2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題整合 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 第1講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)訓(xùn)練

第1講　力學(xué)實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)一　基本儀器的使用、誤差、有效數(shù)字 一、長(zhǎng)度測(cè)量類儀器 1．游標(biāo)卡尺的讀數(shù) 游標(biāo)尺(mm) 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))(mm) 刻度 格數(shù) 刻度 總長(zhǎng)度 每小格與 1毫米差 10 9 0.1 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n 2.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)×0.01 mm。 二、時(shí)間測(cè)量類儀器 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 計(jì)時(shí)器種類 工作電源電壓 打點(diǎn)間隔 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 交流50 Hz,4 V～6 V 0.02 s 電火花計(jì)時(shí)器 交流50 Hz,220 V 0.02 s 2.頻閃照相機(jī) 其作用和處理方法與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器類似，它是用等時(shí)間間隔獲取圖像的信息的方法，將物體在不同時(shí)刻的位置記錄下來(lái)，使用時(shí)要明確頻閃的時(shí)間間隔。 三、誤差與有效數(shù)字 1．系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密、實(shí)驗(yàn)方法粗略或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)誤差總是同樣偏大或偏小。系統(tǒng)誤差可以通過(guò)更新儀器、完善原理和精確實(shí)驗(yàn)方法來(lái)減小。 2．偶然誤差：由各種偶然因素如測(cè)量、讀數(shù)不準(zhǔn)確、作圖不規(guī)范造成的誤差。偶然誤差表現(xiàn)為重復(fù)做同一實(shí)驗(yàn)時(shí)總是時(shí)大時(shí)小。偶然誤差可用多次測(cè)量求平均值的方法來(lái)減小。 3．有效數(shù)字：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字。有效數(shù)字從左邊第一個(gè)不為零的數(shù)字算起，如0.012 5為三位有效數(shù)字，中學(xué)階段一般取2位或3位有效數(shù)字。 【題組突破】 1．某同學(xué)測(cè)定一金屬桿的長(zhǎng)度和直徑，示數(shù)如圖6－1－1甲、乙所示，則該金屬桿的長(zhǎng)度和直徑分別為_(kāi)_________cm和________cm。 圖6－1－1 解析　直尺的最小刻度為0.1 cm，因此讀數(shù)應(yīng)為60.10 cm，圖乙采用50分度游標(biāo)卡尺，其精確度為0.02 mm，因此讀數(shù)為4.0 mm＋10×0.02 mm＝4.20 mm＝0.420 cm。 答案　60.10　0.420 2．(2018·臺(tái)州二模)一同學(xué)為測(cè)定某種硬金屬的電阻率，先用伏安法測(cè)出一小段由這種材料做成的圓柱形金屬絲的電阻為R＝ Ω，然后用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)定該金屬絲的長(zhǎng)度和直徑，示數(shù)如圖6－1－2甲、乙所示。由圖可知游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_(kāi)_______mm，螺旋測(cè)微器的示數(shù)為_(kāi)_______mm，則這種金屬的電阻率為ρ＝________Ω·m(最后一空保留兩位有效數(shù)字)。 圖6－1－2 解析　游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：11 mm，游標(biāo)尺上第4個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，所以游標(biāo)尺讀數(shù)為4×0.1 mm＝0.4 mm，所以最終讀數(shù)為：11 mm＋0.4 mm＝11.4 mm。螺旋測(cè)微器固定刻度讀數(shù)：0.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)：0.01 mm×42.0＝0.420 mm，得：d＝0.5 mm＋0.420 mm＝0.920 mm(0.919～0.921都正確)。 由電阻定律得：R＝ρ 金屬絲的橫截面積：S＝πd2 則有：ρ＝ 解得：ρ＝1.0×10－3 Ω·m。 答案　11.4　0.920　1.1×10－3 3．一同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)一根金屬管的深度時(shí)，游標(biāo)卡尺上的游標(biāo)尺和主尺的相對(duì)位置如圖6－1－3甲所示，則這根金屬管的深度是________cm；該同學(xué)又利用螺旋測(cè)微器測(cè)量一金屬板的厚度為5.702 mm，則圖乙中可動(dòng)刻度a、b處的數(shù)字分別是________、________。 圖6－1－3 解析　圖中游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為10 mm,20分度游標(biāo)尺精確度為0.05 mm，游標(biāo)尺上第12條刻度線與主尺對(duì)齊，故游標(biāo)尺讀數(shù)為11×0.05 mm＝0.55 mm，所以金屬管深度為10.55 mm＝1.055 cm。螺旋測(cè)微器固定刻度部分讀數(shù)為5.5 mm，可動(dòng)刻度最小分度值為0.01 mm，可動(dòng)刻度部分讀數(shù)應(yīng)為20.2×0.01，因此a處數(shù)字應(yīng)為20，b處數(shù)字為25。 答案　1.055　20　25 [規(guī)律總結(jié)] 游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法 1．游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法：由主尺讀出整毫米數(shù)l0，從游標(biāo)卡尺上讀出與主尺上某一刻度對(duì)齊的格數(shù)n，則測(cè)量值(mm)＝(l0＋n×精確度)mm。注意：①游標(biāo)卡尺的精確度一般為游標(biāo)卡尺上總刻數(shù)的倒數(shù)。②游標(biāo)卡尺不需要估讀。 2．螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法：測(cè)量值(mm)＝固定刻度指示的毫米數(shù)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動(dòng)刻度上與固定刻度基線所對(duì)的刻度值(注意刻度值要估讀一位)×0.01 mm。 考點(diǎn)二　“紙帶類”問(wèn)題的處理 紙帶的三大應(yīng)用 (1)由紙帶確定時(shí)間 要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(打點(diǎn)周期為0.02 s)打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔Δt＝0.02×5 s＝0.10 s。 (2)求解瞬時(shí)速度 利用做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。如圖6－1－4甲所示，第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn＝。 　 圖6－1－4 (3)用“逐差法”求加速度 如圖乙所示，因?yàn)閍1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝。 【題組突破】 1．(2018·山西重點(diǎn)中學(xué)協(xié)作體聯(lián)考)某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 Hz的交流電源上，實(shí)驗(yàn)時(shí)得到一條紙帶如圖6－1－5所示，他在紙帶上便于測(cè)量的地方選取第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，在這點(diǎn)下標(biāo)明A，第六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明B，第十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明C，第十六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明D，第二十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明E。測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)已模糊不清，他只測(cè)得AC長(zhǎng)為14.56 cm，CD長(zhǎng)為11.15 cm，DE長(zhǎng)為13.73 cm。 圖6－1－5 (1)為了探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，該同學(xué)所取的計(jì)時(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)________(填字母序號(hào))。 A．偏少　　　　　B．偏多　　　　　C．合適 (2)若小車是做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，由該同學(xué)所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)你幫他求出：打C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度vC＝______m/s，小車的加速度a＝________m/s2，AB的距離應(yīng)為_(kāi)_______cm，打A點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度vA＝________m/s。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)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，應(yīng)多取一些數(shù)據(jù)，根據(jù)逐差法求出加速度，再求平均值，而該同學(xué)只取兩組數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)點(diǎn)偏少，故A正確；(2)由題可知相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過(guò)程中的平均速度，得vC＝＝ m/s＝0.986 m/s，由于AC間的時(shí)間間隔t＝0.2 s，CE間的時(shí)間間隔也為t＝0.2 s，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，xCE－xAC＝Δx＝at2，a＝2.58 m/s2；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式xm－xn＝(m－n)aT2，xDE－xCD＝Δx＝2.58 cm，xCD－xAB＝2Δx，所以xAB＝xCD－2Δx＝5.99 cm；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度時(shí)間公式得：vC＝vA＋2aT，解得vA＝(0.986－0.2×2.58) m/s＝0.470 m/s。 答案　(1)A　(2)0.986　2.58　5.99　0.470 2．甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。 (1)圖6－1－6中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗(yàn)器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材________：乙同學(xué)需在圖中選用器材________。(用字母表示) 圖6－1－6 (2)乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖6－1－7所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為_(kāi)_______。 圖6－1－7 解析　(1)采用落體法做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要下落的重物A和計(jì)時(shí)用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B；做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，需要研究對(duì)象小車D，拉動(dòng)小車的鉤碼E及計(jì)時(shí)用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B。 (2)紙帶①的加速度大小為 a1＝ ＝ m/s2 ＝2.5 m/s2， 紙帶②的加速度大小為 a2＝ ＝ m/s2 ＝1.25 m/s2。 因此紙帶①的加速度大，大小為2.5 m/s2。 答案　(1)AB　BDE (2)①　2.5 m/s2(2.3～2.7 m/s2均可) 3．(2016·全國(guó)卷Ⅰ)某同學(xué)用圖6－1－8甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖6－1－8乙所示。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。 圖6－1－8 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)_______，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)_______，重物下落的加速度大小為_(kāi)_______； (2)已測(cè)得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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_(kāi)_______Hz。 解析　(1)兩點(diǎn)間時(shí)間間隔為T＝， vB＝＝， 同理vC＝， 根據(jù)公式s3－s1＝2aT2， 得重物下落的加速度的大小為 a＝。 (2)據(jù)mg－0.01mg＝ma和a＝，代入數(shù)據(jù)可得 f＝40 Hz。 答案　(1)　　　(2)40 考點(diǎn)三　“橡皮條、彈簧類”實(shí)驗(yàn) 　(2018·全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)用圖6－1－9(a)所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)?？邕^(guò)光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。 (a) 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動(dòng)摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 圖6－1－9 回答下列問(wèn)題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f－m圖線求得μ＝________________________________________________________________________。 (保留2位有效數(shù)字) [解析]　本題考查物體的平衡、滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算及分析圖像的能力。 (1)由圖可知彈簧秤的讀數(shù)為2.75 N。 (2)畫圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在線上，不在線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在線的兩側(cè)。 (3)以木塊和砝碼為研究對(duì)象，整體水平方向受木板的滑動(dòng)摩擦力和細(xì)線的拉力f＝μ(M＋m)g，整理得f＝μmg＋μMg，故f－m圖線的斜線k＝μg。 (4)由圖知k＝3.9 N/kg，故μ＝＝0.40。 [答案]　(1)2.75　(2)如圖所示 (3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練】 (2018·天津卷)某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)，橡皮條(帶兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個(gè))。 (1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議， 其中正確的是______。 A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同 C．使用測(cè)力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度 D．用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只有一個(gè)測(cè)力計(jì)時(shí)的拉力 (2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖6－1－10所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是______。 圖6－1－10 解析　本題考查“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)。(1)橡皮條的彈力方向不需要在兩繩套夾角的角平分線上，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)點(diǎn)O的位置與上次實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)，可以不同，選項(xiàng)B正確；使用測(cè)力計(jì)時(shí)，為避免彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線方向，讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度，選項(xiàng)C正確；拉力小于彈簧測(cè)力計(jì)的量程即可，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，在不超測(cè)力計(jì)量程的前提下，拉力應(yīng)盡量大些；確定拉力方向時(shí)，所描點(diǎn)應(yīng)與O點(diǎn)的距離大些；兩繩套夾角不能過(guò)大或過(guò)?。蛔鲌D示時(shí)，所選標(biāo)度越小，精度越高。綜上所述，應(yīng)選B。 答案　(1)BC　(2)B 考點(diǎn)四　用圖像法處理數(shù)據(jù) 圖像法處理數(shù)據(jù)的要求 1．作圖一定要用坐標(biāo)紙，坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)有效數(shù)字的位數(shù)和結(jié)果的需要來(lái)定。 2．要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在坐標(biāo)軸上每隔一定的間距按有效數(shù)字的位數(shù)標(biāo)明數(shù)值。 3．圖上的連線不一定通過(guò)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點(diǎn)合理地分布在線的兩側(cè)。 4．作圖時(shí)常通過(guò)選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸使圖像線性化，即“變曲為直”。 5．有些時(shí)候，為了使坐標(biāo)紙有效使用范圍增大，坐標(biāo)原點(diǎn)可以不從“0”開(kāi)始。 　現(xiàn)要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6－1－11所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過(guò)光電門的平均速度看作滑塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。用g表示重力加速度，完成下列填空和作圖： 圖6－1－11 (1)若將滑塊自A點(diǎn)由靜止釋放，則在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量可表示為_(kāi)_____，動(dòng)能的增加量可表示為_(kāi)_____。若在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，與s的關(guān)系式為＝________。 (2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(diǎn)(A點(diǎn))下滑，測(cè)量相應(yīng)的s與t值，結(jié)果如下表所示： 1 2 3 4 5 s(m) 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t(ms) 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1/t2(104 s－2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 以s為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在如圖6－1－12位置的坐標(biāo)紙中描出第1和第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；根據(jù)5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作直線，求得該直線的斜率k＝________×104 m－1·s－2。(保留3位有效數(shù)字) 圖6－1－12 由測(cè)得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計(jì)算出－s直線的斜率k0，將k和k0進(jìn)行比較，若其差值在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。 [解析]　(1)當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)下降高度設(shè)為h′，此時(shí)砝碼上升的高度為s，由幾何關(guān)系可知h′＝，故系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為 ΔEp＝Mgh′－mgs＝gs 由于系統(tǒng)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)的速度vB＝ 故動(dòng)能的增加量ΔEk＝(M＋m)v＝ 由ΔEp＝ΔEk可解得 ＝s。 (2)描點(diǎn)及作直線見(jiàn)圖。 在圖中直線上取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)，由k＝可得k＝2.36×104 m－1s－2。 [答案]　(1)　　 (2)圖見(jiàn)解析　(3)2.36(2.30～2.60均可) 【題組突破】 1．(2018·北京理綜)用圖6－1－13所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 圖6－1－13 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： a．安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次。 b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖6－1－14中A、B、C、D、E、F……所示。 圖6－1－14 c．通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度、分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖6－1－15所示。 圖6－1－15 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有____和____(填選項(xiàng)前的字母)。 A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖6－1－15中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出v－t圖像。 (3)觀察v－t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是________________。v－t圖像斜率的物理意義是________。 (4)描繪v－t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt要求是________(選填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)。 (5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖6－1－16所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想。請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，分析說(shuō)明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的。 圖6－1－16 解析　本題考查研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源為50 Hz的交流電源，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離需用刻度尺。 (2)圖見(jiàn)答案。 (3)因?yàn)樾≤嚨乃俣入S時(shí)間均勻變化，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由勻加速直線運(yùn)動(dòng)中速度v＝v0＋at，可知v－t圖像斜率的物理意義是加速度。 (4)＝，若用表示瞬時(shí)速度，Δt越小越好，而選取的Δx大小會(huì)影響速度測(cè)量值與真實(shí)值的偏差大小。 (5)設(shè)v0＝0，v＝at，而x＝at2，故可通過(guò)位移隨時(shí)間的變化情況，判斷速度隨時(shí)間的變化情況。 答案　(1)A　C　(2)如圖所示 (3)小車的速度隨時(shí)間均勻變化　加速度 (4)越小越好　有關(guān) (5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過(guò)的位移x＝t，x∝t2。因此，只要測(cè)量小球通過(guò)不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化。 2．利用如圖6－1－17甲所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)”。所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30 g。實(shí)驗(yàn)中，先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將4個(gè)鉤碼逐個(gè)加掛在彈簧下端，每次掛完鉤碼待彈簧穩(wěn)定后依次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度，并將數(shù)據(jù)填在下表中。彈力始終未超過(guò)彈性限度，取g＝10 m/s2，試完成下列問(wèn)題： 記錄數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧總長(zhǎng)(cm) 6.00 7.11 8.20 9.31 10.40 圖6－1－17 (1)請(qǐng)?jiān)谌鐖D乙所示坐標(biāo)系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖像。 (2)由圖像乙求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。(保留兩位有效數(shù)字) (3)某同學(xué)直接利用表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出了如圖丙所示的鉤碼質(zhì)量m跟彈簧總長(zhǎng)度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖像，那么該圖像斜率所表示的物理意義是________________________________________________________________________。 解析　(1)彈簧受的拉力為鉤碼的重力，每次實(shí)驗(yàn)彈簧所受到的拉力F如下表所示： 記錄數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧所受的拉力F/N 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)度x之間的函數(shù)關(guān)系圖像見(jiàn)答案。 (2)根據(jù)圖像的物理意義可知，彈簧的勁度系數(shù)k等于F－x關(guān)系圖像的斜率，為求直線的斜率，可在直線上取兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)，如(8.0,0.56)和(10.0,1.12)，故k＝＝ N/cm＝0.28 N/cm＝28 N/cm。 (3)根據(jù)胡克定律有mg＝kx，所以該圖像斜率的物理意義是：彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值。 答案　(1)如圖所示 (2)28　(3)彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值 考點(diǎn)五　力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 1．創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) (1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 (2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法，融入到實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中。 2．創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的解法 (1)根據(jù)題目情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? (2)應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 　(2017·全國(guó)卷Ⅰ)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖6－1－18甲所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴) 圖6－1－18 (1)由圖乙可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。 (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖乙中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_(kāi)_______ m/s，加速度大小為_(kāi)_______ m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) [解題探究]　(1)根據(jù)桌面上“水滴”的間距逐漸減小，判斷小車的運(yùn)動(dòng)方向。 (2)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。 [解析]　(1)輕推小車后，小車在桌面上做減速運(yùn)動(dòng)，桌面上“水滴”的間距應(yīng)逐漸減小，小車的運(yùn)動(dòng)方向是從右向左。 (2)相鄰兩水滴的時(shí)間間隔為t＝ s＝ s，小車運(yùn)動(dòng)到A位置的速度大小為vA＝＝ m/s＝0.187 5 m/s≈0.19 m/s； 小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a＝≈0.038 m/s2 [答案]　(1)從右向左　(2)0.19　0.038 【題組突破】 1．(2018·安徽聯(lián)盟)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)中，某物理興趣小組利用如圖6－1－19甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 圖6－1－19 (1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度d＝______cm。 (2)接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過(guò)光電門的擋光時(shí)間t，測(cè)出釋放點(diǎn)到光電門的間距為s，以s為縱軸，為橫軸作圖，得到的圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，且斜率為k，則滑塊的加速度a＝________(用d、k表示)。 (3)若以測(cè)得的滑塊加速度a為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力F，作出如圖丙中圖線1。為了減小誤差，該興趣小組將一個(gè)力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計(jì))，從力傳感器中得出拉力F，作出a－F圖像是圖丙中的圖線______(填“2”或“3”)。 解析　(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為：0.9 cm＋8×0.005 cm＝0.940 cm； (2)滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有2as＝v2，又v＝，可得s＝，已知斜率為k，可得a＝； (3)因鉤碼及滑塊做加速運(yùn)動(dòng)，可知細(xì)線的拉力應(yīng)比鉤碼的重力小，而用傳感器測(cè)出的是滑塊所受的實(shí)際的拉力，此時(shí)a－F圖像應(yīng)為圖線2。 答案　(1)0.940　(2)　(3)2 2.為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械能損失)，某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不等的小球，按下述步驟做實(shí)驗(yàn)： 圖6－1－20 ①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1＞m2。 ②按照如圖6－1－20所示的那樣，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)的切線水平。將一斜面BC連接在斜槽末端。 ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置。 ④將小球m2放在斜槽末端點(diǎn)B處，讓小球m1從斜槽頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和小球m2在斜面上的落點(diǎn)位置。 ⑤用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離。圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D、LE、LF。 根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題： (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn)。 (2)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，只要滿足關(guān)系式________，則說(shuō)明碰撞中動(dòng)量是守恒的。 (3)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，只要再滿足關(guān)系式________，則說(shuō)明兩小球的碰撞是彈性碰撞。 解析　(1)小球的落點(diǎn)位置跟平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小有關(guān)，碰后，小球m1的速度較小，m2的速度較大，所以m1的落點(diǎn)是圖中的D點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的F點(diǎn)。 (2)設(shè)碰前小球m1的速度為v0，碰撞后m1的速度為v1，m2的速度為v2，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，它們應(yīng)該滿足關(guān)系式m1v0＝m1v1＋m2v2。設(shè)斜面傾角為θ，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有tan θ＝＝＝，所以v＝∝t，而t＝∝∝，所以v∝。本題中，要驗(yàn)證m1v0＝m1v1＋m2v2成立，只需要驗(yàn)證m1＝m1＋m2成立。 (3)要驗(yàn)證兩個(gè)小球的碰撞是彈性碰撞，即要再驗(yàn)證m1v＝m1v＋m2v成立，而平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度v∝，所以v2∝L，故需要再滿足關(guān)系式m1LE＝m1LD＋m2LF。 答案　(1)D　F　(2)m1＝m1＋m2 (3)m1LE＝m1LD＋m2LF 一、計(jì)算題 1．(2018·全國(guó)卷Ⅲ)甲、乙兩同學(xué)通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量人的反應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1)甲用兩個(gè)手指輕輕捏住量程為L(zhǎng)的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準(zhǔn)備用手指夾住下落的尺。 (2)甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若夾住尺子的位置刻度為L(zhǎng)1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時(shí)間為_(kāi)_______(用L、L1和g表示)。 (3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.8 m/s2，L＝30.0 cm，L1＝10.4 cm.乙的反應(yīng)時(shí)間為_(kāi)_______s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)寫出一條能提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議：__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　根據(jù)題述，在乙的反應(yīng)時(shí)間t內(nèi)，尺子下落高度h＝L－L1，由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，h＝gt2，解得t＝。代入數(shù)據(jù)得t＝0.20 s。 答案　(2)　(3)0.20　(4)多次測(cè)量取平均值；初始時(shí)乙的手指盡可能接近尺子(答出一條即可) 2．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。 圖6－1－21 實(shí)驗(yàn)步驟如下：①如圖(a)，將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開(kāi)始下滑； ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt； ③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度(如圖(b)所示)，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開(kāi)始下滑，重復(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④ ⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出－Δt圖，如圖(c)所示 (c) 完成下列填空： (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為＝________。 (2)由圖(c)可求得vA＝________cm/s，a＝________cm/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)由于滑塊做勻變速運(yùn)動(dòng)，在擋光片通過(guò)光電門的過(guò)程中，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得Δt＝vAΔt＋a(Δt)2，則＝vA＋aΔt。 (2)由＝vA＋aΔt結(jié)合題圖(c)可知，圖線與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，得vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率等于a，即a＝ cm/s2，求得a＝16.4 cm/s2。 答案　(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.4 3．(2016·全國(guó)卷Ⅱ)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6－1－22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(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。 圖6－1－22 (1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟； ①把紙帶向左拉直 ②松手釋放物塊 ③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 ④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)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(hào)) (2)圖6－1－23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(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為_(kāi)_______m/s。比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。 圖6－1－23 解析　(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先向左推物塊使彈簧壓縮，測(cè)量彈簧的壓縮量，然后把紙帶向左拉直，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，使其向右滑動(dòng)，因此步驟為④①③②。 (2)由于物塊離開(kāi)彈簧時(shí)的速度最大，因此M紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為v＝＝1.29 m/s。由于彈簧壓縮量越大，彈性勢(shì)能越大，因此推開(kāi)物塊后，彈簧彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成物塊的動(dòng)能越多，物塊離開(kāi)彈簧后獲得的速度越大，打的點(diǎn)間距越大，因此M紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。 答案　(1)④①③②　(2)1.29　M 4．(2017·全國(guó)卷Ⅲ)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖6－1－24(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng)。 (1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出。測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為_(kāi)_______N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。 ①用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合； 圖6－1－24 ②F合的大小為_(kāi)_______N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_(kāi)_______。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 解析　(1)由測(cè)力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0 N。 (2)①利用平行四邊形定則作圖； ②由圖可知F合＝4.0 N，從F合的頂點(diǎn)向x軸和y軸分別作垂線，頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為1 mm，頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度為20 mm，則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05。 答案　(1)4.0　(2)①F1、F2和F合如圖所示?、?.0　0.05 5．(2018·銀川一模)物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時(shí)候，測(cè)得彈力的大小F和彈簧長(zhǎng)度l的關(guān)系如圖6－1－25所示，則由圖線可知： 圖6－1－25 (1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_____N/m。 (2)為了用彈簧測(cè)定兩木塊A和B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖6－1－25所示的甲、乙兩種方案。 ①為了用某一彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)表示A和B之間的滑動(dòng)摩擦力的大小，你認(rèn)為方案______更合理。 ②若A和B的重力分別為10.0 N和20.0 N。當(dāng)A被拉動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)a的示數(shù)為6.0 N，b的示數(shù)為11.0 N，c的示數(shù)為4.0 N，則A和B的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______。 解析　(1)由圖讀出，彈簧的彈力F＝0時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0＝20 cm，即彈簧的原長(zhǎng)為20 cm，由圖讀出彈力為F0＝60 N，彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0＝40 cm，彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x0＝L－L0＝40－20＝20 cm＝0.2 m；由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)為k＝＝＝300 N/m； (2)①甲乙兩種方案，在拉著物體A運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，拉A的彈簧測(cè)力計(jì)由于在不斷地運(yùn)動(dòng)，示數(shù)可能會(huì)變化，讀數(shù)不是很準(zhǔn)，彈簧測(cè)力計(jì)a是不動(dòng)的，指針?lè)€(wěn)定，便于讀數(shù)，故甲方案更合理； ②由于彈簧測(cè)力計(jì)a示數(shù)為6.0 N，所以A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝＝＝0.30。 答案　(1)300　(2)甲　(3)0.30 6．(2018·鄭州一模)如圖6－1－26甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。現(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。 圖6－1－26 (1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的器材有________。 A．米尺　　　　　　　　　　　　B．0～6 V直流電源 C．秒表 D．0～6 V交流電源 (2)某同學(xué)用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02 s，根據(jù)紙帶計(jì)算出打下D點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為_(kāi)_______m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)采用重物下落的方法，根據(jù)公式mv2＝mgh驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是________________，為驗(yàn)證和滿足此要求，所選擇的紙帶第1、2點(diǎn)間的距離點(diǎn)接近________。 (4)該同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2－h(huán)圖像如圖丙所示，則圖線斜線的物理意義是________________。 解析　(1)通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，故不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測(cè)量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故選AD。 (2)由圖可知CE間的距離為：x＝19.41－12.40＝7.01 cm＝0.0701 m；則由平均速度公式可得，D點(diǎn)的速度vD＝＝ m/s＝1.75 m/s； (3)用公式mv2＝mgh時(shí)，對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是重錘是從初速度為零開(kāi)始，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz，打點(diǎn)周期為0.02 s，重物開(kāi)始下落后，在第一個(gè)打點(diǎn)周期內(nèi)重物下落的高度h＝gT2＝×9.8×0.022 m≈2 mm，所以所選的紙帶最初兩點(diǎn)間的距離接近2 mm。 (4)由機(jī)械能守恒mgh＝mv2得v2＝2gh，由此可知：圖像的斜率k＝2g。 答案　(1)AD　(2)1.75　(3)重物的初速度為零　2 mm　(4)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?倍 7．(2018·長(zhǎng)沙一模)某同學(xué)用探究動(dòng)能定理的裝置測(cè)滑塊的質(zhì)量M。如圖6－1－27甲所示，在水平氣墊導(dǎo)軌上靠近定滑輪固定一個(gè)光電門。讓一帶有遮光片的滑塊自某一位置由靜止釋放，計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片通過(guò)光電門的時(shí)間t(t非常小)，同時(shí)用米尺測(cè)出釋放點(diǎn)到光電門的距離s。 圖6－1－27 (1)該同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)出遮光片的寬度d如圖乙所示，則d＝______mm。 (2)實(shí)驗(yàn)中多次改變釋放點(diǎn)，測(cè)出多組數(shù)據(jù)，描點(diǎn)連線，做出的圖像為一條傾斜直線，如圖丙所示。圖像的縱坐標(biāo)s表示釋放點(diǎn)到光電門的距離，則橫坐標(biāo)表示的是______。 A．t　　　　B．t2　　　　C.　　　D. (3)已知鉤碼的質(zhì)量為m，圖丙中圖線的斜率為k，重力加速度為g，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，寫出滑塊質(zhì)量的表達(dá)式M＝______。(用字母表示) 解析　(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為1.5 mm，根據(jù)圖讀數(shù)為37.9×0.01 mm，則最終讀數(shù)為1.879 mm。 (2)滑塊通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度v＝，根據(jù)動(dòng)能定理得：mgs＝(m＋M)v2＝(m＋M)，解得：s＝，因?yàn)閳D線為線性關(guān)系圖線，可知橫坐標(biāo)表示，故選D。 (3)根據(jù)s＝知，圖線的斜率為：k＝d2，解得滑塊質(zhì)量M＝－m。 答案　(1)1.879　(2)D　(3)－m 8．(2018·廣東二模)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖6－1－28甲所示實(shí)驗(yàn)裝置，探究滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系。在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了多組實(shí)驗(yàn)，將位移傳感器和力傳感器得到的多組數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到了兩條a­F圖線①②，如圖乙所示。 圖6－1－28 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作是________。 A．改變托盤中砝碼的個(gè)數(shù) B．滑塊在軌道水平和傾斜的兩種情況下必須在同一位置由靜止釋放 C．用天平測(cè)出托盤的質(zhì)量 D．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量 (2)在軌道傾斜的情況下得到的a­F圖線是________(選填“①”或“②”)。 (3)滑塊和位移傳感器反射部分的總質(zhì)量m＝________kg；滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________。(重力加速度g取10 m/s2) 解析　(1)由于探究加速度與合外力的關(guān)系，所以應(yīng)改變物塊的合外力，即改變托盤中砝碼的個(gè)數(shù)，故A正確；滑塊的釋放位置對(duì)該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響，不要求每次在同一位置，故B錯(cuò)誤；本題拉力可以由力的傳感器測(cè)出，不需要用天平測(cè)出托盤和砝碼的質(zhì)量，也就不需要使托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故C錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。 (2)由圖像可知，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)大，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①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的； (3)滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖像斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量的倒數(shù)，由圖形乙得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖像斜率k＝2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝0.5 kg。由圖形乙得，在水平軌道上F＝1 N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)A　(2)①　(3)0.5　0.2 26