1、力学实验力学实验是每年高考的必考内容,在当前实验试题命制“一大一小”的情况下,力学实验多以小题的形式出现,并且试题多源于教材而高于教材,所给的物理情景和要求通常跟教材内容有明显区别,是以教材中的实验为背景或素材,通过改变实验条件或增加条件限制,加强对考生迁移能力、创新能力和实验设计能力的考查。具体特点如下:(1)力学实验中有多个实验都要用到打点计时器(如研究匀变速直线运动的规律、验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律等),考查打点计时器的使用并根据纸带进行正确的数据运算,是高考考查的热点。(2)考查运用图象法处理实验数据是历年高考实验题的命题热点,力学实验、电学实验中都可能出现。这是考生必备的能
2、力之一。(3)结合光电门和传感器考查。由光电门计算速度,由力的传感器直接显示力的大小,速度传感器直接显示速度大小,所以力学实验中往往结合这两种器材来考查。(4)考查力学创新设计性实验,如测动摩擦因数、弹簧弹性势能。创新设计性实验主要考查考生是否理解实验原理和实验仪器的工作原理,是否具有灵活运用实验知识的能力,是否具有在不同情况下迁移知识的能力,这些对考生的能力要求都较高,是近几年高考命题的热点。“源于课本,不拘泥于课本”一直是高考实验命题的理念,考查实验的灵魂原理是重中之重,预测2020年高考对力学实验的考查,是在考试说明规定的实验基础上进行重组与创新,旨在考查考生是否熟悉这些常规实验器材,是
3、否真正动手做过这些实验,是否能灵活地运用学过的实验理论、实验方法、实验仪器,去处理、分析、研究某些未做过的实验,包括设计某些比较简单的实验等。所以在复习过程中,应以掌握常规实验原理、实验方法、规范的操作程序、数据处理方法等为本,同时从常规实验中有意识地,积极地提取、积累一些有价值的方法。逐步过渡到能灵活运用学过的实验方法设计新的实验。实验1研究匀变速直线运动1实验原理(1)利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设x1、x2、x3、x4、为纸带上相邻两个计数点之间的距离,假如x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=常数,即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体做匀变速直线运
4、动。(2)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这段时间内的平均速度来求,即vn=xn+xn+12T。(3)由纸带求物体运动加速度的方法逐差法:根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔),求出a1=x4-x13T2,a2=x5-x23T2,a3=x6-x33T2,再算出a1、a2、a3的平均值a=a1+a2+a33=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)9T2,也就是物体的加速度。图象法:求出打各个计数点时纸带的瞬时速度,再作出v-t图象,图线的斜率则为物体做匀变速直线运动的加速度。2实验器材打点计时器,一端附有定
5、滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。3实验步骤(1)仪器安装 把附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滑轮的一端,连接好电路。把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行。(2)测量与记录 把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,后放开小车,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,重复三次。 从三条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点,从后边便于测量的点开始确
6、定计数点,为了计算方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即T=0.1 s。用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计的表格中。利用某一段时间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。增减所挂钩码数,再重复实验两次。4数据分析(1)根据表格中的v、t数据,在平面直角坐标系中仔细描点,如图所示,可以看到,对于每次实验,描出的几个点大致落在一条直线上。(2)作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的点,应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验的v-t图线。(3)由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。
7、分析图象的特点:小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值t时,速度也会增加相同的值v。由此得出结论:小车的速度随时间均匀变化。通过函数关系进一步得出:既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成“线性关系”,小车的速度随时间均匀变化。5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,防止小车与滑轮相撞和钩码落地。(4)减小误差:小车的加速度适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约5
8、0 cm的纸带上清楚地取67个计数点为宜。1.1 (2018山西模拟)在做“研究匀变速直线运动”的实验中:(1)实验室提供了以下器材:打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是。(2)图甲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,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。甲下表列出了打点计时器打下B、C、F三点时小车
9、的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。位置BCDEF速度/(ms-1)0.7370.8010.994(3)以A点为计时起点,在图乙中画出小车的速度时间关系图线。乙(4)根据画出的小车的速度时间关系图线计算出小车加速度a=m/s2(保留2位有效数字)。【解析】(1)本实验中不需要测量力的大小,因此不需要的器材是弹簧测力计。(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度得vD=x3+x42t=0.864 m/s同理可得vE=0.928 m/s。(3)小车的速度时间关系图线如图丙所示。丙(4)小车的加速度a=vt=1.00-0.700.52-0.04 m
10、/s20.63 m/s2。【答案】(1)弹簧测力计(2)0.8640.928(3)如图丙所示(4)0.631.2(2018湖北月考)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学操作中有以下实验步骤,其中有错误或遗漏的步骤。(遗漏步骤可编上序号F、G、)A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处放开纸带,再接通电源B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码D.取下纸带E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔(1)所列步骤中有错误的是。(2)遗漏的步骤:。(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序:。【解析】(1)步骤A中应
11、先通电,再放纸带,顺序不能颠倒;D中取下纸带前应先断开电源。(2)遗漏的步骤:F.换上新纸带,重复实验三次。(3)步骤完善后,合理的实验步骤顺序为BECADF。【答案】(1)AD(2)F.换上新纸带,重复实验三次(3)BECADF实验2探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系1实验原理(1)如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与伸长量间
12、的关系。2实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线。3实验步骤(1)将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧在自然伸长状态时的长度l0,即原长。(2)如图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入自己设计的表格中。(3)改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。钩码个数长度伸长量x钩码质量m弹力F0l0=1l1=x1=l1-l0m1=F1=2l2=x2=l2-l0m2=F2=3l3=x3=l3-l0m
13、3=F3=4数据分析(1)列表法将得到的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许的范围内是相等的。(2)图象法以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,在坐标轴上描出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。5注意事项(1)不要超过弹簧的弹性限度: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
14、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。2.1 (2018江苏模拟)如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。甲乙(1)为完成实验,还需要的实验器材有。(2)实验中需要测量的物理量有。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为N/m。图线不过原点是因为。(4)为进一步完善并完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度
15、l0;C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式,首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;F.解释函数表达式中常数的物理意义;G.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:。【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或弹簧长度)。(3)取图象中(0.5,0)和(3.
16、5,6)两个点,代入F=kx可得k=200 N/m,因弹簧自身有重力,故弹簧在不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知,先后顺序为CBDAEFG。【答案】(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)200弹簧本身有重力(4)CBDAEFG2.2 (2018安徽月考)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系,并测量弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图甲所示,所用的每个钩码的重力相当于给弹簧提供了向右恒定的拉力,实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测量相应的弹簧的总长度。(1)某同学通过以上实验测量后根据6组实验数据在
17、图乙的坐标系中描好了点,请作出F-L图线。(2)由此图线可得出弹簧的原长L0=cm,劲度系数k=N/m。(3)根据该同学以上的实验情况,请帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂相比较,优点在于;缺点在于。【解析】(1)F-L图线如图丙所示。丙(2)图象的横截距表示弹力为零时的弹簧的长度,此时弹簧的长度为原长,所以弹簧的原长L0=5 cm,图象的斜率表示弹簧的劲度系数,故有k=Fx=20 N/m。(3)根据该同学以上的实验情况,记录实验数据的表格如下。钩码个数012345弹力F/N弹簧长度L/(10-2 m)(4)优点在
18、于可以避免弹簧自身重力对实验的影响。缺点在于弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。【答案】(1)如图丙所示(2)520(3)见解析(4)可以避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差实验3验证力的平行四边形定则1实验原理等效思想:互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F产生相同的作用效果,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同。2实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳及细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(多个)、铅笔。3实验步骤(1)仪器安装用图钉把白纸钉在水平放置的方木板上。用图钉把橡皮条的一端
19、固定在A点,如图所示,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(2)测量与记录 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O。记录两弹簧测力计的读数F1、F2,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数F和细绳的方向。(3)换白纸,改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。4数据分析(1)用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳的方向画直线,按选定的标度作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,
20、即合力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实验步骤中弹簧测力计的拉力F的图示。(3)比较F与F是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。5注意事项(1)位置不变:在同一次实验中,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60100为宜。(3)尽量减少误差 在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳应适当长一些,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。3.1 (2018天津模拟)某同学做
21、“验证力的平行四边形定则”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与OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。甲乙(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)实验时,主要的步骤是:A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记
22、录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则画出合力F;E.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出F的图示;F.比较F和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。上述步骤中:有重要遗漏的步骤的序号是和;上述步骤应做出的修改分别是和。【解析】(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;而根据平行四边形定则作出的合力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果
23、可以等效替代,故B项正确。(3)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C和E。在C中应加上“记下两条细绳的方向”,E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”。【答案】(1)F(2)B(3)CEC中应加上“记下两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”3.2 (2018河南一模)将橡皮条的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当橡皮条的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。(1)由图甲可读得两个相互垂直的
24、拉力的大小分别为N和N。(2)在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。(3)图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果,其中哪一个图符合实际?若合力测量值F是准确的,则F与F有误差的原因可能是哪些?【解析】(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.50 N和4.00 N。(2)取一个小方格的边长表示0.50 N,作出两个力及它们的合力如图丁所示。(3)F是用一个测力计拉橡皮条所得到的,其方向一定在橡皮条所在的直线上,所以b图符合实际。产生误差的原因有弹簧测力计读数偏差、确定分力方向不够准确等。【答案】(1)2.504.00(或4.002.5
25、0)(2)如图丁所示(3)b图 弹簧测力计读数偏差,分力方向确定不够准确等实验4验证牛顿第二定律1实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。(3)作出a-F图象和a-1m图象,确定其关系。2实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。3实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m,小车的质量m。(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄
26、木块,使小车能匀速下滑。(4)操作:小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量m,重复步骤。在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。描点作图,以mg作为拉力F,作出a-F图象。保持小盘和砝码的质量m不变,改变小车质量m,重复步骤和,作出a-1m图象。4数据分析(1)利用x=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,1m为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。5注意事项(1
27、)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和纸带受到的阻力。在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。(2)不重复平衡摩擦力。(3)实验条件:mm。(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。4.1 (2018河北模拟)(多选)在用实验探究加速度与力、质量的关系时,下列关于实验的思路和数据分析中,正确的是()。A.实验的基本思路之一是保持物体质量不变,测量物体在不同力作用下的加速度,分析加速度与力的关系B.实验的基本思路之
28、一是保持物体所受力相同,测量质量不同的物体在该力作用下的加速度,分析加速度和质量的关系C.处理实验数据时,以a为纵坐标,F为横坐标,根据数据在坐标系中描点,若这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比D.在处理数据时,以a为纵坐标,M为横坐标,根据数据在坐标系中描点,若这些点不在一条过原点的直线上,说明a与M成反比【解析】本实验是利用控制变量法得到a、F、M三者的关系,A、B、C三项符合实验的思路和处理数据的要求;在a-M 图象中的点,不是一条过原点的直线,不能说明a与M成反比,故D项错误。【答案】ABC4.2 (2018长沙模拟)某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)(
29、多选)下列做法正确的是(填字母代号)。A.调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行B.调节木板倾斜度,平衡小车受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在小车上C.实验时,先放开小车再接通打点计时器的电源D.通过增减小车上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板的倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量m(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车和小车上砝码的总质量M。(3)小明和小红在同一实验室,各取一套图示的装置放在水平桌面上,小车上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,
30、分别得到图中甲、乙两条直线。设小明和小红用的小车质量分别为m甲、m乙,小明和小红用的小车与木板间的动摩擦因数分别为甲、乙,由图可知,m甲m乙,甲乙。(选填“大于”“小于”或“等于”)【解析】(1)实验中细绳要与长木板保持平行,A项正确;平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在小车上,B项错误;实验时应先接通电源再放开小车,C项错误;平衡摩擦力后,改变小车上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力,D项正确。(2)由整体法和隔离法得到绳的拉力F=Ma=MmgM+m=11+mMmg,可见,当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于小车和小车上砝码的总质量M时,Fmg。(3)不平衡摩擦力,则F-m
31、g=ma,a=Fm-g,图线斜率大的小车的质量小,纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大,因此m甲乙。【答案】(1)AD(2)远小于(3)小于大于4.3 (2018贵州模拟)如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时已接通电源正要释放纸带时的情况,请你改正该同学的5个差错:(1)电源;(2)打点计时器位置;(3)滑轮位置;(4)小车位置;(5)长木板。【解析】探究加速度与力、质量的关系时,打点计时器应接交流电源,且要固定在长木板无滑轮的一端,即应靠右端;释放纸带时小车应靠近打点计时器;连接小车的细线应保持与长木板平行,故应调节滑轮位置使拉线水平;实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿斜面方向的分力与小
32、车所受摩擦力平衡,故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。【答案】(1)应用交流电源(2)应靠右端(3)应使拉线与长木板平行(4)应靠近打点计时器(5)应垫高右端平衡摩擦力实验5探究功与速度变化的关系1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条规格同样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为横坐标,作出W-v、W-v或W-v2等图象。分析图象,得出橡皮筋拉力对小车
33、所做的功与小车获得的速度的关系。2实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。3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用一条橡皮筋拉小车做功W;用两条橡皮筋拉小车做功2W;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v。(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-v、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。4数据分析(1)求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=x2T(其中
34、T为打点周期)。(2)计算W、2W、3W、时对应v、v2的数值,填入下面表格。W2W3W4W5Wvv2(3)作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v2图线,从中找出功与速度变化的关系。5注意事项(1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。检验方法是轻推小车,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。(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,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。5.1 (2018山东模拟)如图甲所示是某研究性学习小
35、组做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验,图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出并沿木板滑行的情形。这时,橡皮筋对小车做的功记为W。当我们把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。小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出。(1)除了图中已给出的实验器材外,还需要的测量器材有。(2)平衡摩擦力后,每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的部分进行测量。(3)下面是本实验的数据记录表,请将第2次、第3次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置。橡皮筋做的功10个间距的距离x/m10个间距的时间T/s小车
36、获得的速度vn/(ms-1)小车速度的平方vn2/(m2s-2)第1次W0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3400.2第4次0.4000.2第5次0.4500.2(4)从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn,请你根据表中测定的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性。【解析】(1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离,要用刻度尺。(2)小车匀速运动时,纸带上的点的间隔均匀。(3)橡皮筋每增加一条,对小车做的功就增加W。(4)纵坐标表示速度的平方,横坐标表示功,利用描点法描出各组数据对应的点,然后用平滑曲线连线作出vn2-Wn图象,如图丙所示
37、。丙【答案】(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W3W4W5W(4)vn2如图丙所示5.2 (2018广西模拟)某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图甲中小车是在1条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时橡皮筋对小车做的功记为W。当用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,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。(1)除了图甲中已有的实验器材外,还需要导线、开关、(填测量工具)和(选填“交流”或“直流”)电源。(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下列操作正确的是()。A
38、.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是()。A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线处(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用图乙中纸带的部分进行测量。【解析】(1)为测量小车获得的速度,必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必须使用交流电源。(2)平衡摩擦力时
39、,也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力。根据平衡状态的特点,小车做匀速运动时证明平衡掉了摩擦力。(3)若木板水平放置,则未平衡摩擦力。小车速度最大时,也就是加速度为零的时刻,即橡皮筋对小车的作用力等于小车受到的摩擦力的时刻,此时橡皮筋处于伸长状态,小车还未到两个铁钉的连线处,B项正确。(4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量,此时小车的速度最大,即GK部分。【答案】(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK实验6验证机械能守恒定律1实验原理(1)在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变,若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为
40、mgh,动能的增加量为12mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。(2)计算点n速度的方法:测出点n与相邻前后点间的距离xn和xn+1,如图所示,由公式vn=xn+xn+12T或vn=hn+1-hn-12T算出。2实验器材铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹)。3实验步骤(1)安装置:将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。(2)打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方,先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落,更换
41、纸带重复做35次实验。(3)选纸带:分两种情况说明用12mvn2=mghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm,这是由先释放纸带,后接通电源造成的,这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。用12mvB2-12mvA2=mgh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为2 mm就无关紧要了,只要后面的点迹清晰就可选用。4数据分析方法一:利用起始点和第n点计算。代入ghn和12vn2,如果在实验误差允许的情况下,ghn=12vn2,则验证了机械能守恒定律。方法二
42、:任取两点计算。(1)任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB;(2)算出12vB2-12vA2的值;(3)在实验误差允许的情况下,若ghAB=12vB2-12vA2,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,并计算各点速度的二次方v2,然后以12v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出12v2-h图线,若在误差允许的范围内图象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。5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
43、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=hn+1-hn-12T,不能用vn=2ghn或vn=gt。6.1 (2018福建联考)在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v0和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案。A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度 v0B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=2gh计算出瞬时速度v0C.根据做匀加速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v0,并通
44、过计算得出高度hD.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀加速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v0以上方案中只有一种正确,正确的是(填入相应的字母)。【解析】A、B两项中用重力加速度g计算末速度,相当于已经确认该过程中机械能守恒,故A、B两项错误;高度h应该用刻度尺测出,故C项错误,D项正确。【答案】D6.2 (2018山东质检)在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率为50 Hz,依次打出的点为0,1,2,3,4,n。则: (1)如用点2到点6之间的纸带来验证,必须直接测量的物理量为、,必须计算出的物理量为,验证的表达式为。(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是(填写步骤