解密14+力学实验-备战2019年高考物理之高频考点解密

解密14+力学实验-备战2019年高考物理之高频考点解密

核心考点 考纲要求 实验一：研究匀变速直线运动 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三：验证力的平行四边形定则 实验四：验证牛顿运动定律 实验五：探究动能定理 实验六：验证机械能守恒定律 实验七：验证动量守恒定律 ‎1.要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤等 ‎2.要求认识误差问题在实验中的重要 考点1 研究匀变速直线运动 一、实验目的 ‎1．练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动。‎ ‎2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法（）。‎ ‎3．测定匀变速直线运动的加速度。‎ 二、实验原理 ‎1．打点计时器 ‎（1）作用。计时仪器，每隔0.02 s打一次点。‎ ‎（2）两种打点计时器的比较 电磁打点计时器 电火花计时器 所用电源 ‎4~6 V低压交流 ‎220 V交流 打点方式 振针打点 电火花打点 时间间隔 每隔0.02 s打一次点 每隔0.02 s打一次点 实验误差 振针和纸带之间有摩擦，误差较大 火花放电不会影响纸带运动，误差较小 ‎（3）纸带上点的意义 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置；通过研究纸带上各点之间的距离，可以判断物体的运动情况；可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。‎ ‎2．匀变速直线运动的判断 连续相等时间内的位移之差是恒量，即（不为零），则物体做匀变速直线运动，且。‎ ‎3．由纸带求物体运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，即。‎ ‎4．由纸带求加速度 ‎（1）用“逐差法”求加速度 根据，求出加速度、、，再计算出a1、a2、a3的平均值，即为物体运动的加速度，即。‎ ‎（2）利用v–t图象的斜率求加速度 先根据求出多个时刻随对应点的瞬时速度，然后画出v–t图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。‎ 三、实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器）一端固定有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。‎ 四、实验步骤 ‎1．仪器安装 ‎（1）把固定有定滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端，连接好电路。‎ ‎（2）把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。如图所示，放手后，看小车能否在长木板上平稳地加速滑行。‎ ‎2．测量和记录 ‎（1）把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带重复实验，至少重复三次。‎ ‎（2）从几条纸带中选一条比较理想的，舍掉开头比较密集的点，从便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减少误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即T=0.1‎ ‎ s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计好的表格中。‎ ‎（3）利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。‎ ‎（4）增减所挂钩码数量，重复实验两次。‎ ‎3．处理数据并得出试验结论 ‎（1）由试验数据画出v–t图象。‎ ‎（2）由v–t图象得出小车运动的速度随时间变化的规律。‎ 五、数据处理 ‎1．目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等。‎ ‎2．处理的方法 ‎（1）分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点间距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。‎ ‎（2）利用逐差法求解平均加速度。‎ ‎（3）利用平均速度求瞬时速度。‎ ‎（4）利用v–t图象求加速度。‎ 六、误差分析 ‎1．电流频率不稳引起的实验系统误差。‎ ‎2．测量数据不准及描点、连线作图不准等引起的偶然误差。‎ 七、注意事项 ‎1．平行：纸带、细绳要和木板平行。‎ ‎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：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。‎ ‎4．减小误差：小车的加速度宜适当大些，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。‎ ‎（1）作出速度–时间图象，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。‎ ‎（2018·广东省深圳市罗湖区罗湖外国语学校）某同学用打点计时器测量做匀速直线运动的物体的加速度，电源频率，在纸带上打出的点中，选出零点，每隔个点取个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，、、、是依次排列的个计数点，仅能读出其中个计数点到零点的距离：，、。‎ 根据以上信息回答：‎ ‎（1）电磁打点计时器的工作电压是：__________________________________________；‎ ‎（2）相邻两个计数点的时间间隔为_____________；‎ ‎（3）打点时物体的速度大小为____________（取位有效数字）‎ ‎（4）设之间的距离为，之间的距离为，相邻计数点之间的时间间隔为，则物体加速度的表达式为______________________（用、和表示） ‎ ‎（5）根据匀变速直线运动的特点可以推测点到零点的距离是_____。‎ A．‎ B．‎ C．‎ D．‎ ‎【参考答案】（1）低压交流电 （2）0.1 （3）2.5 （4） （5）B ‎【试题解析】（1）电磁打点计时器的工作电压是0~6 V的低压交流电；‎ ‎（2）由于每隔个点取个计数点，所以相邻两个计数点的时间间隔为；‎ ‎（3）利用中点时刻的速度等于平均速度可知；‎ ‎（4）根据，可求得；‎ ‎（5）设OC之间的距离为x，则根据可知：；解得，故选B。‎ ‎1．若实验中，算出各点的时刻所对应的瞬时速度，计算加速度最合理的方法是 A．根据实验数据画出图出图，量出倾斜角α，由，求出加速度 B．根据任意两点的速度用公式求算出加速度 C．根据实验数据画出图，由图线上相距较远的两点对应的速度、时间，用公式算出加速度 D．依次算出通过连续两计数点的加速度，算出平均值作为小车的加速度 ‎【答案】C 考点2 探究弹力和弹簧伸长的关系 一、实验目的 ‎1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系。‎ ‎2．学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据。‎ 二、实验原理 ‎1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。‎ ‎2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度进行计算。‎ 三、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。‎ 四、实验步骤 ‎（1）安装实验仪器（见实验原理图）。‎ ‎（2）测量弹簧的伸长量（或总长）及所受的拉力（或所挂钩码的质量），列表作出记录，要尽可能多测几组数据。‎ ‎（3）根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标。‎ ‎（4）按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线），所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。‎ ‎（5）以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数。‎ 五、数据处理 ‎1．列表法：将测得的F、x填入设计好的表格之中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差范围内是相等的。‎ ‎2．图象法：以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线，是一条过坐标原点的直线。‎ ‎3．函数法：弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。‎ 六、误差分析 ‎1．弹簧的拉力大小不稳定。‎ ‎2．钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差。‎ ‎3．画图时描点及连线不准确也会带来误差。‎ 七、注意事项 ‎1．不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度。‎ ‎2．尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。‎ ‎3．观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。‎ ‎4．统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。‎ ‎（2018·高一上学期物理期末专项复习试题）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，设计了如下图(a)所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，待静止时，测出弹簧相应的总长度．每只钩码的质量都是10 g。实验数据见下表。(弹力始终未超过弹性限度，g取10 N/kg)‎ ‎（1）试根据这些实验数据，在给定的如图(b)所示的坐标纸上，作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的函数关系图象。‎ ‎（2）图象跟坐标轴交点的物理意义是________。该弹簧的劲度系数k是________N/m。‎ ‎【参考答案】（1）如图所示 （2）表示弹簧原长 20‎ ‎【试题解析】（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。‎ ‎（2）该图线跟横轴交点的横坐标表示弹力为零时弹簧的长度，即为弹簧的自由长度。图象的斜率大小等于弹簧的劲度系数，注意单位要化成国际单位，因此根据图象求出弹簧劲度系数为：k=20 N/m。‎ ‎1．在探究弹力和弹簧伸长的关系实验中，得到某弹簧的伸长量x与弹力f之间的关系图象，下列说法中正确的是 ‎ ‎ A．弹簧的劲度系数为30.0 N/m B．弹簧发生弹性形变时，弹力大小与弹簧伸长（或缩短）的长度成正比 C．由图象可知弹簧原长为5.0 cm D．当弹簧伸长2.5 cm时，弹簧弹力为0.75 N ‎【答案】ABD 考点3 验证力的平行四边形定则 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 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等。‎ 三、实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺。‎ 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。如实验原理图所示。 ‎ ‎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．用铅笔和刻度尺从O点沿两细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为临边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合理F的图示。‎ ‎2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只有一个弹簧测力计时的拉力的图示。‎ ‎3．比较F和是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。‎ 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，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。‎ ‎（2）作图时用刻度尺借助于三角板，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°之间为宜。‎ ‎3．在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变量应尽量大一些。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。‎ ‎（2018·福建省福州市八县（市）协作校）“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示。‎ ‎（1）某次实验中，拉OC细绳的弹簧秤指针位置如甲图所示，其读数为_____N；乙图中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是_____。‎ ‎（2）关于此实验下列说法正确的是________。‎ A．与橡皮筋连接的细绳必须等长 B．用两只弹簧秤拉橡皮筋时，应使两弹簧秤的拉力相等，以便算出合力的大小 C．用两只弹簧秤拉橡皮筋时，结点位置必须与用一只弹簧秤拉时结点的位置重合 D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要短一些 ‎【参考答案】（1）2.80 F′ （2）C ‎【试题解析】（1）弹簧秤最小刻度为0.1 N，估读到0.01 N，则读数为2.80 N；F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一个弹簧称沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一个弹簧称的拉力与两个弹簧称的拉力效果相同，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′方向并不在重合。‎ ‎（2）与橡皮筋连接的细绳要稍微长些，并非要求等长，故A错误。实验要方便、准确，两分力适当大点，读数时相对误差小，但没有要求两力必须相等，故B错误；为了保证效果相同，两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉至同一位置，故C正确。为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D错误。‎ ‎1．做“验证力的平行四边形定则”实验时，其中的三个步骤是：‎ ‎①在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧测力计的读数F1和F2‎ ‎②在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F ‎③只用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧测力计一起拉时相同，记下此时弹簧测力计的读数和细绳的方向 ‎（1）以上三个步骤中均有疏漏，请找出并更正 在①中______________________________________________________；‎ 在②中______________________________________________________；‎ 在③中______________________________________________________。‎ ‎（2）如图所示为四位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所作的图示，F1和F2是两个弹簧测力计同时拉橡皮条时的力的图示，F是根据平行四边形定则作出的F1和F2的合力的图示，是一个弹簧测力计单独拉橡皮条时的力的图示，其中错误的图是____________。‎ ‎【答案】（1）应该记下两根细线的方向 在纸上根据F1和F2的大小和方向 使橡皮条与细线的结点仍然达到O点 （2）B 考点4 验证牛顿运动定律 一、实验目的 ‎1．学会用控制变量法研究物理规律。‎ ‎2．学会灵活运用图象法处理物理问题的方法。‎ ‎3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。‎ 二、实验原理（见实验原理图）‎ ‎1．保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。‎ ‎2．保持合外力不变，确定加速度与质量的关系。‎ ‎3．作出a－F图象和a－图象，确定其关系。‎ 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、天平、米尺。‎ 四、实验步骤 ‎1．用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m′，把数据记录在表格中。‎ ‎2．把实验器材安装好，平衡摩擦力。‎ ‎3．在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量m′记录在表格中。‎ ‎4．保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做5次实验。‎ ‎5．算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中。‎ ‎6．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力m′g，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线。‎ ‎7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。‎ 五、数据处理 ‎1．利用Δx=aT2及逐差法求a。‎ ‎2．以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比。‎ ‎3．以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比。‎ 六、误差分析 ‎1．因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。‎ ‎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．平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动。‎ ‎2．不重复平衡摩擦力。‎ ‎3．实验条件：m≫m′。‎ ‎4．一先一后一按：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，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。‎ ‎（2018·福建省福州市八县（市）协作校）在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如下图所示：‎ ‎（1）在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车，使小车做___________直线运动；‎ ‎（2）某同学在探究小车质量不变，小车的加速度与小车所受合力间的关系时，该同学平衡小车的摩擦阻力后，为了使小车所受的合力近似等于砝码的重力，小车的质量M和砝码的质量m分别应选取下列哪组值最适宜______。‎ A．M=500 g，m分别为50 g、70 g、100 g、225 g B．M=500 g，m分别为20 g、30 g、40 g、50 g C．M=200 g，m分别为50 g、75 g、100 g、225 g D．M=200 g，m分别为30 g、40 g、50 g、100 g ‎（3）在某次实验中，某同学得到一条打点清晰的纸带，并且每5个计时点取一个计数点（每相邻的计数点间还有4个计时点未画出），如图所示，已知每相邻的2个计数点间的距离为s，且s1=0.95 cm，s2=2.88 cm，s3=4.80 cm，s4=6.71 cm，s5=8.64 cm，s6=10.57 cm，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz。试计算此纸带的加速度大小a=________m/s2（计算结果保留3位有效数字）。‎ ‎（4）在平衡好摩擦力的情况下，探究小车加速度a与小车受力F的关系中，将实验测得的数据在坐标图中描点并作出a–F图线，如图所示。从a–F图线求得小车的质量为__________kg(保留两位有效数字）。‎ ‎【参考答案】（1）匀速 （2）B （3）1.92 （4）0.50‎ ‎【试题解析】（1）在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车，使小车恰好做匀速直线运动，这样小车所受的摩擦力与小车沿斜面向下的重力的分力平衡。‎ ‎（2）该实验要求满足小车的质量大于大于钩码的质量，这样小车所受的合力才近似等于砝码的重力，只有B满足此条件，故选B。‎ ‎（3）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：s4–s1=3a1T2，s5–s2=3a2T2，s6–s3=3a3T2，为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，联立得，代入数据得。‎ ‎（4）根据得a–F图线的斜率倒数表示物体的质量，则有：，解得：。‎ ‎1．某实验小组在实验室做“验证牛顿运动定律”实验：‎ ‎（1）甲同学在验证加速度和物体的质量的关系时，控制物体所受合外力不变。‎ ‎①实验中，描图象而不描a–m图象的理是 。‎ ‎②根据实验数据得到图象如图所示，由此你得出的结论为 。‎ ‎（2）乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的a–F图象如图乙所示，图象与a轴的截距的物理意义是 ；小车的质量为 kg。（保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）①a–m的图线为曲线、不便于发现规律，而图线为直线，偏于发现规律 ②‎ 合外力不变时，加速度与质量成反比 （2）不加外力时，重力的分力与摩擦力的合力产生的加速度 1.8（1.7~1.9均正确）‎ 考点5 探究动能定理 一、 实验目的 ‎1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。‎ ‎2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系。‎ 二、实验原理 ‎1．一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W。‎ ‎2．两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W。‎ ‎3．三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W。‎ ‎4．利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，即可求出v－W关系。‎ 三、实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等。‎ 四、实验步骤 ‎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。‎ ‎4．测出每次小车获得的速度。‎ ‎5．分别用各次实验测得的v和W绘出W－v、W－v2，W－v3、W－关系图。‎ 五、数据处理 先对数据进行估计，或者作出W－v草图，大致判断两个量可能是什么关系。若为，则可以对每一个速度值算出它的二次方，然后以W为纵轴，v2为横轴作图，如果作出的图象为一条直线，在说明成立。 ‎ 六、误差分析 ‎1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不同，使橡皮筋的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比。‎ ‎2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。‎ ‎3．利用纸带上的点计算小车的速度时，测量不准确带来的误差。‎ 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。‎ ‎（2018·高一物理期末复习）某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，下图中是小车在一条橡皮筋作用下由静止弹出沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W。当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放，小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。‎ ‎（1）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_______________；‎ ‎（2）实验中我们应测量小车的什么速度______。‎ A．全程的平均速度 B．加速阶段的平均速度 C．任一点的瞬时速度 D．匀速阶段的瞬时速度 ‎（3）在本实验中作出W—v图象如图所示，比较符合实际的是______。‎ ‎（4）本实验结论是：橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝______。‎ ‎【参考答案】（1）把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 （2）D （3）C （4）‎ ‎【试题解析】（1）由题意可知，橡皮筋的弹力为小车所受的合力，故需把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力；‎ ‎（2）为研究橡皮筋做的功和物体速度变化的关系，需测量小车匀速阶段的瞬时速度，故选D；‎ ‎（3）由该过程的能量转化关系可知，橡皮筋的弹性势能通过弹力做功完全转化为小车的动能，故W—v图象为二次函数，故其图象为C；‎ ‎（4）由以上分析可知本实验结论是：橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝。‎ ‎1．某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：‎ A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；‎ B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持步骤A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；‎ C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？ ； （填“是”或“否”）‎ ‎（2）若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有 ；‎ A．悬挂钩码的总质量m B．长木板的倾角θ C．两传感器间的距离l D．小车的质量M ‎（3）根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为 （重力加速度为g）。‎ ‎【答案】（1）否 （2）ACD （3）mgl=Mv22−Mv12‎ 考点6 验证机械能守恒定律 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物体的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（附铁夹）、导线两根。‎ 四、实验步骤 ‎（1）根据实验原理图安装仪器。‎ ‎（2）将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔。‎ ‎（3）用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。‎ ‎（4）从几条打下点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量，ΔEk=mv，ΔEp=mgdn，vn=。‎ ‎（5）计算对比ΔEp与ΔEk。‎ 五、数据处理 ‎1．利用起始点和第n点进行计算。将实验数据代入和，在实验误差允许的条件下，若和相等，则验证了机械能守恒定律。‎ ‎2．任取两点进行计算。任取两点A、B，测出，算出；算出的值；在实验误差允许的条件下，若和相等，则验证了机械能守恒定律。‎ ‎3．图象法。从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各点的速度的平方v2，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出–h的图线。若在误差允许的范围内图线是过原点且斜率为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=mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp=mghn，改进办法是调整器材的安装，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。‎ ‎（2018·山西省大同市）“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。‎ ‎（1）比较这两种方案，____（选填“甲”或“乙”）方案好些。‎ ‎（2）如图丙是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，已知每两个计数点之间的时间间隔T=0.l s。拉着该纸带的物体运动的加速度a=___m/s2（计算结果保留三位有效数字）；该纸带是采用____（选填“甲”或“乙”）实验方案得到的。‎ ‎（3）实验中某同学利用甲方案得到的一条点迹清晰的完整纸带如图丁所示。纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离、和的值。‎ ‎①打点计时器打B点时，重物速度的大小v=____m/s（计算结果保留三位有效数字）；‎ ‎②通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果_____（填“能”或“不能”）验证机械能守恒定律（实验中打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，当地重力加速度g=9.8 m/s2）。‎ ‎【参考答案】（1）甲 （2） 乙 （3） （4）能 ‎【试题解析】（1）机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使阻力越小越好，故甲方案好一些；‎ ‎（2）采用逐差法求解加速度，，因a远小于g，故为斜面上小车下滑的加速度，所以该纸带采用图乙所示的实验方案；‎ ‎（3）根据运动学公式，中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均，可知重物速度的大小为：；‎ ‎（2）设重物质量为m，OB对应的下落过程中 重力势能减少量为：‎ 动能增加量为：‎ 在误差允许范围内，可以认为相等，因此验证了机械能守恒定律，即过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果能验证机械能守恒定律。 ‎ ‎1．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。‎ ‎（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1 Δt2（选填“>”、“=”或“<”）时，说明气垫导轨已经水平。‎ ‎（2）用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d= mm。‎ ‎（3）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m。将滑块P 由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出 和 （写出物理量的名称及符号）。‎ ‎（4）若上述物理量间满足关系式 ，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒。‎ ‎【答案】（1）= （2）5.00 （3）滑块质量M 两光电门间距为L ‎（4）mgL=‎ 考点7 验证动量守恒定律 一、实验目的 验证动量守恒定律。‎ 二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p=m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。‎ 三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。‎ 方案二：带细线的摆球（两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。‎ 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。‎ 方案四：斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。‎ 四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验（如图所示）。‎ ‎1．测质量：用天平测出滑块质量。‎ ‎2．安装：正确安装好气垫导轨。‎ ‎3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度（①改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向）。‎ ‎4．验证：一维碰撞中的动量守恒。‎ 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验（如图所示）‎ ‎1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。‎ ‎2．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。‎ ‎3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。‎ ‎4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。‎ ‎5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。‎ ‎6．验证：一维碰撞中的动量守恒。‎ 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验（如图所示）。‎ ‎1．测质量：用天平测出两小车的质量。‎ ‎2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。‎ ‎3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。‎ ‎4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=算出速度。‎ ‎5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。‎ ‎6．验证：一维碰撞中的动量守恒。‎ 方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律（如图所示）。‎ ‎1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。‎ ‎2．安装：按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。‎ ‎3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。‎ ‎4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。‎ ‎5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。‎ ‎6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。‎ ‎7．结束：整理好实验器材放回原处。‎ 四、数据处理 ‎1．速度的测量 方案一：滑块速度的测量：v=，式中Δx为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。‎ 方案二：摆球速度的测量：v=，式中h为小球释放时（或碰撞后摆起的）高度，h可用刻度尺测量（也可由量角器和摆长计算出）。‎ 方案三：小车速度的测量：v=，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出。‎ ‎2．验证的表达式 方案一、二、三：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。‎ 方案四：m1·OP=m1·OM＋m2·ON。‎ ‎（2018·重庆市开州区）某同学用下图所示装置做验证动量守恒定律的实验。先将A球从斜槽轨道上某固定点C处由静止开始释放，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的B球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止，让A球仍从原固定点C处由静止开始释放，和B球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。从左向右依次是M、P、N点。‎ ‎（1）本实验必须测量的物理量是__________。‎ A．斜槽轨道末端到水平地面的高度H B．小球A、B的质量mA、mB C．小球A、B的半径r D．记录纸上O点到M、P、N各点的距离OM、OP、ON ‎（2）小球A、B的质量mA、mB应满足mA_______mB(填“>”、“=”、“<”)。‎ ‎（3）为测定未放B小球时，小球A落点的平均位置，把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O点对齐，如图所示给出了小球A落点附近的情况，由图可知OP距离应为________cm。‎ ‎（4）按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_________。‎ ‎【参考答案】（1）BD （2）> （3）31.92（31.90～31.95均可） （4）‎ ‎【试题解析】（1）小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒，则mAv0=mAvA+mBvB，两边同时乘以时间t得：mAv0t=mAvAt+mBvBt，则mAOP=mAOM+mBON，因此实验需要测量：两球的质量，两球做平抛运动的水平位移，故选BD。‎ ‎（2）为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即mA>mB。‎ ‎（3）找出平均落点，由图所示可知，刻度尺分度值是1 mm，刻度尺示数为31.92 cm。‎ ‎（5）由（1）可知，实验需要验证的表达式为：mAOP=mAOM+mBON。‎ ‎1．气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：‎ a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。‎ b．调整气垫导轨，使导轨处于水平。‎ c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。‎ d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。‎ e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。‎ ‎（1）实验中还应测量的物理量是_________ __ _ __________。‎ ‎（2）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是____ ________________。‎ ‎（3）被压缩弹簧的弹性势能的表达式为 。‎ ‎【答案】（1）B的右端至D板的距离L2 （2） （3） ‎ ‎【解析】（1）还应测量出B的右端至D板的距离L2，这样才能算出时间；‎ ‎（2）A滑块的速度，同样B滑块的速度，因此用已知量代入就是；‎ ‎（3）弹性势能就等于A、B两个滑块的动能，即。‎ ‎1．（2018·新课标全国III卷）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：‎ ‎（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。‎ ‎（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）。‎ ‎（3）已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2，L=30.0 cm，L1=10.4 cm，乙的反应时间为__________s。（结果保留2位有效数字）‎ ‎（4）写出一条提高测量结果准确程度的建议：___________。‎ ‎【答案】（2） （3）0.20 （4）多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子 ‎2．（2018·新课标全国I卷）如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。现要测量图（a）中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为_______cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m（保留3位有效数字）。‎ ‎【答案】3.775 53.7‎ ‎3．（2017·新课标全国Ⅰ卷）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）‎ ‎（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。‎ ‎（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留2位有效数字）‎ ‎【答案】（1）从右向左 （2）0.19 0.037 ‎ ‎【解析】（1）小车在阻力的作用下，做减速运动，由图（b）知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，‎ ‎4．（2017·新课标全国Ⅱ卷）某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；‎ ‎②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；‎ ‎③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出；‎ ‎④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；‎ ‎⑤多次重复步骤④；‎ ‎⑥利用实验中得到的数据作出–∆t图，如图（c）所示。‎ 完成下列填空：‎ ‎（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和∆t的关系式为= 。‎ ‎（2）由图（c）可求得，vA= cm/s，a= cm/s2。（结果保留3位有效数字）‎ ‎【答案】（1） （2）52.1 16.6（15.8~16.8）‎ ‎5．（2017·新课标Ⅲ卷）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。‎ ‎（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为_______N。‎ ‎（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。 ‎ ‎（i）用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合；‎ ‎（ii）F合的大小为_______N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。‎ ‎【答案】（1）4.0 （2）（i）如图所示 （ii）4.0 0.05‎ ‎6．（2016·全国新课标Ⅲ卷）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：‎ ‎（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。‎ ‎（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N–n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s–t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。‎ ‎（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s–t图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。‎ n ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎0.20‎ ‎0.58‎ ‎0.78‎ ‎1.00‎ ‎（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a–n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。‎ ‎（5）利用a–n图象求得小车（空载）的质量为_______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 m/s2）。‎ ‎（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项前的标号）‎ A．a–n图线不再是直线 B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点 C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大 ‎【答案】（3）0.39 （4）如图所示 （5）0.45 （6）BC