新版推薦學(xué)習(xí)2023版高考物理二輪復(fù)習(xí)專題八力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案

生活的色彩就是學(xué)習(xí)生活的色彩就是學(xué)習(xí)K12的學(xué)習(xí)需要努力專業(yè)專心堅(jiān)持K12的學(xué)習(xí)需要努力專業(yè)專心堅(jiān)持生活的色彩就是學(xué)習(xí)K12的學(xué)習(xí)需要努力專業(yè)專心堅(jiān)持專題八力學(xué)實(shí)驗(yàn)考情分析202320232023力學(xué)實(shí)驗(yàn)T11：探究小磁鐵在銅管中下落時(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律T11：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律T10：探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系命題解讀本專題有五個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為“速度隨時(shí)間變化的規(guī)律〞、“力的平行四邊形定那么〞、“加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系〞、“探究動(dòng)能定理〞、“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞，其中“探究動(dòng)能定理〞為2023年江蘇考綱新增實(shí)驗(yàn)。從三年命題情況看，命題特點(diǎn)為：(1)注重根底。如各種器材的特性、使用等，一般穿插在綜合問(wèn)題中命題。(2)提倡創(chuàng)新。如以考綱中的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)原理為立足點(diǎn)，合理創(chuàng)新，考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，突出選拔功能。整體難度偏難，命題指數(shù)★★★★★，復(fù)習(xí)目標(biāo)是達(dá)B沖A。1.(2023·江蘇清江中學(xué)模擬)在“探究力的平行四邊形定那么〞的實(shí)驗(yàn)中，兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉力F1(4個(gè)格長(zhǎng))和F2已于圖中作出了他們的圖示，O點(diǎn)是橡皮條的一個(gè)端點(diǎn)，圖中每格長(zhǎng)度代表1N。圖1(1)用作圖法作出合力F的圖示；(2)合力方向與F1的夾角為_(kāi)_______；(3)保持O點(diǎn)位置不變，F(xiàn)1方向也不變，讓F1、F2夾角由90°逐漸增大，那么F1大小________(填“增大〞或“減小〞)。解析(1)以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，與F1和F2共點(diǎn)的對(duì)角線表示合力F，標(biāo)上箭頭，具體如圖甲所示。(2)合力方向與F1的夾角為tanθ＝eq\f(F2,F1)＝eq\f(3,4)，即θ＝37°。(3)因?yàn)楹狭Σ蛔?，F(xiàn)1的方向不變，當(dāng)F1、F2的夾角增大時(shí)，如圖乙所示，可知F1增大。答案(1)如解析圖所示(2)37°(3)增大2.(2023·江蘇七校聯(lián)考)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)〞的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶，如圖2所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒(méi)有畫(huà)出。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接頻率為f＝50Hz的交流電源。4(1)每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_______s，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是________(選填“交流〞或“直流〞)電源；圖2(2)打下E點(diǎn)時(shí)紙帶的速度vE＝________(用題中給定字母表示)；(3)假設(shè)測(cè)得d6＝65.00cm，d3＝19.00cm，物體的加速度a＝________m/s(4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率f＞50Hz，但當(dāng)時(shí)做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么測(cè)得的加速度值比真實(shí)值________(選填“偏大〞或“偏小〞)。解析(1)每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒(méi)有畫(huà)出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為Δt＝5T＝0.1s。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。(2)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得vE＝eq\f(d5－d3,10T)＝eq\f(〔d5－d3〕f,10)。(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝aT2可得a＝eq\f(xDG－xAD,〔3×5T〕2)＝eq\f(〔d6－d3〕－d3,〔3×0.1〕2)＝3.00m/s2。(4)如果在某次實(shí)驗(yàn)中，交流電的頻率f＞50Hz，那么實(shí)際打點(diǎn)周期變小，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式Δx＝aT2知真實(shí)的加速度值就會(huì)偏大，所以測(cè)量的加速度值與真實(shí)的加速度值相比是偏小。答案(1)0.1s交流(2)eq\f(〔d5－d3〕f,10)(3)3.00m/s2(4)偏小3.(2023·江蘇徐州市徐州、宿遷、連云港、淮安四市模擬)用圖3所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門(mén)位置使小球下落過(guò)程中球心通過(guò)光電門(mén)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)斷開(kāi)電磁鐵開(kāi)關(guān)使小球從A點(diǎn)下落，經(jīng)過(guò)光電門(mén)B，記錄擋光時(shí)間Δt，測(cè)出小球在AB間下落的距離h。豎直平移光電門(mén)B，重復(fù)上述步驟，測(cè)得多組h及相應(yīng)的Δt，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。圖3(1)實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)量的物理量是_____________________________________。(2)小球通過(guò)光電門(mén)速度的表達(dá)式為v＝________。(3)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描繪eq\f(1,Δt2)－h(huán)圖象，能否僅依據(jù)圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線就得出機(jī)械能守恒的結(jié)論？________，理由是______________________________________。解析(1)題中要驗(yàn)證的關(guān)系式是mgh＝eq\f(1,2)mv2，即v2＝2gh，其中的v由通過(guò)光電門(mén)求得v＝eq\f(d,Δt)，可知實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)量的物理量是小球的直徑d。(2)小球通過(guò)光電門(mén)速度的表達(dá)式為v＝eq\f(d,Δt)。(3)根據(jù)v2＝2gh，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))eq\s\up12(2)＝2gh，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))eq\s\up12(2)＝eq\f(2g,d2)h可知eq\f(1,Δt2)－h(huán)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為eq\f(2g,d2)的直線，但僅依據(jù)圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線不能得出機(jī)械能守恒的結(jié)論，還要看斜率是否近似等于eq\f(2g,d2)。答案(1)小球直徑d(2)eq\f(d,Δt)(3)不能；斜率近似等于eq\f(2g,d2)，才能判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒根本儀器的使用和讀數(shù)1.關(guān)于根本儀器的使用(1)游標(biāo)卡尺：測(cè)外徑或厚度在卡腳下方測(cè)量，不能將小測(cè)量物靠近主尺放置；要認(rèn)準(zhǔn)游標(biāo)“0”刻度在哪，讀數(shù)時(shí)應(yīng)輕輕“鎖定〞游標(biāo)。(2)螺旋測(cè)微器：測(cè)量長(zhǎng)度較小的物體；要注意0.5mm刻度線在上方還是下方；聽(tīng)到“咯、咯〞聲之后要換用微調(diào)；讀數(shù)時(shí)應(yīng)輕輕“鎖定〞可動(dòng)(3)彈簧測(cè)力計(jì)：使用前應(yīng)校零，選擇彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，要選力的方向通過(guò)彈簧軸線的，必要時(shí)要選對(duì)拉時(shí)讀數(shù)相同的彈簧測(cè)力計(jì)。(4)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是220V交流電源；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓6V以下交流電源。2.關(guān)于根本儀器的讀數(shù)(1)注意使用的刻度尺或彈簧測(cè)力計(jì)的最小分度值，應(yīng)估讀到其最小分度的eq\f(1,10)，讀數(shù)或測(cè)量值為：整數(shù)局部(單位)＋eq\f(n,10)格最小分度(單位)，統(tǒng)一單位后得最后結(jié)果。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：注意游標(biāo)卡尺的精度是多少(即游標(biāo)局部格數(shù)的倒數(shù))，測(cè)量時(shí)還要注意看準(zhǔn)是第幾(用n表示)條游標(biāo)刻度線與主尺上的某條刻度線對(duì)齊，三種游標(biāo)卡尺的讀數(shù)見(jiàn)下表游標(biāo)尺/mm刻度格數(shù)刻度總長(zhǎng)度每小格與1毫米精度/mm測(cè)量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個(gè)刻線與主尺上的某刻度線對(duì)正時(shí))/mm1090.10.1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。如20分度的游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺上偶數(shù)條刻度線與主尺上的某一刻度線對(duì)齊或50分度的游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺上“5”的整數(shù)倍條刻度線與主尺上的某一刻度線對(duì)齊等。②讀數(shù)時(shí)兩次單位要統(tǒng)一，都用mm，最后根據(jù)題目要求轉(zhuǎn)換單位。③游標(biāo)卡尺不需要估讀。(3)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)：測(cè)量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動(dòng)刻度讀數(shù)(含估讀)0.01mm【例1】(2023·江蘇泰州中學(xué)高三5月質(zhì)檢)(1)如圖4甲所示，螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為_(kāi)_______mm。(2)某學(xué)習(xí)小組在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，采用圖乙所示的裝置，通過(guò)改變小托盤(pán)和砝碼總質(zhì)量m來(lái)改變小車受到的合外力，通過(guò)加減鉤碼來(lái)改變小車總質(zhì)量M。①實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力，應(yīng)當(dāng)取下________(選填“小車上的鉤碼〞“小托盤(pán)和砝碼〞或“紙帶〞)，將木板右端適當(dāng)墊高，直至小車在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上打出來(lái)的點(diǎn)____________。丙圖4②圖丙為實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶的一局部，0、1、2、3、4、5、6為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫(huà)出，所用交流電的頻率為50Hz，從紙帶上測(cè)出x1＝3.20cm，x2＝4.74cm，x3＝6.30cm，x4＝7.85cm，x5＝9.41cm，x6解析(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d＝5.5mm＋17.00.01(2)①實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力，應(yīng)當(dāng)取下小托盤(pán)和砝碼，將木板右端適當(dāng)墊高，直至小車在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上打出來(lái)的點(diǎn)間距相等。②根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝aT2，其中T＝0.1s，可以求出加速度的大小，x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)三個(gè)加速度取平均值，a＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，解得a＝1.55m/s2答案(1)5.670mm(2)①小托盤(pán)和砝碼間距相等②1.55m【變式1】(2023·南京、鹽城高三一模)(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑如圖5甲、乙所示。測(cè)量方法正確的選項(xiàng)是________(選填“甲〞或“乙〞)。圖5(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量合金絲的直徑，如圖6，此示數(shù)為_(kāi)_______mm。圖6(3)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度〞的實(shí)驗(yàn)中，交流電源頻率為50Hz，打出一段紙帶如圖7所示。紙帶經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)，測(cè)得的瞬時(shí)速度v＝________m/s。假設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)交流電源頻率大于50Hz，那么紙帶經(jīng)過(guò)2號(hào)點(diǎn)的實(shí)際速度________(選填“大于〞“小于〞“等于〞)測(cè)量速度。圖7解析(1)甲圖中夾小球的兩個(gè)測(cè)爪為外測(cè)爪，測(cè)物體的外徑，所以甲正確。(2)由螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法，可知d＝6.5mm＋20.00.01(3)計(jì)數(shù)點(diǎn)2的速度v＝eq\f(x1＋x2,2Δt)＝eq\f(〔3.52＋3.68〕×10－2,2×0.1)m/s＝0.36m/s；而v＝eq\f(x1＋x2,2×5T)＝eq\f(〔x1＋x2〕f,10)，假設(shè)f＞50Hz，那么實(shí)際速度大于測(cè)量速度。答案(1)甲(2)6.700(3)0.36大于根本實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理1.力學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本方法力學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本方法就是測(cè)量力、位移、時(shí)間等的方法。測(cè)力可以用彈簧測(cè)力計(jì)，也可以用天平測(cè)出質(zhì)量求得力，還可以根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)能定理等測(cè)出相關(guān)物理量來(lái)求得力。測(cè)位移主要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照相、位移傳感器結(jié)合示波器或給定圖象和用測(cè)長(zhǎng)度的儀器測(cè)量，也可以根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或動(dòng)能定理等求得相關(guān)物理量來(lái)求得位移。測(cè)時(shí)間主要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、秒表、光電門(mén)等儀器，也可根據(jù)題目中裝置、圖象結(jié)合相關(guān)規(guī)律求得時(shí)間。2.數(shù)據(jù)處理方法(1)作圖法。作圖必須標(biāo)準(zhǔn)，要有兩個(gè)箭頭、兩個(gè)物理量及單位，標(biāo)度必須標(biāo)注完整，要使圖線分布在坐標(biāo)紙的較大區(qū)域內(nèi)，要根據(jù)兩個(gè)坐標(biāo)軸物理量間的關(guān)系考慮是擬合直線還是平滑的曲線，還要考慮截距的物理意義。(2)數(shù)學(xué)方法。①“平均速度法〞求速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。②“逐差法〞求加速度：設(shè)相鄰相同時(shí)間T內(nèi)物體的位移分別為x1、x2…xn，加速度a＝eq\f(〔x4＋x5＋x6〕－〔x1＋x2＋x3〕,9T2)。3.有效數(shù)字的位數(shù)：從左側(cè)第一個(gè)不為零的數(shù)字起到最末一位數(shù)字止，共有幾個(gè)數(shù)字，就是幾位有效數(shù)字。4.誤差(1)由于儀器不精確、方法粗略、原理不完善等產(chǎn)生的是系統(tǒng)誤差，特點(diǎn)是測(cè)量值總偏大或偏小。(2)由于各偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)量的影響而產(chǎn)生的誤差是偶然誤差，特點(diǎn)是有時(shí)偏大有時(shí)偏小，可用屢次測(cè)量求平均值減小偶然誤差。【例2】(2023·南通高三第二次調(diào)研)探究外力做功與物體動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中力傳感器讀數(shù)和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶的測(cè)量數(shù)據(jù)等可分別求得外力對(duì)小車做功和小車動(dòng)能的變化。圖8(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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，可能是小車運(yùn)動(dòng)的速度過(guò)快(2)除了圖中所注明的器材外，實(shí)驗(yàn)中還需要交流電源、導(dǎo)線、刻度尺和________。(3)某次實(shí)驗(yàn)中打出了一根紙帶，其中一局部如圖9所示，各個(gè)打點(diǎn)是連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)，A、B、D、E、F各點(diǎn)與O點(diǎn)的距離如圖，假設(shè)小車質(zhì)量為m、打點(diǎn)周期為T(mén)，且已讀出這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中力傳感器的讀數(shù)F，那么A、E兩點(diǎn)間外力做功W＝________，小車動(dòng)能變化ΔEk＝________；在不同次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得多組外力做功Wi和動(dòng)能變化ΔEki的數(shù)據(jù)，作出W－ΔEk圖象如圖10所示，圖線斜率約等于1，由此得到結(jié)論是____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，拉力F做的功W總略小于小車動(dòng)能的變化ΔEk，請(qǐng)分析出現(xiàn)這種情況的可能原因_________________________________________________________________________________________________________。(寫(xiě)出1條)解析(1)調(diào)整墊塊的高度，不掛鉤碼使小車能在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；調(diào)整滑輪的高度，使連接小車的細(xì)線與木板平行，確保拉力與小車運(yùn)動(dòng)方向平行，B項(xiàng)正確；因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中用的拉力傳感器，所以不需要滿足實(shí)驗(yàn)中要始終滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；假設(shè)小車運(yùn)動(dòng)的速度過(guò)快或者振針距離紙帶太近，都會(huì)造成紙帶上打出的是短線，D項(xiàng)正確。(2)需要天平測(cè)量小車的質(zhì)量。(3)力傳感器的讀數(shù)F，位移為s4－s1，所以鉤碼對(duì)小車?yán)ψ龉镕(s4－s1)。小車動(dòng)能變化ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,E)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(s5－s3,2T)))eq\s\up12(2)－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(s2,2T)))eq\s\up12(2)＝eq\f(m〔s5－s3〕2－mseq\o\al(2,2),8T2)。假設(shè)拉力做功與動(dòng)能變化量相等，說(shuō)明外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量。(4)拉力F做的功W總略小于小車動(dòng)能的變化ΔEk，說(shuō)明有其他動(dòng)力做功，即平衡摩擦力時(shí)木板墊得偏高。答案(1)BD(2)天平(3)F(s4－s1)eq\f(m〔s5－s3〕2－mseq\o\al(2,2),8T2)外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量(4)平衡摩擦力時(shí)木板墊得偏高【變式2】(2023·海安、南外、金陵三校聯(lián)考)某同學(xué)采用如圖11所示的裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz。圖11該同學(xué)的操作步驟如下：a.將木板的左端墊起，平衡小車的摩擦力；b.在小車中放入砝碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼；c.將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，接通電源，釋放小車，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，斷開(kāi)電源；d.改變鉤碼或小車中砝碼的質(zhì)量，更換紙帶，重復(fù)b、c操作。(1)設(shè)鉤碼質(zhì)量為m1、砝碼和小車總質(zhì)量為m2，重力加速度為g，那么小車的加速度為a＝________(用題中所給字母表示)。(2)圖12是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，在紙帶上取計(jì)數(shù)點(diǎn)O、A、B、C、D和E，用最小刻度是毫米的刻度尺進(jìn)行測(cè)量，讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度x，通過(guò)計(jì)算得到各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離s以及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v。某同學(xué)不小心將計(jì)數(shù)點(diǎn)C的數(shù)據(jù)弄模糊了，請(qǐng)你將C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)填在下表中的相應(yīng)位置。圖12計(jì)數(shù)點(diǎn)x/cms/cmv/(m·s－1)O1.000.30A2.341.340.38B4.043.040.46C________________________D8.337.330.61E10.909.900.70圖13(3)實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)繪制Δv2－s圖線來(lái)分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律(其中Δv2＝v2－veq\o\al(2,0)，v是各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度，v0是O點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度)。他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖中標(biāo)出了O、A、B、C、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)你在圖13中畫(huà)出Δv2－s圖線。(4)繪制的Δv2－s圖線的斜率k＝________(用題中所給字母表示)，假設(shè)發(fā)現(xiàn)該斜率大于理論值，其原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)eq\f(m1g,m1＋m2)(2)6.005.000.54(3)圖線如下圖(4)eq\f(2m1g,m1＋m2)木板的左側(cè)墊得過(guò)高力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“長(zhǎng)木板(帶滑輪)、小車、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器〞體系裝置，主要來(lái)研究速度隨時(shí)間的變化、加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系、探究動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒以及測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)?！伴L(zhǎng)木板、小車、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器〞實(shí)驗(yàn)裝置中的細(xì)節(jié)及考前須知如下：(1)在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系〞、“探究動(dòng)能定理〞的實(shí)驗(yàn)中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力的方法是將小車放在木板上，把木板不帶滑輪的一端墊高，在小車后面接一條紙帶，穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓小車在沒(méi)有牽引力的情況下恰能勻速下滑。(2)在測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，木板必須水平，細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行，這樣才能使壓力等于木塊的重力，細(xì)線對(duì)木塊的拉力沿水平方向。(3)小車在長(zhǎng)木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，繩上的拉力并不等于懸掛物的重力，只有當(dāng)M車?m掛時(shí)，繩上的力近似等于懸掛物的重力。如果繩上連接著力傳感器或測(cè)力器，那么可直接讀出繩上的拉力，不需要M車?m掛。(4)對(duì)于紙帶，常見(jiàn)有以下三大應(yīng)用：①由紙帶確定時(shí)間；②求解瞬時(shí)速度；③用“逐差法〞求加速度。但有些實(shí)驗(yàn)用光電門(mén)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)完成瞬時(shí)速度和加速度的測(cè)量，具體做法如下：①求瞬時(shí)速度：把遮光條(寬度為d)通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt內(nèi)的平均速度看做物體經(jīng)過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度，即v＝eq\f(d,Δt)；②求加速度：假設(shè)兩個(gè)光電門(mén)之間的距離為L(zhǎng)，那么利用速度與位移的關(guān)系可求加速度，即a＝eq\f(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1),2L)?！纠?】(2023·常州一模)如圖14為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)際裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測(cè)量物塊和遮光片的總質(zhì)量M、重物的質(zhì)量m，用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)之間的距離s。圖14②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平。③讓物塊從光電門(mén)A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)A和光電門(mén)B所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB，求加速度a。④屢次重復(fù)步驟③，求a的平均值eq\o(a,\s\up6(－))。⑤根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ。答復(fù)以下問(wèn)題：(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量d時(shí)的示數(shù)如圖15所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______cm。圖15(2)物塊的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝__________________________。(3)動(dòng)摩擦因數(shù)μ可用M、m、eq\o(a,\s\up6(－))和重力加速度g表示為μ＝__________。(4)如果滑輪略向下傾斜，使細(xì)線沒(méi)有完全調(diào)節(jié)水平，由此測(cè)得的μ________(填“偏大〞或“偏小〞)；這一誤差屬于________(填“偶然誤差〞或“系統(tǒng)誤差〞)。解析(1)游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺第10根與主尺相齊，故讀數(shù)為0.9cm＋0.05mm10＝(2)根據(jù)2as＝veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)和v＝eq\f(d,Δt)解得a＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))\s\up12(2)))。(3)根據(jù)mg－μMg＝(M＋m)eq\o(a,\s\up6(－))得出μ＝eq\f(mg－〔M＋m〕\o(a,\s\up6(－)),Mg)。(4)傾斜細(xì)線的拉力有垂直板向下的分量，實(shí)際增大了正壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)論那么是測(cè)得的μ偏大，這是由于器材和實(shí)驗(yàn)原理造成的誤差，是系統(tǒng)誤差。答案(1)0.950(2)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))\s\up12(2)))(3)eq\f(mg－〔M＋m〕\o(a,\s\up6(－)),Mg)(4)偏大系統(tǒng)誤差【變式3】(2023·江蘇揚(yáng)州中學(xué)高三期初考)(1)如圖16所示為某同學(xué)所安裝的“驗(yàn)證牛頓第二定律〞的實(shí)驗(yàn)裝置。圖16①在“驗(yàn)證牛頓第二定律〞的實(shí)驗(yàn)中，為了使小車受到合外力等于砝碼和砝碼盤(pán)的總重量，通常采用如下兩個(gè)措施：A.平衡摩擦力：將長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車在砝碼盤(pán)的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶與小車一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)；B.在調(diào)整砝碼多少的過(guò)程中，要保證砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M。以上哪一個(gè)措施中有何重大錯(cuò)誤？(說(shuō)明錯(cuò)誤點(diǎn))____________________________________________________________________。②如圖17是上述實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期是0.02s，結(jié)合圖中給出的數(shù)據(jù)(單位cm)，求出小車運(yùn)動(dòng)加速度的大小為_(kāi)_______m/s2，并求出紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度大小為_(kāi)_______m/s。(計(jì)算結(jié)果均保存2位有效數(shù)字)圖17(2)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖18(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)改變重物的質(zhì)量，利用計(jì)算機(jī)可得滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象。他們?cè)谲壍浪胶蛢A斜的兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條a－F圖線，如圖(b)所示。圖18①圖線________是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的(選填“甲〞或“乙〞)；②滑塊和位移傳感器發(fā)射局部的總質(zhì)量m＝________kg；滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________。解析(1)①A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤(pán)。②設(shè)O到A之間的距離為x1，以后各段分別為x2、x3、x4、x5、x6，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2；x5－x2＝3a2T2；x6－x3＝3a3T2；為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)三個(gè)加速度取平均值得a＝eq\f(1,3)(a1＋a2＋a3)，即小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為a＝eq\f(〔0.0968＋0.1033＋0.1095〕－〔0.0774＋0.0841＋0.0905〕,9×〔0.04〕2)m/s2＝4.0m/s2，紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度大小為vP＝eq\f(0.1033,0.02×2)m/s＝2.6m/s(2)①由圖象可知，當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0。也就是說(shuō)當(dāng)繩子上沒(méi)有拉力時(shí)小車就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過(guò)度，即傾角過(guò)大，平衡摩擦力時(shí)木板的右端墊得過(guò)高。所以圖線甲是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。②根據(jù)F＝ma得a＝eq\f(F,m)，所以滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射局部的總質(zhì)量的倒數(shù)。由圖形b得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率k＝2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射局部的總質(zhì)量m＝0.5kg；由圖形b得在水平軌道上F＝1N時(shí)，加速度a＝0，根據(jù)牛頓第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。答案(1)①A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤(pán)②4.02.6(2)①甲②0.50.21.(2023·江蘇啟東中學(xué)高三月考)在探究求合力的方法時(shí)，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過(guò)兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個(gè)彈簧秤通過(guò)細(xì)繩拉橡皮條。(1)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中，以下哪些說(shuō)法是正確的()A.將橡皮條拉伸相同長(zhǎng)度即可B.將橡皮條沿相同方向拉即可C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置(2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^(guò)程中有如下議論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說(shuō)法是()A.兩細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C.用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大D.拉橡皮條的細(xì)繩要短些解析(1)本實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證力的平行四邊形定那么，即研究合力與分力的關(guān)系。根據(jù)合力與分力是等效的，本實(shí)驗(yàn)橡皮條兩次沿相同方向拉伸的長(zhǎng)度要相同。故A、B錯(cuò)誤；在白紙上標(biāo)下第一次橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)的位置，第二次將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置，說(shuō)明兩次效果相同，即兩個(gè)拉力和一個(gè)拉力等效，而彈簧秤不必拉到相同刻度，故C錯(cuò)誤，D正確。(2)細(xì)線的作用是能顯示出力的方向，所以不一定等長(zhǎng)。故A錯(cuò)誤；彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，故B正確；用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)適當(dāng)大一些，但是不需要示數(shù)之差盡可能大，故C錯(cuò)誤；為了減小誤差，拉橡皮條的細(xì)繩要長(zhǎng)些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些，故D錯(cuò)誤。答案(1)D(2)B2.(2023·江蘇泰興中學(xué)高三階段性檢測(cè))某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖1所示的氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究合力一定時(shí)，物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系。圖1(1)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從圖所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)可讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)1、2的時(shí)間(遮光條的遮光時(shí)間)分別為Δt1、Δt2；用刻度尺測(cè)得兩個(gè)光電門(mén)中心之間的距離x，遮光條寬度d。那么滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度表達(dá)式v1＝________；經(jīng)過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度表達(dá)式v2＝________，滑塊加速度的表達(dá)式a＝________。(以上表達(dá)式均用字母表示)。(2)為了保持滑塊所受的合力不變，可改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端高度h。關(guān)于“改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端高度h〞的正確操作方法是________。A.M增大時(shí)，h增大，以保持二者乘積增大B.M增大時(shí)，h減小，以保持二者乘積不變C.M減小時(shí)，h增大，以保持二者乘積不變D.M減小時(shí)，h減小，以保持二者乘積減小解析(1)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度表達(dá)式v1＝eq\f(d,Δt1)，經(jīng)過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度表達(dá)式v2＝eq\f(d,Δt2)，滑塊加速度a＝eq\f(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1),2x)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2x)。(2)滑塊的合力F合＝Mgeq\f(h,x)，為了保持滑塊所受的合力不變，所以M和h不能同時(shí)增大或減小。應(yīng)選B、C。答案(1)eq\f(d,Δt1)eq\f(d,Δt2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2x)(2)BC3.(2023·江蘇儀征中學(xué)期初考)某實(shí)驗(yàn)小組利用彈簧秤和刻度尺，測(cè)量滑塊在木板上運(yùn)動(dòng)的最大速度。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用彈簧秤測(cè)量橡皮泥和滑塊的總重力，記作G；②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上，通過(guò)水平細(xì)繩和固定彈簧秤相連，如圖2甲所示。在A端向右拉動(dòng)木板，等彈簧秤讀數(shù)穩(wěn)定后，將讀數(shù)記作F；③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量，重復(fù)步驟①②；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.620.830.991.221.371.61④如圖乙所示，將木板固定在水平桌面上，滑塊置于木板上左端C處，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪分別與滑塊和重物P連接，保持滑塊靜止，測(cè)量重物P離地面的高度h；⑤滑塊由靜止釋放后開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，最終停在木板上D點(diǎn)(未與滑輪碰撞)，測(cè)量C、D間距離s。完成以下作圖和填空：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定的坐標(biāo)紙上作出F－G圖線。(2)由圖線求得滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________(保存2位有效數(shù)字)。(3)滑塊最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。圖2解析(1)根據(jù)描點(diǎn)法在F－G圖象上描出各點(diǎn)，再連接起來(lái)，如下圖。(2)由圖甲可知F＝μG，那么F－G圖象上的直線的斜率代表μ值的大小，由F－G圖象可知μ＝eq\f(1.6－0.4,4.0－1.0)＝0.40。(3)當(dāng)重物P剛好下落到地面時(shí)，滑塊的速度v最大，此時(shí)滑塊的位移為h，此后滑塊做加速度為μg的勻減速運(yùn)動(dòng)，由公式v2－veq\o\al(2,0)＝2as知滑塊的最大速度vmax滿足∶veq\o\al(2,max)＝2μg(s－h(huán))，那么vmax＝eq\r(2μg〔s－h(huán)〕)。答案(1)見(jiàn)解析圖(2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確)(3)eq\r(2μg〔s－h(huán)〕)4.(2023·南京、鹽城高三二模)如圖3所示，某研究性學(xué)習(xí)小組為探究“物體的動(dòng)能與速度關(guān)系〞設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：平直軌道B固定在水平桌面上。彈射裝置A固定于軌道上，小球被勁度系數(shù)較大的壓縮彈簧彈出后從軌道端點(diǎn)O滑出做平拋運(yùn)動(dòng)落到地面。彈簧的彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep＝eq\f(1,2)kx2，式中的k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量。圖3(1)為減少實(shí)驗(yàn)誤差，彈射裝置距離軌道端點(diǎn)O應(yīng)該________(選填“近些〞或“遠(yuǎn)些〞)。(2)要探究動(dòng)能與速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中是否一定要測(cè)量桌面的高度，________(選填“是〞或“否〞)。(3)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中改變彈簧的壓縮量x，并測(cè)出與其對(duì)應(yīng)的小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移s。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。次數(shù)12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐標(biāo)紙中根據(jù)已描出的點(diǎn)作出合理的圖線。(4)根據(jù)(3)中所作出的圖象，可以得出動(dòng)能Ek與速度v的關(guān)系：________。請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明理由，。解析(1)為了減小摩擦力做功，彈射裝置距離軌道端點(diǎn)O應(yīng)該近點(diǎn)。(2)要探究動(dòng)能與速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中是不要測(cè)量桌面的高度。答案(1)近些(2)否(3)如下圖(4)Ek∝v2或者Ek＝kv2理由：能量守恒Ek＝Ep，由題意Ep＝eq\f(1,2)kx2，所以Ep∝x2，由圖x∝s，由平拋運(yùn)動(dòng)s∝v，所以Ek∝v2。5.(2023·江蘇泰州中學(xué)段考)如圖4甲所示的裝置叫做阿特伍德機(jī)，是英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德(G·Atwood1746－1807)創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。某同學(xué)對(duì)該裝置加以改良后用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，如圖乙所示。圖4(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)進(jìn)行了如下步驟：①將質(zhì)量均為M(A的含擋光片、B的含掛鉤)的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，處于靜止?fàn)顟B(tài)。測(cè)量出________(填“A的上外表〞“A的下外表〞或“擋光片中心〞)到光電門(mén)中心的豎直距離h。②在B的下端掛上質(zhì)量為m的物塊C，讓系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，光電門(mén)記錄擋光片擋光的時(shí)間為Δt。③測(cè)出擋光片的寬度d，計(jì)算有關(guān)物理量，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒，應(yīng)滿足的關(guān)系式為_(kāi)_______________(重力加速度為g)。(3)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因有_________________________________________(寫(xiě)一條即可)。(4)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，該同學(xué)突發(fā)奇想：如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒，不斷增大物塊C的質(zhì)量m，重物B的加速度a也將不斷增大，那么a與m之間有怎樣的定量關(guān)系？a隨m增大會(huì)趨于一個(gè)什么值？請(qǐng)你幫該同學(xué)解決。①寫(xiě)出a與m之間的關(guān)系式(還要用到M和g)：_____________________________。②a的值會(huì)趨于________________。解析(1)