（江蘇選考）2023版高考物理二輪復(fù)習(xí)第一部分專題五物理實驗學(xué)案

PAGEPAGEPAGE1專題五物理實驗[思維腦圖]學(xué)前串一串，平時翻一翻，考前憶一憶一、力學(xué)實驗1．熟知常規(guī)力學(xué)量的測量物理量測量工具、使用方法或測量方法力①彈簧測力計(不超量程，調(diào)零；會讀數(shù))；②力傳感器(調(diào)零)質(zhì)量天平(水平放置、調(diào)零；被測物放左盤、砝碼放右盤；會讀數(shù))長度①刻度尺(要估讀，精度1mm)；②螺旋測微器(要估讀，精度0.01mm)；③游標(biāo)卡尺(不估讀，精度有0.1mm、0.05mm、0.02mm三種)時間①打點計時器(電磁打點計時器使用6V以下交流電，電火花計時器使用220V交流電，打點時間間隔0.02s)；②光電計時器(記錄擋光時間Δt)；③秒表(不估讀，精度0.1s)速度①紙帶：v＝eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)；②頻閃照相：v＝eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)；③光電門：瞬時速度v＝eq\f(d,Δt)(d為遮光板寬度)；④速度傳感器加速度①打點紙帶：a＝eq\f(Δx,T2)；②頻閃照相：a＝eq\f(Δx,T2)；③光電門：a＝eq\f(v22－v12,2x)或a＝eq\f(v2－v1,t)；④v-t圖像：a＝k(斜率)2．洞悉重要力學(xué)實驗的考點實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點速度隨時間變化的規(guī)律①平行：細(xì)繩、紙帶與長木板平行②靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器的位置③先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶④適當(dāng)：懸掛鉤碼要適當(dāng)，防止紙帶打出的點太少或過于密集①考裝置：器材裝配正誤②考讀算：讀紙帶計數(shù)點間位移；計算瞬時速度；計算加速度③摩擦力：無需平衡(木板平放或斜放均可)④遠(yuǎn)小于：無需滿足(懸掛鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量)力的平行四邊形定那么①等效：同一次實驗中橡皮條拉長后的結(jié)點O位置必須保持不變②拉力：沿彈簧測力計軸線方向拉，橡皮條、彈簧測力計和細(xì)繩套與紙面平行；兩分力F1、F2的夾角不要太大或太?、圩鲌D：選定比例要相同；嚴(yán)格按力的圖示要求作平行四邊形求合力①考讀數(shù)：彈簧測力計示數(shù)②考操作：兩次拉橡皮條時需將結(jié)點O拉到同一位置③求合力：根據(jù)分力F1、F2大小與方向用作圖法求合力④會區(qū)分：能區(qū)分合力的理論值與真實值加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系①平衡：必須平衡摩擦力(改變小車或重物質(zhì)量，無需重新平衡)②質(zhì)量：重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量(假設(shè)使用力傳感器或以小車與重物的系統(tǒng)為研究對象，無需滿足此要求)③其他：細(xì)繩與長木板平行；小車從靠近打點計時器的位置釋放；實驗時先接通電源，后釋放小車①考裝置：器材安裝正誤；平衡摩擦力的方法、標(biāo)準(zhǔn)；質(zhì)量控制要求②測定a：根據(jù)紙帶或光電門數(shù)據(jù)計算加速度③求結(jié)論：描點作a-F或a-eq\f(1,M)圖像，并得出結(jié)論④判成因：給定異常a-F圖像，判斷其可能成因探究動能定理①平衡：須平衡摩擦力②做功：橡皮筋做的功是變力功，不能具體求解，須用倍增法改變功的大?、坌≤嚕嚎拷螯c計時器且接通電源再釋放小車；每次小車須由同一位置靜止彈出①考裝置：平衡摩擦力的方法、判斷標(biāo)準(zhǔn)②求速度：小車獲得速度就是紙帶點距均勻的速度③考圖像：作W-v或W-v2圖像，得出結(jié)論驗證機械能守恒定律①安裝：打點計時器豎直安裝；紙帶沿豎直方向拉直②重物：選密度大、質(zhì)量大的金屬塊，且靠近計時器處釋放③速度：應(yīng)用vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt計算①考裝置：器材選擇、裝配正誤②考運算：下落速度的計算；減小重力勢能與增加動能的計算③考圖像：由eq\f(v2,2)h或eq\f(Δv2,2)Δh圖像的斜率判斷機械能是否守恒二、電學(xué)實驗1．熟知常規(guī)電學(xué)量的測量物理量測量工具、使用方法或測量方法電壓①電壓表(會選用；會接線；會讀數(shù))；②電壓傳感器；③多用電表電壓擋；④靈敏電流計與大電阻串聯(lián)電流①電流表(會選用；會接線；會讀數(shù))；②電流傳感器；③多用電表電流擋；④靈敏電流計與小電阻并聯(lián)電阻①多用電表電阻擋(粗測)；②伏安法(外接法、內(nèi)接法)；③等效替代法測電阻；④電阻箱(接線、讀數(shù))；⑤滑動變阻器(選用、接線)電動勢①伏安法；②伏阻法；③安阻法等2.洞悉重要電學(xué)實驗的考點工程電路圖實驗原理考查熱點決定導(dǎo)線電阻的因素①測Rx：Rx＝eq\f(U,I)(伏安法)②算ρ：Rx＝ρeq\f(L,S)，ρ＝eq\f(SRx,L)①考讀數(shù)：U、I、L及d②考電路：電路設(shè)計或選擇、實物連線或改錯，器材選擇③考運算：U-I求Rx，求ρ描繪小燈泡的伏安特性曲線①電路：伏安法外接；滑動變阻器分壓式②圖像：U-I圖像為曲線(溫度升高，燈絲電阻增大)①考電路：電路設(shè)計或選擇、實物連線或改錯，器材選擇②考作圖：描點、連線畫U-I圖像③考運算：由U-I圖像求電阻、電功率測量電源的電動勢和內(nèi)阻①伏安法：E＝U＋I(xiàn)r②安阻法：E＝I(R＋r)③伏阻法：E＝U＋eq\f(U,R)r①考電路：電路設(shè)計或選擇、實物連線或改錯，器材選擇②考作圖：描點連線畫圖線③考運算：由U-I或I－1-R或U－1-R－1圖像求E、r練習(xí)使用多用電表①V、A擋：相當(dāng)于電壓表、電流表②Ω擋：閉合電路歐姆定律③調(diào)零：機械調(diào)零、歐姆調(diào)零④電流方向：紅表筆進(jìn)，黑表筆出①考讀數(shù)：電壓、電流、電阻擋的讀值②考使用：歐姆表選擋、調(diào)零、標(biāo)準(zhǔn)操作等③考黑箱：多用電表探測黑箱內(nèi)的元件2022～2022年實驗必做題統(tǒng)計第10題第11題2022探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系利用繼電器與熱敏電阻制作簡易的溫控裝置2022探究金屬電阻的阻值隨溫度變化的關(guān)系利用光電門與鋼球驗證機械能守恒定律2022利用伏安法測量干電池的電動勢和內(nèi)阻探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律二十二、根本儀器的使用和讀數(shù)長度測量類儀器1．游標(biāo)卡尺讀數(shù)方法游標(biāo)尺精確度(mm)游標(biāo)尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對齊時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)(mm)刻度格數(shù)刻度總長度(mm)每小格與1mm相差(mm)1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n注意：(1)讀數(shù)最后的“0〞不能丟，且不需要估讀。(2)讀數(shù)時主尺和游標(biāo)尺所用單位要統(tǒng)一，都用mm，最后根據(jù)題目要求轉(zhuǎn)換單位。(3)游標(biāo)卡尺可以測量長度、深度、內(nèi)徑、外徑等。2．螺旋測微器讀數(shù)方法測量值＝固定刻度值(注意半毫米刻度線是否露出)＋精確度×可動刻度上與固定刻度水平線所對的刻度值(注意刻度值要估讀一位)。精確度為0.01mm。注意：(1)螺旋測微器讀數(shù)以“mm〞為單位時，小數(shù)點后面一定有三位數(shù)字。(2)螺旋測微器需要估讀，讀數(shù)時要估讀到0.001mm。[即時訓(xùn)練]1．下面各圖均是用游標(biāo)卡尺測量時的示意圖，圖甲為50分度游標(biāo)卡尺，圖乙為20分度游標(biāo)卡尺，圖丙為10分度游標(biāo)卡尺，它們的讀數(shù)分別為：________；________；________。解析：題圖甲中，主尺讀數(shù)為42mm，游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于卡尺是50分度的，所以讀數(shù)為42mm＋8×0.02mm＝42.16mm；題圖乙中，主尺讀數(shù)為63mm，游標(biāo)尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于卡尺是20分度的，所以讀數(shù)為63mm＋6×0.05mm＝63.30mm；題圖丙中，主尺讀數(shù)為29mm，游標(biāo)尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于卡尺是10分度的，所以讀數(shù)為29mm＋8×0.1mm＝29.8mm。答案：42.16mm63.30mm29.8mm2.用螺旋測微器測某圓柱體的直徑時，示數(shù)如下圖，圓柱體的直徑為________mm。解析：固定刻度上讀數(shù)為4mm，可動刻度與固定刻度水平線對齊格數(shù)為3.5格(0.5格為估讀)，那么螺旋測微器的讀數(shù)為4mm＋3.5×0.01mm＝4.035mm。答案：4.035時間測量類儀器1．打點計時器的使用方法(1)電磁打點計時器使用6V以下的交流電源，電火花計時器使用220V的交流電源，電源頻率都為50Hz，即打點計時器每隔0.02s打一個點。(2)在使用打點計時器時，應(yīng)先接通電源，再放開紙帶，每打完一條紙帶，應(yīng)及時關(guān)閉電源。(3)假設(shè)打點計時器在紙帶上留下的不是點，而是一些短線，這種現(xiàn)象是電磁打點計時器的振針與紙帶的接觸時間過長而引起的，這時應(yīng)適當(dāng)調(diào)低輸入電壓(電磁打點計時器是利用電磁鐵吸附振針來實現(xiàn)打點的，調(diào)低電壓減小了電磁鐵對振針的吸引力，可以解決問題)或調(diào)節(jié)振針的高度、振片的高度。(4)要注意區(qū)別打點計時器打出的計時點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數(shù)點，兩個計數(shù)點間的時間間隔為t＝0.02×5s＝0.1s。2．秒表的讀數(shù)方法機械秒表一般由分針和秒針組成，分針的短刻線代表半分鐘，秒針的最小刻度為0.1s，而且不需要估讀。[即時訓(xùn)練]1．一同學(xué)利用打點計時器打出的紙帶分析做減速運動的小車的運動規(guī)律時，得到了一條不完整的紙帶，紙帶上相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出，所用交流電的頻率為50Hz，相鄰計數(shù)點之間的距離已標(biāo)在圖中，單位：cm。(1)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔是________s。(2)小車的加速度大小a＝________m/s2，方向為______(填“A→B〞或“B→A〞)。(3)當(dāng)電源頻率低于50Hz時，如果仍按頻率為50Hz的時間間隔計算，那么測出的速度數(shù)值將比小車速度的真實值________(填“偏大〞或“偏小〞)。解析：(1)因為兩計時點間的時間間隔為0.02s，而相鄰的兩個計數(shù)點間還有4個計時點，故t＝0.1s。(2)由逐差法可得x1－x4＝3a1t2，x2－x5＝3a2t2，x3－x6＝3a3t2，求得a1、a2、a3的平均值為a＝eq\f(x1＋x2＋x3－x4－x5－x6,9t2)＝0.80m/s2，因為從A到B相鄰計數(shù)點間的距離越來越小，故加速度方向為A→B。(3)當(dāng)交流電的頻率為50Hz時，打點計時器每隔0.02s打一個點，當(dāng)交流電的頻率低于50Hz時，打點計時器打一次點的時間間隔將大于0.02s，即0.02s小于真實的時間間隔，因此測出的速度數(shù)值將比真實值偏大。答案：(1)0.1(2)0.80A→B(3)偏大2．在一次學(xué)校組織的運動會上，一位同學(xué)參加400m跑步比賽，計時員用秒表記下該同學(xué)所用的時間如下圖，其讀數(shù)為________s。解析：由秒表的讀數(shù)方法，可得時間t＝短針讀數(shù)t1＋長針讀數(shù)t2＝90s＋9.8s＝99.8s。答案：99.8電壓表和電流表電壓表、電流表的讀數(shù)規(guī)那么1．電壓表、電流表假設(shè)用0～3V、0～3A量程，其最小分度(精確度)分別為0.1V、0.1A，應(yīng)估讀到下一位。2．電壓表假設(shè)用0～15V量程，那么其最小分度為0.5V，估讀到最小分度的eq\f(1,5)，以“V〞為單位，所讀數(shù)值有一位小數(shù)。3．電流表假設(shè)用0～0.6A量程，那么其最小分度為0.02A，估讀到最小分度的eq\f(1,2)，以“A〞為單位，所讀數(shù)值有兩位小數(shù)。[即時訓(xùn)練]如下圖為電壓表和電流表的刻度盤示意圖，指針位置分別如圖甲、圖乙所示。(1)假設(shè)使用的是0～3V量程，讀數(shù)為________V。假設(shè)使用的是0～15V量程，讀數(shù)為________V。(2)假設(shè)使用的是0～0.6A量程，讀數(shù)為________A。假設(shè)使用的是0～3A量程，讀數(shù)為________A。解析：(1)對于電壓表，中選取0～3V量程時，每小格為0.1V，讀數(shù)為1.68V，中選取0～15V量程時，每小格為0.5V，讀數(shù)為8.4V。(2)對于電流表，中選取0～0.6A量程時，每小格為0.02A，讀數(shù)為0.47A，中選取0～3A量程時，每小格為0.1A，讀數(shù)為2.33A。答案：(1)1.688.4(2)0.472.33二十三、速度和加速度的幾種測量模型打點計時器[例1]在“研究勻變速直線運動的規(guī)律〞的實驗中，某同學(xué)獲得的一條紙帶如下圖。(1)打點計時器的電源頻率為50Hz，那么打點計時器在紙帶上打下相鄰兩點的時間間隔為________。(2)A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，從圖中讀出A、B兩點間距x＝________m。(3)C點對應(yīng)的速度是________m/s，小車運動的加速度為________m/s2。(計算結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字)(4)假設(shè)實驗后發(fā)現(xiàn)，實際所用交流電的頻率高于50Hz，那么第(3)問中計算結(jié)果與實際值相比________。(填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)[解析](1)打點計時器在紙帶上打下相鄰兩點的時間間隔t＝eq\f(1,50)s＝0.02s。(2)由于每兩個相鄰計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1s，A、B間的距離x＝0.30cm＝0.0030m。(3)根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度，可以求出打下C點時小車的瞬時速度大小vC＝eq\f(0.0170－0.0050,2×0.1)m/s＝0.060m/s。根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2，可以求出加速度的大小，得a＝eq\f(xG－xF＋xF－xE＋xE－xD－xD－xC＋xC－xB＋xB－xA,9T2)＝eq\f(xG－2xD＋xA,9T2)＝0.20m/s2。(4)如果實驗中實際所用交流電的頻率高于50Hz，那么實際打點周期變小，根據(jù)運動學(xué)公式得，第(3)問中計算結(jié)果與實際值相比偏小。[答案](1)0.02s(2)0.0030(3)0.0600.20(4)偏小[備考錦囊]1．如何選取紙帶和計數(shù)點要選取點跡清晰的一條紙帶，舍掉剛開始時比擬密集的點跡，從便于測量的地方取一個起點O，然后每5個點取一個計數(shù)點，測出相鄰計數(shù)點間的距離。2．判定物體運動的性質(zhì)假設(shè)x1、x2、x3…根本相等，那么物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻速直線運動；假設(shè)Δx＝xm－xn根本相等，那么物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動。3．由紙帶求物體的運動速度平均速度法：做勻變速直線運動的物體，某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。4．由紙帶求物體的加速度(1)逐差法：如下圖的紙帶，相鄰兩點的時間間隔為T，且滿足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，那么用a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，算出a1、a2、a3的平均值即物體運動的加速度，a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，準(zhǔn)確性得以提高。(2)圖像法：由“平均速度法〞求出多個點的速度，畫出v-t圖像，直線的斜率即加速度。光電門[例2]如下圖為用光電門測定鋼球下落時受到的阻力的實驗裝置，直徑為d、質(zhì)量為m的鋼球自由下落過程中，先后通過光電門A、B，計時裝置測出鋼球通過A、B的時間分別為tA、tB，用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度。測出兩光電門間的距離為h，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)鋼球下落的加速度大小a＝__________，鋼球受到的空氣平均阻力Ff＝__________。(2)此題用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度，但從嚴(yán)格意義上講是不準(zhǔn)確的，鋼球通過光電門的平均速度__________(選填“>〞或“<〞)鋼球球心通過光電門的瞬時速度。[解析](1)鋼球通過光電門A、B時的瞬時速度分別為：vA＝eq\f(d,tA)，vB＝eq\f(d,tB)，由vB2－vA2＝2ah得，加速度a＝eq\f(d2,2h)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))，由牛頓第二定律得：mg－Ff＝ma，解得：Ff＝mg－eq\f(md2,2h)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))。(2)鋼球通過光電門的平均速度等于該過程中間時刻的瞬時速度，因鋼球做加速運動，在中間時刻時鋼球球心還沒到達(dá)光電門位置，所以鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時速度。[答案](1)eq\f(d2,2h)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))mg－eq\f(md2,2h)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,tB2)－\f(1,tA2)))(2)<[備考錦囊]利用光電門研究本實驗的兩個注意點(1)根據(jù)一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，求出滑塊運動到光電門時的速度大小。(2)通過光電門求出速度，再利用勻變速直線運動的規(guī)律求出加速度，進(jìn)而利用牛頓第二定律求力。頻閃照相[例3]某校同學(xué)們在學(xué)習(xí)自由落體運動之后的一次課外興趣活動中，利用頻閃照相方法研究小球的自由落體運動。如下圖是其中一小組拍出的照片，他們所用的是每隔eq\f(1,30)s時間拍一次的相機，從某個適當(dāng)?shù)奈恢瞄_始測量，用1、2…6表示第一、第二……第六段相鄰間隔，第一段和第六段相鄰間隔的距離已標(biāo)在圖中。(1)由圖中信息求出小球加速度的測量值a＝________。(2)由圖中數(shù)據(jù)，求出小球在位置A時的瞬時速度vA＝________m/s。[解析](1)根據(jù)逐差法有x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1＝aT2，可得xn－x1＝(n－1)aT2，故x6－x1＝5aT2，解得a＝eq\f(x6－x1,5T2)＝9.72m/s2。(2)對于第一段間隔，其中間時刻的速度大小為v1＝eq\f(x1,T)，而vA＝v1＋a·eq\f(T,2)，代入數(shù)據(jù)解得vA＝2.472m/s。[答案](1)9.72m/s2(2)2.472eq\a\vs4\al([易錯提醒])此題與用打點計時器測勻變速直線運動的加速度實驗形異質(zhì)同，因此在處理數(shù)據(jù)的方法上也相同。對于第(2)問，那么要考慮用勻變速直線運動的特殊規(guī)律，即一段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間內(nèi)的平均速度，再利用運動學(xué)公式進(jìn)行計算。DIS系統(tǒng)[例4]某學(xué)校物理興趣小組，利用光控實驗板進(jìn)行了“探究自由落體的下落高度與速度之間的關(guān)系〞的實驗，光控實驗板上有帶刻度的豎直板、小球、光控門和配套的速度顯示器，速度顯示器能顯示出小球通過光控門的速度。現(xiàn)通過測出小球經(jīng)過光控門時每次的速度來進(jìn)行探究。另配有器材：多功能電源、連接導(dǎo)線、重垂線、鐵架臺等。實驗步驟如下：①如圖甲所示，將光控板豎直固定，連好電路；②在光控實驗板的適宜位置A處固定好小球及光控門B，并測出兩者間距離h1；③接通光控電源，使小球從A處由靜止釋放，讀出小球通過B時的速度值vB1；④其他條件不變，調(diào)節(jié)光控門B的位置，測出h2、h3、…，讀出對應(yīng)的vB2、vB3、…；⑤將數(shù)據(jù)記錄在Excel軟件工作簿中，利用Excel軟件處理數(shù)據(jù)，如圖乙所示，小組探究，得出結(jié)論。在數(shù)據(jù)分析過程中，小明同學(xué)先得出了vB-h圖像，繼而又得出vB2-h圖像，如圖丙、丁所示。請根據(jù)圖像答復(fù)以下問題：(1)小明同學(xué)在得出vB-h圖像后，為什么還要作出vB2-h圖像？(2)假設(shè)小球下落過程機械能守恒，根據(jù)實驗操作及數(shù)據(jù)處理結(jié)果，你能否得出重力加速度g？如果能，請簡述方法。______________________________________________。[解析](1)先作出的vB-h圖像，不是直線，不能準(zhǔn)確判定vB與h的關(guān)系。但從圖像形狀知可以考慮vB2-h圖像，從而找出vB2、h之間的線性關(guān)系。(2)能。機械能守恒，只需驗證方程mgh＝eq\f(1,2)mv2成立，即由v2-h得圖像的斜率k＝2g，所以可得g＝eq\f(1,2)k。[答案]見解析eq\a\vs4\al([易錯提醒])此題用DIS系統(tǒng)測得速度和物體下落的高度，建立起相關(guān)圖像，利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)時，一定要明確圖像的物理意義。二十四、力學(xué)實驗與創(chuàng)新1．某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實驗裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。(1)實驗中涉及以下操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)。(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果。打點計時器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s。比擬兩紙帶可知，________(填“M〞或“L〞)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。解析：(1)實驗時首先向左推物塊使彈簧壓縮，測量出彈簧壓縮量，然后把紙帶向左拉直，先接通打點計時器電源，待打點穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，故正確的操作順序是④①③②。(2)物塊脫離彈簧后將在光滑水平桌面上做勻速直線運動，由M紙帶可知物塊脫離彈簧時的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(2.58＋2.57×10－2,2×0.02)m/s≈1.29m/s。比擬M、L兩紙帶，物塊脫離彈簧后在相同時間內(nèi)的位移M的比L的大，那么M紙帶對應(yīng)的實驗中物塊在脫離彈簧后的速度大，即M紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。答案：(1)④①③②(2)1.29M2．某同學(xué)用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz。打出紙帶的一局部如圖(b)所示。該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。(1)假設(shè)從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為________，打出C點時重物下落的速度大小為________，重物下落的加速度大小為________。(2)已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為________Hz。解析：(1)重物勻加速下落時，根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(1,2)f(s1＋s2)vC＝eq\f(s2＋s3,2T)＝eq\f(1,2)f(s2＋s3)由s3－s1＝2aT2得a＝eq\f(f2s3－s1,2)。(2)根據(jù)牛頓第二定律，有mg－kmg＝ma根據(jù)以上各式，化簡得f＝eq\r(\f(21－kg,s3－s1))代入數(shù)據(jù)可得f≈40Hz。答案：(1)eq\f(1,2)f(s1＋s2)eq\f(1,2)f(s2＋s3)eq\f(1,2)f2(s3－s1)(2)403．(2022·南京二模)某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置探究動能定理。他通過測量小車所受合外力(近似等于懸掛鉤碼的重力)做的功和小車動能的增量進(jìn)行探究，所用小車質(zhì)量為M，重力加速度為g。實驗操作如下：①用游標(biāo)卡尺測出遮光片的寬度d；②安裝好實驗器材，調(diào)整墊塊位置使長木板的傾角適宜，將小車放在長木板上某一位置A，用刻度尺量出小車上的遮光片到光電門的距離L；③在細(xì)線左端掛一個質(zhì)量為m0的鉤碼，將小車從A位置由靜止釋放，記錄下遮光片通過光電門的時間t；④保持小車質(zhì)量不變，逐次增加懸掛鉤碼個數(shù)，重復(fù)步驟③，并將各次實驗中遮光片通過光電門的時間記錄到下表中：懸掛鉤碼個數(shù)n12345t/ms11.798.166.715.775.14eq\f(1,t2)/(×104s－2)0.781.502.223.003.78答復(fù)以下問題：(1)關(guān)于實驗操作，以下說法錯誤的選項是________。A．要將小車從同一位置由靜止釋放B．改變懸掛鉤碼的數(shù)量后，要重新平衡摩擦力C．實驗中需保證懸掛鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D．實驗前應(yīng)該調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行(2)用游標(biāo)卡尺測量遮光條寬度如圖乙所示，那么遮光條的寬度d＝________mm。(3)請根據(jù)表中測量數(shù)據(jù)，以懸掛鉤碼的個數(shù)n為橫軸，以eq\f(1,t2)為縱軸，在坐標(biāo)紙上作出eq\f(1,t2)n圖像。(4)能否僅依據(jù)“eq\f(1,t2)n圖像是一條過原點的直線〞就得出“合外力對小車做的功等于小車動能增量〞的結(jié)論？________(選填“能〞或“不能〞),理由是________________。解析：(1)每次都要將小車從同一位置由靜止釋放，這樣才能保證每次拉力做功相同，故A正確；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ，所以無論懸掛鉤碼的數(shù)量是否改變，小車所受的滑動摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤；為了使小車受到的合外力等于懸掛鉤碼的重力，所以需要保證懸掛鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故C正確；為保證細(xì)線的拉力沿長木板的方向，所以應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)線與長木板平行，故D正確。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d＝10mm＋0×0.1mm＝10.0mm。(3)根據(jù)描點法可得：(4)根據(jù)nm0gL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2，解得eq\f(1,t2)＝eq\f(2m0gL,Md2)·n，故只有當(dāng)所作出的圖線斜率等于eq\f(2m0gL,Md2)時，才可得出這個結(jié)論。答案：(1)B(2)10.0(3)見解析圖(4)不能只有當(dāng)所作出的圖線斜率等于eq\f(2m0gL,Md2)時，才可得出這個結(jié)論探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)的常見處理方法：1．列表法：將測得的實驗數(shù)據(jù)填入設(shè)計好的表格之中，可以分析兩物理量間的定性關(guān)系。2．圖像法：根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行作圖。假設(shè)是曲線應(yīng)平滑，假設(shè)是直線要讓盡量多的點過直線，或在直線兩側(cè)均勻分布。3．函數(shù)法：根據(jù)圖像得到物理量間的函數(shù)關(guān)系方程式。[例1]在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系〞實驗中。(1)某同學(xué)先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長為L0，再把彈簧豎直懸掛起來，然后用鉤碼掛在彈簧下端，測出彈簧的長度為L，把L－L0作為彈簧的伸長量x1，改變鉤碼個數(shù)重復(fù)操作。由于彈簧自身重力的影響，最后作出的F-x圖像，可能是以下圖中的()(2)另一同學(xué)使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度的圖像如下圖。以下表述正確的選項是()A．a(chǎn)的原長比b的長B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D．測得的彈力與彈簧的長度成正比(3)為了測量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼。實驗測出了砝碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對應(yīng)點已在圖上標(biāo)出，請作出m-l的關(guān)系圖線。彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結(jié)果保存3位有效數(shù)字)。[解析](1)由于彈簧自身重力的原因，在不施加外力，把彈簧豎直懸掛起來時，彈簧有一定的伸長量，根據(jù)公式F＝kΔx可知圖像是一條傾斜的直線，故C正確。(2)F＝0時，彈簧處于原長，由題圖可知，b的原長比a的長，圖像的斜率表示勁度系數(shù)，所以a的勁度系數(shù)比b的大，由于圖像沒有通過原點，即彈簧的長度等于原長加變化量，即彈簧的長度和彈力不成正比，綜上所述，B正確。(3)如下圖：由胡克定律F＝kx得：k＝eq\f(F,x)＝eq\f(mg,l)＝gk斜≈0.255N/m。[答案](1)C(2)B(3)見解析圖0．255(0.248～0.262均可)[即時訓(xùn)練](2022·浙江高考)某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系〞的實驗中，測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m。如圖甲所示，用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法〞實驗，在保持彈簧伸長1.00cm不變的條件下：(1)假設(shè)彈簧秤a、b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù)是________N(圖乙中所示)，那么彈簧秤b的讀數(shù)可能為______N。(2)假設(shè)彈簧秤a、b間夾角大于90°，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角，那么彈簧秤a的讀數(shù)________、彈簧秤b的讀數(shù)________(填“變大〞“變小〞或“不變〞)。解析：(1)根據(jù)胡克定律，彈簧OC伸長1.00cm時彈簧的彈力Fc＝kΔx＝500×1.00×10－2N＝5.00N；由題圖可知彈簧秤a的讀數(shù)Fa＝3.00N，根據(jù)勾股定理，F(xiàn)a2＋Fb2＝Fc2，解得Fb＝4.00N。(2)改變彈簧秤b與OC的夾角時，由于保持彈簧伸長1.00cm不變，因而Fa與Fb的合力F保持不變，根據(jù)平行四邊形定那么，F(xiàn)a、Fb合成的平行四邊形如下圖(?OAC′B)，當(dāng)彈簧秤b與OC的夾角變小時，其力合成的平行四邊形為?OA′C′B′，由圖可知a、b兩彈簧秤的示數(shù)都將變大。答案：(1)3.00(3.00～3.02)4.00(3.90～4.10)(有效數(shù)字不作要求)(2)變大變大驗證力的平行四邊形定那么1．本實驗考查的重點是“力作用效果的等效性〞。2．對實驗步驟中兩個分力和合力的大小和方向確實定也是考查的重點。[例2](2022·南京模擬)某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定那么〞。彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細(xì)線掛一重物M，彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)。并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向。(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖乙中彈簧測力計的示數(shù)為________N。(2)(多項選擇)以下的實驗要求中不必要的是________。A．細(xì)線應(yīng)盡可能長一些B．應(yīng)測量重物M所受的重力C．細(xì)線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于90°D．改變拉力的大小與方向，進(jìn)行屢次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)(多項選擇)圖丙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示，以下說法正確的選項是________。A．圖中的F是力F1和F2合力的理論值B．圖中的F′是力F1和F2合力的理論值C．F是力F1和F2合力的實際測量值D．本實驗將細(xì)繩都換成橡皮條，同樣能到達(dá)實驗?zāi)康?4)本實驗采用的科學(xué)方法是________。A．理想實驗法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法[解析](1)題圖乙中彈簧測力計的讀數(shù)為3.80N。(2)本實驗中兩彈簧測力計合力的大小和方向是一定的，與重物M的重力等大反向，故應(yīng)測量重物M的重力，但進(jìn)行屢次實驗時，沒有必要保持O點位置不變，細(xì)線長些便于更準(zhǔn)確地確定兩拉力的方向，但沒必要一定使夾角大于90°，故不必要的為C、D。(3)題圖丙中的F′是F1和F2兩力根據(jù)平行四邊形定那么所作出的合力的理論值，而F為F1和F2的合力的實際值，A錯誤，B、C正確；本實驗將細(xì)線換成橡皮條并不影響實驗進(jìn)行，D正確。(4)本實驗采用的科學(xué)方法為等效替代法，B正確。[答案](1)3.80(3.79～3.81)(2)CD(3)BCD(4)B[即時訓(xùn)練](2022·安徽高考)在“驗證力的平行四邊形定那么〞實驗中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)紙面上某一位置，如下圖。請將以下的實驗操作和處理補充完整：(1)用鉛筆描下結(jié)點位置，記為O；(2)記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應(yīng)的點連成線；(3)只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置O，記錄測力計的示數(shù)F3，________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(4)按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3；(5)根據(jù)力的平行四邊形定那么作出F1和F2的合力F；(6)比擬________的一致程度，假設(shè)有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改良后再次進(jìn)行實驗。解析：(3)用鉛筆描出繩上的幾個點，用刻度尺把這些點連成直線(畫拉力的方向)，目的是畫出同兩分力產(chǎn)生相同效果的這個力的方向。(6)F與F3作比擬，即比擬用平行四邊形作出的合力和產(chǎn)生相同效果的實際的力是否相同，即可驗證力的平行四邊形定那么的正確性。答案：(3)沿此時細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線(6)F與F3加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系1．實驗方法：控制變量法。2．平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，說明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3．實驗條件：M?m，只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4．作圖：畫出a-F圖像和a-eq\f(1,M)圖像并進(jìn)行分析。[例3](2022·鎮(zhèn)江三模)某實驗小組應(yīng)用如圖1所示裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系〞，小車的質(zhì)量為M，砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量為m，所使用的打點計時器接的交流電的頻率為50Hz。實驗步驟如下：A．按圖1安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細(xì)線豎直；B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運動；C．掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度；D．改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得小車在不同合力作用下的加速度。根據(jù)以上實驗過程，答復(fù)以下問題：(1)對于上述實驗，以下說法正確的選項是________。A．小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等B．實驗過程中砝碼盤處于超重狀態(tài)C．與小車相連的細(xì)線與長木板一定要平行D．彈簧測力計的讀數(shù)應(yīng)為砝碼和砝碼盤總重力的一半E．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖2所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)。(3)由本實驗得到的數(shù)據(jù)作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關(guān)系圖像如選項圖所示，與本實驗相符合的是________。[解析](1)由題圖1可知，小車的加速度是砝碼盤的加速度大小的2倍，故A錯誤；實驗過程中，砝碼盤向下加速運動，處于失重狀態(tài)，故B錯誤；與小車相連的細(xì)線與長木板一定要平行，保證拉力沿著長木板方向，故C正確；實驗過程中，砝碼盤向下加速運動，處于失重狀態(tài)，故彈簧測力計的讀數(shù)小于砝碼和砝碼盤總重力的一半，故D錯誤；由于不是以砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件，故E錯誤。(2)在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即Δx＝aT2，由題圖2知，本實驗數(shù)據(jù)處理可采用兩分法，解得：a＝eq\f(7.75＋8.64－6.00＋6.87,2×5×0.022)×10－2m/s2＝0.88m/s2。(3)由題意可知，小車的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關(guān)系應(yīng)該是成正比，即為過原點的一條傾斜直線，故A符合。[答案](1)C(2)0.88(3)A[即時訓(xùn)練]用如圖甲所示的裝置探究加速度與合外力和質(zhì)量的關(guān)系，現(xiàn)有如下一些操作：甲(1)在實驗中，要進(jìn)行“平衡摩擦力〞的操作，以下關(guān)于“平衡摩擦力〞的說法正確的選項是()A．平衡摩擦力的目的是為了使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力B．平衡摩擦力的目的是為了使小車受到繩子的拉力等于所掛砂桶的總重力C．平衡摩擦力時，繩子上不掛砂桶，也不掛紙帶，只通過改變斜面的傾角，使小車在斜面上能勻速下滑D．平衡摩擦力時，不改變斜面的傾角，繩子掛上質(zhì)量適當(dāng)?shù)纳巴埃剐≤囋谛泵嫔夏軇蛩傧禄?2)選擇適當(dāng)?shù)男≤嚭晚来a的總質(zhì)量、砂和砂桶的總質(zhì)量，讓小車由靠近打點計時器位置無初速釋放，得到如圖乙所示的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。用刻度尺測量計數(shù)點間的距離如下圖。打點計時器的工作頻率為50Hz，那么小車的加速度a＝________m/s2(結(jié)果保存2位有效數(shù)字)。乙(3)保持砂和砂桶的總質(zhì)量不變，改變小車和砝碼的總質(zhì)量，重復(fù)上述實驗操作，得到對應(yīng)的加速度，這是為了探究“________________不變，加速度與__________________的關(guān)系〞。解析：(1)平衡摩擦力的目的是為了使小車受到的合外力等于小車受到繩子的拉力，選項A正確，B錯誤；平衡摩擦力時，繩子上不掛砂桶，通過改變斜面的傾角，使小車拖著紙帶在斜面上能勻速下滑，選項C、D錯誤。(2)根據(jù)Δx＝aT2可知：eq\x\to(CD)－eq\x\to(AB)＝2a1T2，eq\x\to(DE)－eq\x\to(BC)＝2a2T2，解得：a＝eq\f(1,2)(a1＋a2)＝eq\f(\x\to(CE)－\x\to(AC),4T2)＝eq\f(4.40－2.80×10－2,4×0.12)m/s2＝0.40m/s2。(3)題述實驗操作是為了探究“合外力不變，加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量的關(guān)系〞。答案：(1)A(2)0.40(3)合外力小車和砝碼的總質(zhì)量探究動能定理在探究動能定理時，通常有定性分析和定量計算兩種考查方式。定性分析一般要求作出W-v2圖像，也可以拓展為與W或v2相關(guān)的物理量間的關(guān)系圖像，如l-v2等；定量計算時需要用W＝Fl計算合外力做的功，再利用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02計算出動能的變化量，兩者比擬即可。[例4](2022·江蘇高考)利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M＝200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10.0g，打點計時器的電源為50Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到________________。(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1＝________m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W。利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小車動能，并求出動能的變化量ΔEk。計算結(jié)果見下表。W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出ΔEk-W圖像。(4)實驗結(jié)果說明，ΔEk總是略小于W。某同學(xué)猜測是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F＝______N。[解析](1)掛鉤碼前，調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車，小車做勻速直線運動，說明此時已消除了摩擦力的影響。(2)打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1＝eq\f(2.06＋2.50×10－2,0.2)m/s＝0.228m/s。(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點作圖，如下圖：(4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，那么有F＝eq\f(ΔEk,W)mg＝eq\f(4.24－2.0,4.5－2.14)×0.01×9.80N≈0.093N。[答案](1)小車做勻速運動(2)0.228(3)見解析圖(4)0.093[即時訓(xùn)練](2022·南通二模)探究外力做功與物體動能變化關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示，根據(jù)實驗中力傳感器讀數(shù)和電磁打點計時器打出紙帶的測量數(shù)據(jù)等，可分別求得外力對小車做功和小車動能的變化。(1)(多項選擇)關(guān)于該實驗，以下說法正確的有________。A．調(diào)整墊塊的高度，改變鉤碼質(zhì)量，使小車能在木板上做勻速運動B．調(diào)整滑輪的高度，使連接小車的細(xì)線與木板平行C．實驗中要始終滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量D．假設(shè)紙帶上打出的是短線，可能是打點計時器輸入電壓過高造成的(2)除了圖甲中所注明的器材外，實驗中還需要交流電源、導(dǎo)線、刻度尺和________。(3)某次實驗中打出了一條紙帶，其中一局部如圖乙所示，各個打點是連續(xù)的計時點，A、B、D、E、F各點與O點的距離如圖，假設(shè)小車質(zhì)量為m、打點周期為T，且已讀出這次實驗過程中力傳感器的讀數(shù)F，那么A、E兩點間外力做功W＝________，小車動能變化ΔEk＝________；在不同次實驗中測得多組外力做功Wi和動能變化ΔEki的數(shù)據(jù)，作出WΔEk圖像如圖丙所示，圖線斜率約等于1，由此可得到的結(jié)論是__________________________。(4)每次實驗結(jié)果顯示，拉力F做的功W總略小于小車動能的變化ΔEk，請分析出現(xiàn)這種情況的可能原因______________________________________。(寫出1條)解析：(1)平衡摩擦力時，應(yīng)在不掛鉤碼的情況下，調(diào)整墊塊的高度，使小車能在木板上做勻速運動，A錯誤；為使細(xì)線的拉力沿木板方向，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使連接小車的細(xì)線與木板平行，B正確；因有力傳感器，故實驗中沒必要始終滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，C錯誤；假設(shè)紙帶上打出的是短線，可能是打點計時器輸入電壓過高造成的，D正確。(2)根據(jù)實驗?zāi)康囊字?，為計算小車動能的變化，實驗中還需要天平測量小車的質(zhì)量。(3)A、E兩點間外力做功W＝F(s4－s1)，小車在A點的速度vA＝eq\f(s2,2T)，在E點的速度vE＝eq\f(s5－s3,2T)，小車動能變化ΔEk＝eq\f(1,2)m(vE2－vA2)＝eq\f(ms5－s32－ms22,8T2)；作出WΔEk圖像圖線斜率約等于1，說明W＝ΔEk，由此得到結(jié)論是：外力對小車所做的功等于小車動能的增量。(4)拉力F做的功W總略小于小車動能的變化ΔEk，可能原因是平衡摩擦力時木板墊得過高，一局部重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。答案：(1)BD(2)天平(3)F(s4－s1)eq\f(ms5－s32－ms22,8T2)外力對小車所做的功等于小車動能的增量(4)平衡摩擦力時木板墊得過高驗證機械能守恒定律1．驗證機械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點和第n點計算。代入ghn和eq\f(1,2)vn2，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝eq\f(1,2)vn2，那么驗證了機械能守恒定律。方法二：任取兩點計算。任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB；算出eq\f(1,2)vB2－eq\f(1,2)vA2的值；在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，假設(shè)ghAB＝eq\f(1,2)vB2－eq\f(1,2)vA2，那么驗證了機械能守恒定律。方法三：圖像法。從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2-h圖線。假設(shè)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，那么驗證了機械能守恒定律。2．誤差分析教材中驗證機械能守恒定律的實驗是利用自由落體運動進(jìn)行研究的，在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量，這是不可防止的，屬于系統(tǒng)誤差。而利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律，動能的減少量略大于重力勢能的增加量，所以在對誤差進(jìn)行分析時，要根據(jù)實驗方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結(jié)論。[例5](2022·江蘇高考)某同學(xué)用如下圖的裝置驗證機械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點。光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝eq\f(d,t)作為鋼球經(jīng)過A點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比擬鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒。(1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離。A．鋼球在A點時的頂端B．鋼球在A點時的球心C．鋼球在A點時的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如下圖，其讀數(shù)為________cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s。那么鋼球的速度為v＝________m/s。(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改良建議。[解析](1)高度變化要比擬鋼球球心的高度變化。(2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，由v＝eq\f(d,t)代入數(shù)據(jù)可計算出相應(yīng)速度。(3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk＞ΔEp，假設(shè)有空氣阻力，那么應(yīng)為ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的觀點。(4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度，因此由ΔEk＝eq\f(1,2)mv2計算得到的ΔEk偏大，要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度。[答案](1)B(2)1.50(1.49～1.51均可)1.50(1.49～1.51均可)(3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝eq\f(l,L)v。[即時訓(xùn)練](2022·北京高考)利用如圖甲所示裝置做“驗證機械能守恒定律〞實驗。(1)為驗證機械能是否守恒，需要比擬重物下落過程中任意兩點間的________。甲A．動能變化量與勢能變化量B．速度變化量和勢能變化量C．速度變化量和高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在以下器材中，還必須使用的兩種器材是________。A．交流電源 B．刻度尺C．天平(含砝碼)(3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。乙當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝__________，動能變化量ΔEk＝____________。(4)大多數(shù)學(xué)生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________。A．利用公式v＝gt計算重物速度B．利用公式v＝eq\r(2gh)計算重物速度C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D．沒有采用屢次實驗取平均值的方法(5)某同學(xué)想用下述方法研究機械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：假設(shè)圖像是一條過原點的直線，那么重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。解析：(1)在“驗證機械能守恒定律〞實驗中，重物下落，重力勢能減少，動能增加，要驗證機械能是否守恒，需比擬重物下落過程中任意兩點間的動能變化量與勢能變化量大小是否相等，應(yīng)選A。(2)實驗時用到電磁打點計時器，那么必須使用交流電源。在計算動能和勢能變化量時，需用刻度尺測量位移和重物下落高度。在比擬動能變化量和勢能變化量是否相等時需驗證eq\f(1,2)m(v22－v12)＝mgh是否成立，而等式兩邊可約去質(zhì)量m，故不需要天平。應(yīng)選A、B。(3)從打O點到打B點的過程中，重物下落hB，重力勢能減少，那么重物的重力勢能變化量ΔEp＝－mghB。動能增加，那么動能的變化量ΔEk＝eq\f(1,2)mvB2－0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－h(huán)A,2T)))2－0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－h(huán)A,2T)))2。(4)重物在下落過程中，除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，重物的重力勢能要轉(zhuǎn)化為重物的動能和內(nèi)能，那么重力勢能的減少量大于動能的增加量，選項C正確。(5)不正確。v2-h圖像為一條直線，僅說明物體所受合力恒定，與機械能是否守恒無關(guān)。例如，在本實驗中假設(shè)存在恒定阻力，那么物體的機械能不守恒，但mgh－fh＝eq\f(1,2)mv2，v2＝2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))h，v2-h為一條過原點的直線，故該同學(xué)判斷不正確。要想通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。答案：(1)A(2)AB(3)－mghBeq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hC－h(huán)A,2T)))2(4)C(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，假設(shè)阻力f恒定，根據(jù)動能定理得，mgh－fh＝eq\f(1,2)mv2－0?v2＝2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(f,m)))h可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線。要想通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。力學(xué)創(chuàng)新型實驗[例6](2022·江蘇高考)某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖1所示，打點計時器的電源為50Hz的交流電。(1)(多項選擇)以下實驗操作中，不正確的有________。A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方B．紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面C．用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落D．在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源(2)該同學(xué)按正確的步驟進(jìn)行實驗(記為“實驗①〞)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一適宜的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標(biāo)為1,2，…，8。用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖2所示。計算相鄰計時點間的平均速度eq\o(v,\s\up6(－))，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表。請將表中的數(shù)據(jù)補充完整。位置12345678eq\o(v,\s\up6(－))(cm/s)24.533.837.8____39.539.839.839.8(3)分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是__________________；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是____________________。(4)該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實驗操作(記為“實驗②〞)，結(jié)果說明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同。請問實驗②是為了說明什么？比照實驗①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？[解析](1)為了探究磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律，應(yīng)讓銅管豎直地固定在限位孔正下方，防止磁鐵下落時與銅管發(fā)生碰撞，選項A正確；紙帶穿過限位孔，要壓在復(fù)寫紙下面，使打點計時器工作時紙帶上點跡清晰，選項B正確；用手只捏住磁鐵，不能使紙帶保持豎直，磁鐵下落時紙帶與打點計時器間有較大阻力，故應(yīng)捏住紙帶的上端，讓磁鐵從靜止釋放，選項C不正確；應(yīng)先接通打點計時器的電源再松開紙帶，選項D不正確。(2)計數(shù)點“4”的速度用它兩側(cè)計時點之間的平均速度來表示，故v4＝eq\f(5.60－4.04,0.04)cm/s＝39.0cm/s。(3)由各計數(shù)點速度表可以看出，磁鐵運動的速度逐漸增大到39.8cm/s，說明磁鐵受到的阻尼作用也是逐漸增大的，最后和重力平衡。(4)實驗②中磁鐵在塑料管中下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同，說明磁鐵在塑料管中下落幾乎不受阻尼作用。比照實驗①和②，可以看出磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用。[答案](1)CD(2)39.0(3)逐漸增大到39.8cm/s逐漸增大到等于重力(4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用。磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用。[即時訓(xùn)練](2022·全國卷Ⅰ)某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧局部的半徑為R＝0.20m)。完成以下填空：(1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00kg。(2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________kg。(3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)。此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m；屢次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示。序號12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為________N；小車通過最低點時的速度大小為________m/s。(重力加速度大小取9.80m/s2，計算結(jié)果保存2位有效數(shù)字)解析：(2)題圖(b)中托盤秤的示數(shù)為1.40kg。(4)小車5次經(jīng)過最低點時托盤秤的示數(shù)平均值為m＝eq\f(1.80＋1.75＋1.85＋1.75＋1.90,5)kg＝1.81kg。小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為F＝(m－1.00)g＝(1.81－1.00)×9.80N≈7.9N由題意可知小車的質(zhì)量為m′＝(1.40－1.00)kg＝0.40kg對小車，在最低點時由牛頓第二定律得F－m′g＝eq\f(m′v2,R)解得v≈1.4m/s。答案：(2)1.40(4)7.91.4[專題跟蹤檢測]1．(2022·天津高考)某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)(多項選擇)實驗中，必須的措施是________。A．細(xì)線必須與長木板平行B．先接通電源再釋放小車C．小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D．平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的局部計數(shù)點如圖乙所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm。那么小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s。(結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字)解析：(1)利用打點計時器研究小車的勻變速直線運動時，為順利完成實驗，保證實驗效果，細(xì)線與長木板要平行，否那么小車受力會發(fā)生變化，選項A正確；為打的點盡量多些，需先接通電源，再釋放小車，選項B正確；此題中只要保證小車做勻變速運動即可，無需保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，選項C錯誤；同理，小車與長木板間可以有不變的摩擦力，無需平衡摩擦力，選項D錯誤。故必要的措施是A、B選項。(2)由s4－s1＝3aT2、s5－s2＝3aT2、s6－s3＝3aT2知加速度a＝eq\f(s4＋s5＋s6－s1－s2－s3,9T2)＝0.80m/s2，打B點時小車的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝0.40m/s。答案：(1)AB(2)0.800.402．(2022·山東高考)某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定那么。實驗步驟：①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，局部數(shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′。④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端到達(dá)O點，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。完成以下作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙中畫出F-l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm。丙(2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，那么FOA的大小為________N。(3)根據(jù)給出的標(biāo)度，在圖丁中作出FOA和FOB的合力F′的圖示。丁(4)通過比擬F′與________的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。解析：(1)在坐標(biāo)系中描點，用平滑的曲線(直線)將各點連接起來，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)。如圖甲所示，由圖線可知與橫軸的交點l0＝10.0cm。(2)橡皮筋的長度l＝OA＋OB＝13.60cm，由圖甲可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N。(3)利用給出的標(biāo)度作出FOA和FOB的圖示，然后以FOA和FOB為鄰邊的平行四邊形，對角線即為合力F′，如圖乙。(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB兩個力的作用效果相同，F(xiàn)′是FOA、FOB兩個力的合力，所以只要比擬F′和FOO′的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。答案：(1)見解析圖甲10.0(9.8、9.9、10.1均正確)(2)1.80(1.70～1.90均正確)(3)見解析圖乙(4)FOO′3.(2022·宿遷二模)如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律〞的實驗。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。那么：(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d＝________mm。(2)小球經(jīng)過光電門B時的速度表達(dá)式為v＝________。(3)屢次改變高度H，重復(fù)上述實驗，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖像如圖丙所示，當(dāng)圖中量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式____________時，可判斷小球下落過程中機械能守恒。(4)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將________(選填“增加〞、“減小〞或“不變〞)。解析：(1)由題圖乙可知，主尺的刻度為7mm；游標(biāo)尺對齊的刻度為5；故讀數(shù)為：(7＋5×0.05)mm＝7.25mm。(2)小球經(jīng)過光電門時的時間和小球的直徑，那么可以由平均速度表示小球經(jīng)過光電門時的速度；故v＝eq\f(d,t)。(3)假設(shè)小球減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認(rèn)為機械能守恒，那么有：mgH0＝eq\f(1,2)mv2，即：2gH0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t0)))2，解得：2gH0t02＝d2。(4)由于實驗過程中有空氣阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將增大。答案：(1)7.25(2)eq\f(d,t)(3)2gH0t02＝d2(4)增大4．“驗證機械能守恒定律〞的實驗裝置可以采用如下圖的甲或乙方案來進(jìn)行。(1)比擬這兩種方案，________(填“甲〞或“乙〞)方案好些。(2)該同學(xué)開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源后釋放連有重物的紙帶。請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑孩賍_____________________；②______________________。(3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁中所示。相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T＝0.1s。那么物體運動的加速度a＝________；該紙帶是采用________(填“甲〞或“乙〞)實驗方案得到的。解析：(1)機械能守恒的前提是只有重力做功，實際操作的方案中應(yīng)該使摩擦力越小越好，誤差小，操作方便。乙方案中小車受斜面的摩擦力影響較大，故甲方案好些。(2)①題圖丙中打點計時器接直流電源，應(yīng)接交流電源；②重物釋放時離打點計時器太遠(yuǎn)，不利于數(shù)據(jù)的采集和測量。(3)采用逐差法求解加速度，a＝eq\f(xDE－xBC＋xCD－xAB,4T2)≈4.8m/s2；因a遠(yuǎn)小于重力加速度g，故可能為斜面上小車下滑的加速度，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的。答案：(1)甲(2)打點計時器接直流電源重物釋放時離打點計時器太遠(yuǎn)(3)4.8m/s2乙5．如下圖為探究物體運動加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系的實驗裝置示意圖，砂和砂桶質(zhì)量用m表示，小車和砝碼的總質(zhì)量用M表示，小車運動加速度用a表示。(1)實驗過程中首先需要平衡小車受到的摩擦力，長木板抬起的角度與小車的質(zhì)量________(填“有關(guān)〞或“無關(guān)〞)。(2)在探究加速度與小車受力關(guān)系的過程中，甲和乙兩小組分別用以下兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗操作，其中你認(rèn)為合理的是________(填“甲〞或“乙〞)。M甲＝500gM乙＝500g甲m/g20222426乙m/g20304050(3)在探究加速度a與小車質(zhì)量M關(guān)系的過程中，應(yīng)該保持________不變，通過增減小車中砝碼以改變小車的質(zhì)量M，實驗測出幾組a、M數(shù)據(jù)，選項圖中圖線能直觀且正確反映a和M關(guān)系的是________。解析：(1)做該實驗需要平衡摩擦力，所以要在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動木塊的位置，讓小車做勻速直線運動，此時滿足：Mgsinθ＝μMgcosθ，由等式可知，長木板抬起的角度與小車的質(zhì)量無關(guān)。(2)在探究加速度與小車受力關(guān)系實驗的過程中，測量的數(shù)據(jù)要有明顯的變化，才能使實驗更有說服力。從表格中的數(shù)據(jù)來看，甲的實驗過程中m的變化即拉力的大小變化很小，那么加速度的變化也會很小，這樣的實驗誤差可能會比擬大，是不合理的。相比之下，乙的數(shù)據(jù)更合理。(3)在探究加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系時，保持砂和砂桶質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，在小車質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量m時，即當(dāng)滿足M?m時，可以認(rèn)為小車受到的拉力(合力)F＝mg，此時加速度a與小車質(zhì)量M成反比，與拉力成正比，以eq\f(1,M)為橫軸，a為縱軸，那么aeq\f(1,M)圖像應(yīng)是過原點的直線，當(dāng)小車質(zhì)量M不遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量m時，小車受到的拉力明顯小于砂和砂桶重力，aeq\f(1,M)圖像向下彎曲。故C正確。答案：(1)無關(guān)(2)乙(3)砂和砂桶質(zhì)量C6．(2022·南通三模)在“探究動能定理〞實驗中，某實驗小組采用如圖甲所示的裝置，在水平氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個光電門M、N，滑塊上固定一遮光條，細(xì)線繞過定滑輪將滑塊與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼。遮光條的寬度為d，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為m。(1)接通氣源，滑塊從A位置由靜止釋放，讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2，力傳感器的示數(shù)為F，改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述實驗。①為探究在M、N間運動過程中，細(xì)線拉力對滑塊做的功W和滑塊動能增量ΔEk的關(guān)系，還需要測量的物理量是____________(寫知名稱及符號)；②利用上述實驗中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為____________。(2)保持鉤碼質(zhì)量不變，改變光電門N的位置，重復(fù)實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出從M到N過程中細(xì)線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達(dá)N時速度二次方v2的關(guān)系圖像，如圖乙所示，那么圖線的斜率表示________，圖線在橫軸上的截距表示________________。(3)(多項選擇)以下不必要的實驗操作和要求有________(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)。A．測量鉤碼的質(zhì)量B．調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平C．調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與氣