v0＝＝2，代入数据得：v0＝2× m/s＝0.70 m/s。‎ b点的竖直分速度为：vy b＝＝，‎ 根据平行四边形定则知：vb＝ ‎＝ m/s≈0.88 m/s。‎ 答案：(1)同一　静止　让小球静止在斜槽的末端，看是否滚动　x 　BADC　(2)AB ‎(3)2　0.70　0.88‎ ‎8.(2019·浙江钱清中学月考)如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移，保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。‎ ‎ v0/(m·s－1)‎ ‎0.741‎ ‎1.034‎ ‎1.318‎ ‎1.584‎ t/ms ‎292.7‎ ‎293.0‎ ‎292.8‎ ‎292.9‎ d/cm ‎21.7‎ ‎30.3‎ ‎38.6‎ ‎46.4‎ ‎(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关。‎ ‎(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝ ＝ s≈289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms。经检查，实验及测量无误，其原因是____________________________。‎ ‎(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成正比，与时间t无关，因为时间几乎不变。‎ ‎(2)根据t＝ 求解出的t偏小，是因为重力加速度数值取了10 m/s2，即g值取值偏大所造成的。‎ ‎(3)导致偏差的原因是：光电门传感器位于水平槽口的内侧，传感器的中心距离水平槽口(小球开始做平抛运动的位置)还有一段很小的距离，小球经过传感器到达抛出点还有一段很小的时间，而且速度越大，该时间越短。‎ 答案：(1)正比　时间t　(2)重力加速度数值取了10 m/s2‎ ‎　(3)光电门传感器位于水平槽口的内侧，传感器的中心距离水平槽口(小球开始做平抛运动的位置)还有一段很小的距离 实验五 探究做功与物体速度变化的关系 ‎[通实验知能]‎ 一、实验目的 ‎1．探究做功与物体速度变化的关系。‎ ‎2．通过实验学习科学探究的方法。‎ 二、实验原理 ‎1．改变功的大小：采用如图所示的实验装置，用1条，2条，3条，…规格相同的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W,2W,3W，…‎ ‎2．确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。‎ ‎3．寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v或速度的平方v2为横坐标，作出Wv或Wv2图象。分析图象，得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。‎ 三、实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、刻度尺、铁钉、导线等。‎ 四、实验步骤 ‎1．垫高木板的一端，平衡摩擦力。‎ ‎2．拉伸的橡皮筋对小车做功：‎ ‎(1)用一条橡皮筋拉小车——做功W。‎ ‎(2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W。‎ ‎(3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W。‎ ‎3．测出每次做功后小车获得的速度。‎ ‎4．分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3、…图象，直到明确得出W和v的关系。‎ 五、数据处理 ‎1．不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次…实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理。‎ ‎2．做Wv图象，或Wv2、Wv3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。‎ 六、误差分析 ‎1．实验没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。‎ ‎2．纸带没有取最大速度段来计算等。‎ 七、注意事项 ‎1．将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角。‎ ‎2．测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分。‎ ‎3．橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。‎ ‎4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2019·宁波检测)某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。打点计时器的工作频率为50 Hz。‎ ‎(1)实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，其目的是________。‎ A．防止小车不能被橡皮筋拉动 B．保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 C．防止纸带上打点不清晰 ‎(2)在正确操作的情况下，某纸带上打点计时器打下的点迹如图乙所示。则橡皮筋对小车做完功后，小车获得的速度是________ m/s(计算结果保留三位有效数字)。‎ ‎(3)若已知图乙纸带上打下左侧第一个点时小车的速度为v1，打下第三个点时小车的速度为v3，判断打下第二个点时小车的速度v2________(选填“等于”“大于”或“小于”)。‎ ‎[解析]　(1)平衡摩擦力的目的是为了使小车所受合外力为橡皮筋的弹力，即保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功，故B正确。‎ ‎(2)橡皮筋对小车做完功后，小车速度最大，然后做匀速直线运动，所以应取后面的点计算小车获得的速度，即v＝ m/s＝1.45 m/s。‎ ‎(3)由题图乙纸带可判断打点计时器在打下第2点到第3点间小车做匀速运动，第1点到第2点间做匀加速运动，所以打下第二个点时小车的速度v2＞。‎ ‎[答案]　(1)B　(2)1.45　(3)大于 ‎[对点训练]‎ ‎9．(2019·金华十校联考)(1)小方同学采用了如图甲所示的实验方案“探究功与速度变化的关系”。(说明：实验中橡皮筋型号相同)‎ ‎①关于橡皮筋做功，下列说法正确的是________。‎ A．橡皮筋做功的具体值可以直接测量 B．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功 C．通过增加橡皮筋的条数从而增加橡皮筋对小车做的功 D．若橡皮筋伸长量变为原来的2倍，则橡皮筋做功也增加为原来的2倍 ‎②在正确操作情况下打在纸带上的点如图乙所示，点与点之间的时间间隔为0.02 s，由图可知，D点距O点的距离为________ cm，求出此次橡皮筋做功后小车最终获得的速度为________ m/s(结果保留三位有效数字)。‎ ‎(2)小金同学采用如图丙所示的实验方案“探究加速度与力、质量的关系”。‎ ‎①除打点计时器、学生电源、导线、复写纸、纸带、小车、沙桶和细沙、刻度尺外，你认为还需要的实验器材有______________。‎ ‎②小车在运动过程中会受到摩擦阻力的作用，实验中，可以使导轨适当倾斜来平衡小车受到的摩擦阻力，则为了判断是否已经平衡摩擦阻力，下面操作正确的是________。‎ A．将小车轻放在导轨上，放开小车后，小车能够沿导轨下滑 B．将小车轻放在导轨上，然后轻推小车，小车能够沿导轨匀速下滑 C．将连好纸带的小车靠近打点计时器放置，放手后小车能够沿导轨下滑 D．将连好纸带的小车靠近打点计时器放置，然后轻推小车，小车能够沿导轨匀速下滑 解析：(1)①橡皮筋的拉力是一个变力，我们无法用W＝Fx进行计算，故A错误。小车在橡皮筋的拉力作用下先加速运动，当橡皮筋恢复原长时，小车由于惯性继续前进，做匀速运动，则橡皮筋在小车运动的全程中并非始终做功，故B错误。橡皮筋伸长量按倍数增加时，功并不简单地按倍数增加，变力功一时无法确切测算。因此我们要设法回避求变力做功的具体数值，可以用一根橡皮筋做功记为W，用两根橡皮筋做功记为2W，用三根橡皮筋做功记为3W，…，从而回避了直接求功的困难，故C正确。橡皮筋的拉力是一个变力，我们无法用W＝Fx进行计算，x变为原来的2倍，Fx比原来的2倍要大，故D错误。‎ ‎②由题图可知，D点距O点的距离为4.10 cm，‎ 小车匀速直线运动的速度v＝＝＝×10－2 m/s≈1.10 m/s。‎ ‎(2)①在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，需要知道沙桶与小车的质量，因此还差天平。‎ ‎②平衡摩擦力时，将连好纸带的小车靠近打点计时器放置，然后轻推小车，小车能够沿导轨匀速下滑，说明摩擦力得到平衡，故A、B、C错误，D正确。‎ 答案：(1)①C　②4.10　1.10‎ ‎(2)①天平　②D ‎10．(2018·台州期末)(1)小王同学用如图甲所示的装置做“探究合力做功与物体速度变化关系”的实验，小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。‎ 在实验准备过程中，小王整理了一些实验器材(导线未画出) 如图乙所示，还缺少的两个器材是__________。‎ 实验中，该同学发现纸带有如图丙所示的两种穿法，__________(选填“A”或“B”)的穿法更合理。‎ ‎(2)小张同学用如图丁所示装置，尝试通过测得细绳拉力(悬挂重物重力近似等于拉力)做的功和小车获得的速度的值进行探究，则：‎ ‎①下列说法正确的是________(多选)。‎ A．该方案需要平衡摩擦力 B．该方案需要重物的质量远小于小车的质量 C．该方案操作时细线应该与木板平行 D．该方案处理数据时应选择匀速时的速度 ‎②某次获得的纸带如图戊所示，小张根据点迹标上了计数点，计数点2在刻度尺上的读数为________ cm，并求出计数点2点的速度为________ m/s(计算结果保留三位有效数字)。‎ 解析：(1)除了题图中已有的实验器材以外，要计算小车的速度v＝，其中t由打点计时器给出，还需要刻度尺来测量长度，因此还缺少低压交流电源(或学生电源)和刻度尺。纸带应该放在复写纸下面，故选B。‎ ‎(2)由题给图示实验装置可知，小车受到的拉力等于重物的重力，因此该方案需要平衡摩擦力，故A正确；只有当重物质量远小于小车质量时，小车所受到的拉力近似等于重物的重力，否则实验误差将很大，因此该方案需要重物的质量远小于小车的质量，故B正确；小车受到的拉力等于重物的重力，该方案操作时细线应该与木板平行，故C正确；在该实验方案中小车做匀加速直线运动，处理数据时应求出某计数点的瞬时速度与小车对应于该点的位移，故D错误。‎ ‎(3)由题给图示刻度尺可知，其分度值为1 mm，刻度尺示数为4.30 cm；做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，则2点的速度：v2＝＝ m/s＝0.410 m/s。‎ 答案：(1)低压交流电源(或学生电源)、刻度尺　B ‎(2)①ABC　②4.30　0.410‎ ‎实验六 验证机械能守恒定律 ‎[通实验知能]‎ 一、实验目的 验证机械能守恒定律。‎ 二、实验原理 通过实验，求出做自由落体运动的物体重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。‎ 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。‎ 四、实验步骤 ‎1．安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连。‎ ‎2．打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带。‎ ‎3．选纸带：分两种情况说明 ‎(1)若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。‎ ‎(2)用mvB2－mvA2＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了。‎ 五、数据处理 方法一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2，如果在实验误差允许的范围内，若mghn＝mvn2，则验证了机械能守恒定律。‎ 方法二：任取两点计算 ‎(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB。‎ ‎(2)算出mvB2－mvA2的值。‎ ‎(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mvB2－mvA2，则验证了机械能守恒定律。‎ 方法三：图象法 从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2h图线。若在实验误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。‎ 六、误差分析 ‎1．测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值。‎ ‎2．系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝mvn2必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力。‎ 七、注意事项 ‎1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力。‎ ‎2．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。‎ ‎3．应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。‎ ‎4．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝ 或vn＝gt来计算。‎ ‎[研考题考法]‎ 　(2018·嘉兴期中)在“验证机械能守恒定律”的实验中：‎ ‎(1)实验室提供了铁架台、夹子、导线、纸带等器材。为完成此实验，除了所给的器材，从下图还必须选取的实验器材是__________，可选择的实验器材是_________。(填字母代号)‎ ‎(2)下列方法有助于减小实验误差的是________。‎ A．在重物的正下方地面铺海绵 B．必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒 C．重复多次实验，重物必须从同一位置开始下落 D．重物的密度尽量大一些 ‎(3)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图(乙)，已知打点计时器每0.02 s打一个点，则B点对应的速度vB＝________ m/s。(保留三位有效数字)‎ 若H点对应的速度为vH，重物下落的高度为hBH，重物质量为m，当地重力加速度为g，为得出实验结论完成实验，需要比较mghBH与________________的大小关系(用题中字母表示)。‎ ‎[解析]　(1)在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重物下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度。纸带上相邻两计时点的时间间隔已知，所以不需要秒表。用电火花计时器时就不用学生电源。必须选取的实验器材其名称是重物、电火花计时器、毫米刻度尺。重物的质量可以测量也可以不测量，可选择的实验器材其名称是天平。‎ ‎(2)在重物的正下方地面铺海绵可以防止摔坏实验器材，故A错误；不一定要从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒，故B错误；重复多次实验时，重物不需要从同一位置开始下落，故C错误；重物下落时受到空气阻力和纸带与限位孔之间的摩擦会使实验误差变大，所以选重物的密度尽量大一些，可以减小受到的阻力的影响，可减少实验误差，故D正确。‎ ‎(3)打B点时对应的速度等于A、C两点间的平均速度，vB＝＝ m/s＝1.35 m/s；如果机械能守恒，重物减小的重力势能等于增加的动能，则ΔEp＝ΔEk，即mghBH＝mvH2－mvB2。‎ ‎[答案]　(1)AEF　D　(2)D ‎(3)1.35　mvH2－mvB2‎ ‎　　　(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学列举了该实验的几个步骤，其中不正确或没有必要的是__________(多选)。‎ A．正确安装好实验仪器 B．将打点计时器接到学生电源直流输出端上 C．用天平测出下落重物的质量，且精确到0.01 kg D．为了使打出来的第一个点清晰，应该先释放纸带再接通打点计时器电源开关 E．为了防止重物掉到地上，需要在其落地以前用手接住 F．在纸带上离起始点较远的地方选择几个连续的点，测出它们距起始点的距离 ‎(2)某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图所示。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，用重物在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，打点计时器所用电源频率为f＝50 Hz，设重物质量为1.00 kg。‎ ‎①甲同学发现，图中的B是除起始点外打点计时器打下的第n个点。因此他用vB＝ngT(T是打点计时器的打点周期)计算B点对应时刻重物的速度，这样得到的结果是重力势能的减少量__________(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。‎ ‎②乙同学认为，可以利用O点到B点的距离hB计算B点对应时刻重物的速度vB＝ ，这样得到的结果是重力势能的减少量__________(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。‎ ‎③丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的重物瞬时速度，即用vB＝计算B点对应时刻重物的速度，这样得到的结果是重力势能的减少量__________(选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量。‎ ‎④若你是指导老师，你认为三位同学的数据处理方法中合理的是__________ (选填“甲”“乙”或“丙”)。‎ ‎[解析]　(1)将打点计时器接到学生电源的低压交流输出端，故B不正确；因为我们是比较mgh和mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平测重物的质量，故C没有必要；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放纸带，让重物带着纸带一同落下，故D不正确；为了防止重物掉到地上，需要在其落地以前用手接住会砸伤手，所以不可取，重物下面都有保护的胶垫，E没必要。‎ ‎(2)①甲同学直接按自由落体计算瞬时速度，而实际运动过程中有空气阻力和摩擦力，加速度会小于g，所以这样计算的速度偏大，所以重力势能的减少量小于动能的增加量。‎ ‎②乙同学直接利用高度按照匀加速计算速度，相当于是利用重力势能求动能，结果是相等的，但这种求法是错误的。‎ ‎③丙同学用匀变速直线运动规律求解B点速度，与重物实际运动规律相符，所以速度计算正确，由于实验过程中摩擦阻力的存在，重力势能有一部分转化成了内能，重力势能的减少量大于动能的增加量。‎ ‎④任何实验都存在误差，只要实验步骤操作正确，尽量减小误差即可，三位同学的数据处理方法中合理的是丙。‎ ‎[答案]　(1)BCDE　 (2)①小于　②等于　③大于　④丙 ‎[对点训练]‎ ‎11．(2018·桐乡模拟)在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验。已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中。(重力加速度为g＝9.8 m/s2)‎ 项目 x1/cm A点瞬时 速度/(m·s－1)‎ x2/cm B点瞬时速 度/(m·s－1)‎ AB两点间 距离/cm 数据 ‎3.92‎ ‎0.98‎ ‎12.80‎ ‎50.00‎ ‎(1)观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的______ (选填“左”或“右”)端。‎ ‎(2)将表格中未填项目填写完整。‎ ‎(3)若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在AB运动过程中，动能的增加量为________J，重力势能减少量为________ J。‎ 解析：(1)重物刚开始运动，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端。‎ ‎(2)vB＝＝×10－2 m/s＝3.20 m/s。‎ ‎(3)在AB运动过程中，‎ 动能增加量为ΔEk＝mvB2－mvA2≈2.78 J，‎ 重力势能减少量ΔEp＝mghAB＝2.94 J。‎ 答案：(1)左　(2)3.20　(3)2.78　2.94‎ ‎12．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”。‎ ‎(1)下列物理量中，必需直接测量的是________(填写代号)。‎ A．重锤质量 B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度 ‎(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g。图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续计时点。根据测得的x1、x2、x3、x4，写出重锤由B点到D点重力势能减少量的表达式____________，动能增加量的表达式________________。由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________(选填“大于”“等于”或“小于”)重力势能的减少量。‎ 解析：(1)此实验要验证的关系是：mgh＝mv2，即gh＝v2，则直接测量的有：用刻度尺测量重锤下落的高度h；重锤的质量可以测量也可以不测量；重力加速度不需测量，通过计算间接得到与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度，故选C。‎ ‎(2)选取B、D两点为初末位置研究机械能守恒。重锤减少的重力势能是ΔEp＝mgh＝mg(x3－x1)，根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，vB＝，vD＝，则从B到D动能的变化量：ΔEk＝mvD2－mvB2＝m＝(x42－2x2x4)。由于空气阻力和摩擦力阻力的作用，重锤动能的增加量总是小于重力势能的减小量。‎ 答案：(1)C　(2)mg(x3－x1)　(x42－2x2x4)　小于