2010高考物理一輪復習 第4講《力學實驗綜合》教案 新人教版

用心 愛心 專心1 第第 4 4 講講 力學實驗綜合力學實驗綜合 物理 考試說明 中確定的力學實驗有 研究勻變速直線運動 探究彈力和彈簧伸長的關系 驗證 力的平行四邊形定則 驗證牛頓運動定律 探究動能定理 驗證機械能守恒定律 一 打點計時器系列實驗中紙帶的處理一 打點計時器系列實驗中紙帶的處理 1 1 紙帶的選取 紙帶的選取 一般實驗應用點跡清晰 無漏點的紙帶中選取有足夠多點的一段作為實驗紙帶 在 驗證 機械能守恒定律 實驗中還要求紙帶包含第一 二點 并且第一 二兩點距離接近 2 0mm 2 根據(jù)紙帶上點的密集程度選取計數(shù)點 根據(jù)紙帶上點的密集程度選取計數(shù)點 打點計時器每打 n 個點取一個計數(shù)點 則計數(shù)點時間間隔為 n 個打點時間間隔 即 T 0 02n s 一般取 n 5 此時 T 0 1s 3 3 測量計數(shù)點間距離 測量計數(shù)點間距離 為了測量 計算的方便和減小偶然誤差的考慮 測量距離時不要分段測量 盡可 能一次測量完畢 即測量計數(shù)起點到其它各計數(shù)點的距離 如圖所示 則由圖可得 1 sSI 12 ssSII 23 ssSIII 34 ssSIV 45 ssSV 56 ssSVI 4 判定物體運動的性質(zhì) 判定物體運動的性質(zhì) 若 I S II S III S IV S V S VI S 基本相等 則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻速直線運動 設 s1 II S I S s2 III S II S s3 IV S III S s4 V S IV S s5 VI S V S 若 s1 s2 s3 s4 s5基本相等 則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻變速直線運動 測定第 n 點的瞬時速度 物體作勻變速直線運動時 在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速 度 即測出第 n 點的相鄰的前 后兩段相等時間 T 內(nèi)的距離 由平均速度公式就可求得 如上圖中第 4 點 的瞬時速度為 T ss T SS v VIV 22 35 4 測定作勻變速直線運動物體的加速度 一般用逐差法求加速度 將如上圖所示的連續(xù)相等時間間隔 T 內(nèi)的位移 分成兩組 利用可得 I S II S III S IV S V S VI S 2 aTs 2 1 3T SS a IIV 再算出的 平均值 即 就是所測定作勻 2 2 3T SS a IIV 2 3 3T SS a IIIVI 1 a 2 a 3 a 3 321 aaa a 4 s6 365210 s5 s4 s3 s2 s1 S S S S S S 用心 愛心 專心2 變速直線運動物體的加速度 若為奇數(shù)組數(shù)據(jù)則將中間一組去掉 然后再將數(shù)據(jù)分組利用逐差法求解 二 設計性實驗的設計思路與典例分析二 設計性實驗的設計思路與典例分析 三三 考試大綱規(guī)定的學生實驗 考試大綱規(guī)定的學生實驗 1 長度的測量 游標卡尺和螺旋測微器 長度的測量 游標卡尺和螺旋測微器 1 游標卡尺 游標卡尺 10 分度的游標卡尺 游標上相鄰兩個刻度間的距離為 0 9mm 比主尺上相鄰兩個刻度間距離小 0 1mm 讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù) 然后用游標讀出 0 1 毫米位的數(shù)值 游標的第幾條刻線 跟主尺上某一條刻線對齊 0 1 毫米位就讀幾 不能讀某 其讀數(shù)準確到 0 1mm 20 分度的游標卡尺 游標上相鄰兩個刻度間的距離為 0 95mm 比主尺上相鄰兩個刻度間距離小 0 05mm 讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù) 然后用游標 讀出毫米以下的數(shù)值 游標的第幾條刻線 跟主尺上某一條刻線對齊 毫米以下的讀數(shù)就是幾乘 0 05 毫米 其讀數(shù)準確到 0 05mm 50 分度的游標卡尺 游標上相鄰兩個刻度間的距離為 0 98mm 比主尺上相鄰兩個刻度間距離小 0 02mm 這種卡尺的刻度是特殊的 游標上的刻度值 就是毫米以下的讀數(shù) 這種卡尺的讀數(shù)可以準確到 0 02mm 注意 注意 游標卡尺都是根據(jù)刻線對齊來讀數(shù)的 所以都不再往下一位估讀 要知道主要構造的名稱 主尺 游標尺 外測量爪 內(nèi)測量爪 深度尺 緊固螺釘 0 1 23 4 5 6 7 8 90 01234567891 0 題目要求和給題目要求和給 出的條件出的條件 演示和分組實演示和分組實 驗的實驗原理驗的實驗原理 物理規(guī)律和原物理規(guī)律和原 理理 基本儀器的使基本儀器的使 用知識用知識 需測物理量需測物理量 和所需器材和所需器材 實驗步驟實驗步驟 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 實驗原理實驗原理 實驗結論及實驗結論及 誤差分析誤差分析 用心 愛心 專心3 2 螺旋測微器 螺旋測微器 固定刻度上的最小刻度為 0 5mm 在中線的上側 可動刻度每旋轉一圈前進 或后退 0 5mm 在可動 刻度的一周上平均刻有 50 條刻線 所以相鄰兩條刻線間代表 0 01mm 讀數(shù)時 從固定刻度上讀取整 半 毫米數(shù) 然后從可動刻度上讀取剩余部分 因為是 10 分度 所以在最小刻度后必須再估讀一位 再把兩部分讀數(shù)相加 得測量值 要知道主要構造的名稱 以下的 依次是 測砧 測微 螺桿 固定刻度 可動刻度 旋鈕 微調(diào)旋鈕和尺架 例例 1 讀出下列游標卡尺測量的讀數(shù) 例 1 解 1 2 98cm 2 6 170cm 3 1 050cm 例 2 讀出下列螺旋測微器測量的讀數(shù) 例 2 解 1 0 642mm 2 10 294mm 例例 3 有一游標卡尺 主尺的最小分度是 1mm 游標上有 20 個小的等分刻度 用它測量一小球的直徑 如圖甲所示的讀數(shù)是 mm 用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑 如圖乙所示的讀數(shù)是 mm 例例 3 解 50 1 731 1 730 1 733 均給分 例例 4 1 某學生用螺旋測微器在測定某一金屬絲的直徑時 測得的結果如圖甲所示 則該金屬絲的直徑 d mm 另一位學生用游標尺上標有 20 等分刻度的游標卡尺測一工件的長度 測得的結果如圖乙所 示 則該工件的長度 L cm 3 4 cm 0 5 10 678 0 10 20 cm 012345 6 0123456789 0 cm 0 10 15 0 5 10 25 30 圖乙 0 mm 20 30 25 15 圖甲 1 2 3 cm 5 0 10 用心 愛心 專心4 圖甲圖乙 例例 4 解 1 d 2 706 或 2 705 2 707 L 5 015 例例 5 如下圖所示 甲圖中游標卡尺的讀數(shù)為 mm 乙圖中螺旋測微器的讀數(shù)為 mm 例例 5 解 29 75mm 3 205mm 2 研究勻變速直線運動研究勻變速直線運動 1 紙帶處理 從打點計時器重復打下的多條紙帶中選點跡 清楚的一條 舍掉開始比較密集的點跡 從便于測量的地方取一個開始點 O 然后每 5 個點取一個計數(shù)點 A B C 或者說每隔 4 個點取一個 記數(shù)點 這樣做的好處是相鄰記數(shù)點間的時間間隔是 0 1s 便于計算 測出相鄰計數(shù)點間的距離 s1 s2 s3 2 利用 s1 s2 s3 可以計算相鄰相等時間內(nèi)的位移差 s2 s1 s3 s2 s4 s3 如果它們在允許的誤差范圍內(nèi)相等 則可以判 定被測物體的運動是勻變速直線運動 3 利用紙帶可以求被測物體在任一計數(shù)點對應時刻的瞬時速度瞬時速度 v 如 T ss vc 2 32 4 利用紙帶求被測物體的加速度加速度 a 具體來說又有 3 種方法 逐差法 從紙帶上得到 6 個相鄰相等時間內(nèi)的位移 則 2 321654 9T ssssss a 利用任意兩段相鄰記數(shù)點間的位移求 a 如 2 Tnm ss a nm 利用 v t 圖象求 a 求出 A B C D E F 各點的即時速度 畫出如右的 v t 圖線 圖線的斜率就是 加速度 a t s 0 T 2T 3T 4T 5T 6T v ms 1 用心 愛心 專心5 例例 6 在 測定勻變速直線運動的加速度 的實驗中 用打點計時器記錄紙帶運動的時間 計時器所用電 源的頻率為 50Hz 圖為一次實驗得到的一條紙帶 紙帶上每相鄰的兩計數(shù)點間都有四個點未畫出 按時 間順序取 0 1 2 3 4 5 六個計數(shù)點 用米尺量出 1 2 3 4 5 點到 0 點的距離如圖所示 單位 cm 由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點 4 所代表時刻的即時速度大小 v4 m s 小車的加速度大小 a m s2 保留三位有效數(shù)字 例例 6 解解 0 405 0 756 例例 7 做勻加速直線運動的小車 牽引一條紙帶通過打點計時器 交 流電源的頻率為 50Hz 由紙帶上打出的某一點開始 每 5 個點剪下一 段紙帶 按圖所示 使每一條紙帶下端與 x 軸重合 左邊與 y 軸平行 將紙帶段粘貼在直角坐標系中 則小車運動的加速度是 m s2 保留兩位有效數(shù)字 例例 7 解 由題意可得 每段紙帶的長度就是相鄰相等時間間隔內(nèi)小車 的位移 由圖示數(shù)據(jù)可得 而相隔時間為ms 3 105 7 T 0 02 5s 0 1s 根據(jù) 可得小車的加速度為 2 aTs 2 75 0 sma 例例 8 2004 年 7 月 25 日 中國用長征運載火箭成功地發(fā)射了 探測 2 號 衛(wèi)星 右圖 是某監(jiān)測系統(tǒng)每隔 2 5s 拍攝的關于起始勻加速階段火箭的一組照片 1 已知火箭的長度為 40 m 用刻度尺測量照片上的長度 結果如圖所示 則火箭在照 片中第 2 個像所對應時刻的瞬時速度大小 v m s 2 為探究物體做直線運動過程中 s 隨 t 變化的規(guī)律 某實驗小組經(jīng)過實驗和計算得到下 表的實驗數(shù)據(jù) 根據(jù)表格數(shù)據(jù) 請你在下圖所示的坐標系中 用縱 橫軸分別選擇合適的物理量和標度 作出關系圖線 并根據(jù)圖線分析得出物體從 A B 的過程中 s 隨 t 變化的定量關系式 x 0123456 22 5 30 0 37 5 45 0 52 5 y mm 60 0 物體運動 的起止點 所測的 物理量 測量次數(shù) 12345 AB 時間 t s 0 891 241 521 761 97 時間 t2 s2 0 791 542 313 103 88 位移 s m 0 250 500 751 001 25 用心 愛心 專心6 例例 8 解 1 42m s 2 圖略 4 分 2 2 31 0 16 5 t t s 3 探究彈力和彈簧伸長的關系 探究彈力和彈簧伸長的關系 例例 9 某同學在做探究彈力和彈簧伸長的關系的實驗中 設計了如圖所示的實驗裝置 所用的鉤碼每只的質(zhì)量都是 30g 他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度 再將 5 個鉤碼 逐個掛在彈簧的下端 每次都測出相應的彈簧總長度 將數(shù)據(jù)填在了下面的表中 彈 力始終未超過彈性限度 取 g 9 8m s2 1 試根 據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在右圖給定的坐標紙上作出彈簧所受彈力大小 F 跟彈簧 總長 L 之間的函數(shù)關系圖線 說明圖線跟坐標軸交點的物理意義 2 上一問所得圖線的物理意義是什么 該彈簧的勁度 k 是多大 例例 9 解 1 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出的點 基本上在同一條直線 上 可以判定 F 和 L 間是一次函數(shù)關系 畫一條直線 使盡可能多的點 落在這條直線上 不在直線上的點均勻地分布在直線兩側 該圖線跟橫 軸交點的橫坐標表示彈簧的原長 2 圖線的物理意義是表明彈簧的彈力大小和彈簧伸長量大小成正比 由可得 k 25N m x F k 例例 10 08 北京卷 北京卷 某同學和你一起探究彈力和彈 簧伸長的關系 并測彈簧的勁度系數(shù) k 做法是先將 待測彈簧的一端固定在鐵架臺上 然后將最小刻度是 毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側 并使彈簧另一端的 指針恰好落在刻度尺上 當彈簧自然下垂時 指針指 示的刻度數(shù)值記作 L0 彈簧下端掛一個 50g 的砝碼時 指針指示的刻度數(shù)值記作 L1 彈簧下端掛兩個 50g 的 砝碼時 指針指示的刻度數(shù)值記作 L2 掛七個 50g 的砝碼時 指針指示的刻度數(shù)值記作 L2 下表記錄的是該同學已測出的 6 個值 其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤 它們的代表符號分別是 和 F N x 10 2m 5 6 8 10 12 1 6 1 2 0 8 0 4 0 砝碼質(zhì)量 g 0306090120150 彈簧總長 cm 6 007 158 349 4810 6411 79 彈力大小 N 用心 愛心 專心7 測量記錄表 代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7 刻度數(shù)值 cm1 703 405 108 6010 312 1 實驗中 L3和 L2兩個值還沒有測定 請你根據(jù)上圖將這兩個測量值填入記錄表中 為充分利用測量數(shù)據(jù) 該同學將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差 分別計算出了三個差值 11231332 6 90cm 6 90cm 7 00cm n dLLdLLdLL 請你給出第四個差值 dA cm 根據(jù)以上差值 可以求出每增加 50g 砝碼的彈簧平均伸長量 用 d1 d2 d3 d4L L 表示的式子為 L 代入數(shù)據(jù)解得 cm L 計算彈簧的勁度系數(shù) k N m g 取 9 8m s2 例例 10 答案 L5 L6 6 85 6 84 6 86 14 05 14 04 14 06 7 20 7 18 37 LL 7 22 1 75 28 1234 44 dddd 4 驗證力的平行四邊形定則 驗證力的平行四邊形定則 1 原理是兩只彈簧秤成角度拉橡皮條 AB 和一只彈簧秤拉 橡皮 條 AB 的效果相同 這個效果就是指橡皮條的形變量 大小和方向 相同 2 在畫力的圖示時 必須有箭頭 標度 刻度 3 實驗往往有一定的偶然誤差 只要用平行四邊形定則求得的合力 F 和一只彈簧秤的拉力 F 的圖示大小和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相同 就可以了 例例 11 橡皮筋的一端固定在 A 點 另一端栓上兩根細繩 每根細繩分別連著一個量程為 5N 最小刻度為 0 1N 的彈簧測力計 沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計 當橡皮筋的活動端拉到 O 點時 兩根細繩相互 A O B a b c 用心 愛心 專心8 垂直 如圖所示 這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出 由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N 和 N 只須讀到 0 1N 在右圖的方格紙中按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力 例例 11 解 1 2 5N 和 4 0N 2 注意平行四邊形中的實線 虛線的區(qū)別和箭頭 標度 單位 例例 12 李明同學在做 互成角度的兩個力的合成 實驗時 利用坐標紙記下了橡皮 筋的結點位置 O 點以及兩只彈簧秤拉力的大小如圖 a 所示 1 試在圖 a 中作出無實驗誤差情況下 F1和 F2的合力圖示 并用 F 表示此 力 2 有關此實驗 下列敘述正確的是 A 兩彈簧秤的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大 B 橡皮筋的拉力是合力 兩彈簧秤的拉力是分力 C 兩次拉橡皮筋時 需將橡皮筋結點拉到同一位置 O 這樣做的目的是 保證兩次彈簧秤拉力的效果相同 D 若只增大某一只彈簧秤的拉力大小而要保證橡皮筋結點位置不變 只 需調(diào)整另一只彈簧秤拉力的大小即可 3 圖 b 所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結果 其中哪一個實驗比較符合實驗事實 力 F 是用一只彈簧秤拉時的圖示 答 4 在以上比較符合實驗事實的一位同學中 造成誤差的主要原因是 至少寫出兩種情況 答 例例 12 解 1 2 A C 3 張華作的符合實驗事實 4 1 F1的方向比真實方向偏左 2 F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左 3 作圖時兩虛線 3 4 01234 5 N N 1 2 3 4 用心 愛心 專心9 結點 繩套 不分別與 F1線和 F2線平行 例例 13 在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗情況如圖甲所示 其中 A 為固定橡皮筋的圖釘 O 為橡皮 筋與細繩的結點 OB 和 OC 為細繩 圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖 圖乙中的 F 與 F 兩力中 方向一定沿 AO 方向的是 2 分 本實驗采用的科學方法是 2 分 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 例例 13 解 F B 例例 14 在 探究求合力的方法 的實驗中 需要將橡皮條的一端固定在水平木板上 另一端系上兩根細繩 細繩的另一端都有繩套 如圖 實驗中需用兩個彈簧秤分別勾住繩套 并互成角度地拉橡皮條 使橡皮 條伸長 結點到達某一位置O 1 某同學在做該實驗時認為 A 拉橡皮條的繩細一些且長一些 實驗效果較好 B 拉橡皮條時 彈簧秤 橡皮條 細繩應貼近木板且與木板平面平行 C 橡皮條彈性要好 拉結點到達某一位置O時 拉力要適當大些 D 拉力F1和F 2的夾角越大越好 其中正確的是 填入相應的字母 2 若兩個彈簧秤的讀數(shù)均為 4N 且兩彈簧秤拉力的方向相互垂直 則 選填 能 或 不能 用一個量程為 5N 的彈簧秤測量出它們的合力 理由是 例例 14 解 1 ABC 2 不能 因為這兩個力的合力大小超出了彈簧秤的量程 5 驗證牛頓第二運動定律 驗證牛頓第二運動定律 1 了解該實驗的系統(tǒng)誤差的來源 用砂和砂桶的總重量代替小車受到的拉力 由牛頓第二定律可知 由于砂桶也在做勻加速運動 因此砂 和砂桶的總重量肯定大于小車受到的實際拉力 可以推導出結論 只有在小車的總質(zhì)量 M 遠大于砂和砂桶 的總質(zhì)量 m 時 才能使該系統(tǒng)誤差足夠小 用心 愛心 專心10 沒有考慮摩擦阻力的作用 應該用平衡摩擦力的方法來消除這個系統(tǒng)誤差 2 為研究 a F m 三者的關系 要利用 控制變量法 分別研究 a 與 F a 與 m 的關系 3 用圖象法驗證 a F a m 1 后者必須用 a m 1圖象 不能用 a m 圖象 例例 15 一打點計時器固定在斜面上某處 一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從 斜面上滑下 如右圖所示 下圖是打出的紙帶的一段 已知打點計時器使用的交流電頻率為 50Hz 利用下圖給出的數(shù)據(jù)可求出小車 下滑的加速度 a 為了求出小車在下滑過程中所受的阻力 還需要測量的物理量有 用 測得的量及加速度 a 表示阻力的計算式為 f 例例 15 解 1 3 89m s2 2 小車質(zhì)量 m 斜面上任意兩點間距離 l 及這兩點的高度差 h mgh l ma 例例 16 某校學習興趣小組在研究 探索小車速度隨時間變化的規(guī)律 的實驗 圖是某次實驗得出的紙帶 所用電源的頻率為 50HZ 舍去前面比較密集的點 從 0 點開始 每 5 個連續(xù)點取 1 個計數(shù)點 標以 1 2 3 各計數(shù)點與 0 計數(shù)點之間的距離依次為 d1 3cm d2 7 5cm d3 13 5cm 則 1 物體做 的運動 理由是 2 物體通過 1 計數(shù)點的速度 v1 m s 3 物體運動的 加速度 為 a m s2 例例 16 解 1 勻加速直線 s 常數(shù) 2 0 375m s 3 1 5m s2 例例 17 某同學設計了一個探究加速度 a 與物體所受合力 F 及質(zhì)量 m 關系的實驗 圖 a 為實驗裝置簡圖 交流電的頻率為 50Hz 1 圖 b 為某次實驗得到的紙帶 根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m s2 保留二位有 效數(shù)字 打點計時器 圖 1 5 12 5 74 6 37 6 98 7 60 8 24 8 85 9 47 單位 cm d1 d2 d3 0123 用心 愛心 專心11 2 保持砂和砂桶質(zhì)量不變 改變小車質(zhì)量 m 分別得到小車加速度 a 與質(zhì)量 m 及對應的 數(shù)據(jù)如下 m 1 表 實驗次數(shù)12345678 小車加速度 a m s 2 1 90 1 72 1 49 1 25 1 00 0 75 0 50 0 30 小車質(zhì)量 m kg 0 25 0 29 0 33 0 40 0 50 0 71 1 00 1 67 1 1 kg m 4 00 3 45 3 03 2 50 2 00 1 41 1 00 0 60 請在方格坐標紙中畫出圖線 并從圖線求出小車加速度 a 與質(zhì)量倒數(shù)之間的關系式是 m a 1 m 1 3 保持小車質(zhì)量不變 改變砂和砂桶質(zhì)量 該同學根據(jù)實驗 數(shù)據(jù)作出了加速度 a 隨合力 F 的變化圖線如圖 c 所示 該圖線不通過原點 其主要原因是 例例 17 解 1 a 3 2m s2 2 如圖所示 2 1 2 sm m a 作圖 3 分 結論 2 分 3 實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 例例 18 某同學在 探究當外力一定時 加速度和質(zhì)量的關系 的實驗時 得到下表中的實驗數(shù)據(jù) l 這位同學決定使用 a 一 1 m 圖象來處理這些數(shù)據(jù) 而不用 a 一 m 圖象來處理這些數(shù)據(jù)的原因是 2 請作出 a 一 1 m 圖象 根據(jù)作出的圖象 可以得到的結論是 用心 愛心 專心12 例例 18 解 1 a m 圖象是曲線 作圖誤差較大 2 過原點的一條直線 a 1 m 是直線 且過原點 作圖誤差小 例例 19 現(xiàn)要驗證 當合外力一定時 物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比 這一物理規(guī)律 給定的器材如下 一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面 如圖 小車 計時器一個 米尺 天平 砝碼 鉤碼若干 實驗步驟如下 不考慮摩擦力的影響 在空格中填入適當?shù)墓交蛭淖?1 用天平測出小車的質(zhì)量 m 2 讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2 記下所用的時間t 3 用米尺測量A1與A2之間的距離s 則小車的加速度 a 4 用米尺測量A1相對于A2的高度h 則小車所受的合外力 F 5 在小車中加鉤碼 用天平測出此時小車與鉤碼的總質(zhì)量 m 同時改變h 使m與h的乘積不變 測出小車從A1靜止開始 下滑到斜面底端A2所需的時間t 請說出總質(zhì)量與高度的乘積不 變的原因 6 多次測量m和t 以m為橫坐標 t2為縱坐標 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖 如能得到一條 線 則可驗證 當合外力一定時 物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比 這一規(guī)律 例例 19 解 2 2 t s s mgh 為了使各次測量中 小車所受的合外力不變 過原點的直線 例例 20 某同學設計了一個 探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關系 實驗 如圖a為實驗裝置簡圖 A 為小車 B 為電火花計時器 C 為裝有砝碼的小桶 D 為一端帶有定滑輪的長方形木板 實驗中認為細繩 對小車拉力F等于砝碼和小桶的總重量 小車運動加速度a可用紙帶上的打點求得 用心 愛心 專心13 1 圖 b 為某次實驗得到的紙帶 根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m s2 保留二位有效 數(shù)字 2 在 探究加速度與質(zhì)量的關系 時 保持砝碼和小桶質(zhì)量不變 改變小車質(zhì)量m 分別得到小車加 速度a與質(zhì)量m數(shù)據(jù)如下表 次 數(shù) 123456789 小車加速度 a m s 2 1 981 721 481 251 000 750 480 500 30 小車質(zhì)量m kg 0 250 290 330 400 500 710 751 001 67 根據(jù)上表數(shù)據(jù) 為直觀反映F不變時a與m的關系 請在圖c方格坐標紙中選擇 恰當物理量建立坐標系 并作出圖線 如有需要 可利用上表中空格 3 在 探究加速度與力的關系 時 保持小車的質(zhì)量不變 改變小桶中砝碼的 質(zhì)量 該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖d 該圖線不通過 坐標原點 試分析圖線不通過坐標原點的原因 答 例例 20 解 1 3 2m s2 2 見下圖 3 實驗前未平衡摩擦力 或平衡摩擦力不充分 d F a 0 D B A C a a ABEDC 6 196 707 217 72 單位 cm b a c 0 1 2 3 4 2 00 1 50 1 00 0 50 a m s 2 1 1 kg m 用心 愛心 專心14 例例 21 在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關系時 采用如圖所示的實驗裝置 小車及車中的砝碼 質(zhì)量用 M 表示 盤及盤中的砝碼質(zhì)量用 m 表示 小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打出的 點計算出 當 M 與 m 的大小關系滿足 時 才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重 力 一組同學在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定 探究加速度 與質(zhì)量的關系 以下做法錯誤的是 A 平衡摩擦力時 應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪 系在小車上 B 每次改變小車的質(zhì)量時 不需要重新平衡摩擦力 C 實驗時 先放開小車 再接通打點計時器電源 D 小車運動的加速度可用天平測出 m 以及小車質(zhì)量 M 直接用公式 m 求出 在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量 M 一定 探究加速度與所受合外力的關系時 由于平衡摩擦力時操作不當 二位同學得到的 關系分別如下圖 所示 是小車的加速度 是細線作用于小車的拉力 其原因分別是 圖 圖 例例 21 解解 ACD C 平衡摩擦力時 長木板的傾角過大了 D 沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小 6 探究動能定理探究動能定理 例例 22 08 廣東卷 廣東卷 13 分 某實驗小組采用圖所示的裝置探究 動能定理 圖中小車中可放置砝碼 實驗中 小車碰到制動裝置時 鉤碼尚未到達地面 打點針時器工作頻率為 50 Hz 1 實驗的部分步驟如下 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過打點計時器 連在小車后 端 用細線連接小車和鉤碼 將小車停在打點計時器附近 小 車拖動紙帶 打點計時器在紙帶上打下一列點 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量 更換紙帶 重復 的操作 用心 愛心 專心15 2 圖是鉤碼質(zhì)量為 0 03 kg 砝碼質(zhì)量為 0 02 kg 時得到的一條紙帶 在紙帶上選擇起始點 0 及 A B C D 和 E 五個計數(shù)點 可獲得各計數(shù)點到 0 的距離 5 及對應時刻小車的瞬時速度 v 請將 C 點的測 量結果填在表 1 中的相應位置 3 在上車的運動過程中 對于鉤碼 砝碼和小車組成的系統(tǒng) 做正功 做負功 4 實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖中的圖線 其中 v2 v2 v20 根據(jù)圖線可獲得的結論是 要驗證 動能定理 還需要測量的物理量是摩擦力是 表 1 紙帶的測量結果 例例 22 答案 1 接通電 源 釋放小車 斷開開關 2 5 06 0 49 3 鉤砝的重力 小車受摩擦阻力 4 小車初末速度的平方差與位移成正比 小車的質(zhì)量 例例 23 某興趣小組在做 探究做功和物體速度變化關系 的實驗前 提出了以下幾種猜想 W W 2 W 他們的實驗裝置如圖甲所示 PQ 為一塊傾斜放置的木板 在 Q 處固定一個速度傳感 器 用來測量物體每次通過 Q 點的速度 在剛開始實驗時 有位同學提出 不需要測出物體質(zhì)量 只要 測量點 S cm r m s 1 00 000 35 A1 510 40 B3 200 45 C D7 150 54 E9 410 60 用心 愛心 專心16 測出物體初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的讀數(shù)就行了 大家經(jīng)過討論采納了該同學的建 議 請你簡要說明為什么不需要測出物體的質(zhì)量 讓小球分別從不同高度無初速釋放 測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1 L2 L3 L4 讀出 小球每次通過 Q 點的速度 1 2 3 4 并繪制了如圖乙所示的L 圖象 若為了更直觀地看 出L和 的變化關系 他們下一步應怎么做 在此實驗中 木板與物體間摩擦力的大小會不會影響探究出的結果 為什么 例例 23 解 因為對物體做的功 W 與物體初始位置到測速器的距離 L 成正比 下一步應該繪制 L 2圖象 不會 1 分 摩擦力和重力的合力對物體做功也與距離 L 成正比 例例 24 某探究學習小組的同學欲驗證 動能定理 他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置 另外他們 還找到了打點計時器所用的學生電源 導線 復寫紙 紙帶 小木塊 細沙 當滑塊連接上紙帶 用細線 通過滑輪掛上空的小沙桶時 釋放小桶 滑塊處于靜止狀態(tài) 若你是小組中的一位成員 要完成該項實驗 則 1 你認為還需要的實驗器材有 2 實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重 力大小基本相等 沙和沙桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是 實驗時首先要做的步驟是 3 在 2 的基礎上 某同學用天平稱量滑塊的質(zhì)量 M 往沙桶中裝入適量的細沙 用天平稱出此時沙和沙桶 的總質(zhì)量 m 讓沙桶帶動滑塊加速運動 用打點計時器記錄其運動情況 在打點計時器打出的紙帶上取兩 點 測出這兩點的間距 L 和這兩點的速度大小 v1與 v2 v1 v2 則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為 用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量 例例 24 解 1 天平 刻度尺 2 沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量 平衡摩擦力 3 2 1 2 2 2 1 2 1 MvMvmgL 速度傳感器 P L O Q 圖甲 圖乙 水平實驗臺 滑輪 小沙桶 滑塊 細線 打點計時器 紙帶 長木板 用心 愛心 專心17 0 1 2 3 4 5 例例 25 某同學為探究 恒力做功與物體動能改變的關系 設計了如下實驗 他的操作步驟是 擺好實驗裝置如圖 將質(zhì)量為 200g 的小車拉到打點計時器附近 并按住小 車 在質(zhì)量為 10g 30g 50g 的三種鉤碼中 他挑選了一 個質(zhì)量為 50g 的鉤碼掛在拉線的掛鉤 P 上 釋放小車 打開電磁打點計時器的電源 打出一條紙 帶 1 在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條 經(jīng)測量 計算 得到如下數(shù)據(jù) 第一個點到第 N 個點的距離為 40 0cm 打下第 N 點時小車的速度大小為 1 00m s 該同學將鉤碼的重 力當作小車所受的拉力 算出 拉力對小車做的功為 J 小車動能的增量為J 2 此次實驗探究結果 他沒能得到 恒力對物體做的功 等于物體動能的增量 且誤差很大 顯然 在實驗探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素 請你根據(jù)該同學的實驗裝置和操作過程幫助分析一下 造 成較大誤差的主要原因是 例例 25 解解 1 0 196 0 1 2 小車質(zhì)量沒有遠大于鉤碼質(zhì)量 沒有平衡摩擦力 操作錯誤 先放小車后開電源 7 驗證機械能守恒定律 驗證機械能守恒定律 本實驗要求驗證自由下落過程中機械能守恒 圖示紙帶的左端是用夾子夾重物的一端 1 要多做幾次實驗 選點跡清楚 且第一 二兩點間距離接近 2mm 的紙帶進行測量 2 用刻度尺量出從 0 點到 1 2 3 4 5 各點的距離 h1 h2 h3 h4 h5 利用 勻變速直線運動中間 時刻的即時速度等于該段位移內(nèi)的平均速度 算出 2 3 4 各點對應的即時速度 v2 v3 v4 驗證與 2 3 4 各點對應的重力勢能減少量 mgh 和動能增加量是否相等 2 2 1 mv 3 由于摩擦和空氣阻力的影響 本實驗的系統(tǒng)誤差總是使 2 2 1 mvmgh 4 本實驗不需要在打下的點中取計數(shù)點 也不需要測重物的質(zhì)量 例例 26 在用落體法驗證機械能守恒定律時 某同學按照正確的操作選得紙帶如右 其中 O 是起始點 A B C 是打點計時器連續(xù)打下的 3 個點 該同學用毫米刻度 尺測量 O 到 A B C 各點的距離 并記錄在圖中 單位 cm 1 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是 應記 作 cm 9 51 15 7 12 42 小車 打點 計時器 紙帶 P 用心 愛心 專心18 2 該同學用重錘在 OB 段的運動來驗證機械能守恒 已知當?shù)氐闹亓铀俣?g 9 80m s2 他用 AC 段的 平均速度作為跟 B 點對應的物體的即時速度 則該段重錘重力勢能的減少量為 而動能的增加量 為 均保留 3 位有效數(shù)字 重錘質(zhì)量用 m 表示 這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量 動能的增加量 原因是 3 另一位同學根據(jù)同一條紙帶 同一組數(shù)據(jù) 也用重錘在 OB 段的運動來驗證機械能守恒 不過他數(shù)了 一下 從打點計時器打下的第一個點 O 數(shù)起 圖中的 B 是打點計時器打下的第 9 個點 因此他用 vB gt 計 算跟 B 點對應的物體的即時速度 得到動能的增加量為 這樣驗證時的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的 減少量 動能的增加量 原因是 例例 26 解 1 OC 15 70 2 1 22m 1 20m 大于 v 是實際速度 因為有摩擦生熱 減少的重力勢能一部分轉化為內(nèi)能 3 1 23m 小于 v 是按照自由落體計算的 對應的下落高度比實際測得的高度要大 例例 27 08 全國卷全國卷 1 6 分 如圖所示 兩個質(zhì)量各為 m1 和 m2 的小物塊 A 和 B 分別系在一條跨過 定滑輪的軟繩兩端 已知 m1 m2 現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律 1 若選定物塊 A 從靜止開始下落的過程中進行測量 則需要測量的物理量有 物塊的質(zhì)量 m1 m2 物塊 A 下落的距離及下落這段距離所用的時間 物塊 B 下落的距離及下落這段距離所用的時間 繩子的長度 2 為提高實驗結果的準確程度 某小組同學對此實驗提出以下建議 繩的質(zhì)量要輕 在 輕質(zhì)繩 的前提下 繩子越長越好 盡量保證物塊只沿豎直方向運動 不要搖晃 兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小 以上建議中確實對提高準確程度有作用的是 3 寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結果準確程度有益的建議 例例 27 解 解 1 或 2 3 例如 對同一高度進行多次測量取平均值 選取受 力后相對伸長盡量小的繩子 等等 解析 1 通過連結在一起的 A B 兩物體驗證機械能守恒定律 即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否 相等 A B 連結在一起 A 下降的距離一定等于 B 上升的距離 A B 的速度大小總是相等的 故不需 要測量繩子的長度和 B 上升的距離及時間 2 如果繩子質(zhì)量不能忽略 則 A B 組成的系統(tǒng)勢能將有 一部分轉化為繩子的動能 從而為驗證機械能守恒定律帶來誤差 若物塊搖擺 則兩物體的速度有差別 為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差 繩子長度和兩個物塊質(zhì)量差應適當 3 多次取平均值可減少測量誤差 繩子伸長量盡量小 可減少測量的高度的準確度 考點 驗證機械能守恒 點評 此題為一驗證性實驗題 要求根據(jù)物理規(guī)律選擇需要測定的物理量 運用實驗方法判斷如何減小 實驗誤差 掌握各種試驗方法是解題的關鍵 例例 28 在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中 使質(zhì)量為 m 1 00kg 的重物自由下落 打點計時器 在紙帶上打出一系列的點 選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示 O 為一個點 A B C 為從合適位置 開始選 取的三個連續(xù)點 其他點未畫出 已知打點計時器每隔 0 2 秒打一個點 當他的重力加速度為 用心 愛心 專心19 9 8m s2 那么 1 紙帶的 端 填 左 或 右 與重物相連 2 根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù) 應取圖中 O 點到 點來驗證機械能守恒定律 3 從 O 點到 2 間中所取的點 重物重力勢能的減少量 Ek 能動能增加 Ek 結果取 3 位有效數(shù)字 例例 28 解 1 左 2 B 3 1 88 1 84 例例 29 用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律 實驗所用的電源為學生電源 有交流電 頻率為 50Hz 和直流電兩種輸出 重錘從高處由靜止開始落下 重錘拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點 對紙帶上的點的進行測量 即可驗證機械能守恒定律 1 一同學按如下步驟進行實驗 A 用天平測量出重錘的質(zhì)量 B 按圖示的裝置安裝器件 C 將打點計時器接到電源的直流輸出端上 D 接通電源后釋放懸掛紙帶的夾子 打出一條紙帶 E 換用另外紙帶 重復步驟 D F 選取合適的紙帶 G 測量所選紙帶上某些點之間的距離 H 根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能和它增加的動能 比較二者是否相等 指出其中沒有必要進行的步驟是 操作不恰當?shù)牟襟E是 2 利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度數(shù)值 這位同學打出的紙帶如圖所示 A 點為打下的第一 個點 0 1 2 3 4 5 6 為連續(xù)的計數(shù)點 現(xiàn)測得 s1 s2 s3 s4 s5 s6分別為 4 03 cm 4 42 cm 4 80 cm 5 18 cm 5 57 cm 5 95 cm 請你根據(jù)這條紙帶推算此落體過程的加速度 a 為 m s2 保留三位有效數(shù)字 3 某同學根據(jù)第 2 問求的的加速度數(shù)值計算重力勢能的變化量 EP 進而驗證機械能守恒定律定律 試分析其合理性 例例 29 解 1 A C 用心 愛心 專心20 2 9 58 3 不合理 計算 EP取當?shù)氐闹亓铀俣?例例 30 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 1 選出一條紙帶如圖所示 其中 O 點為起始點 速度為零 A B c 為三個計數(shù)點 打點計時器通以 50Hz 交流電 用最小刻度為 mm 的刻度尺 測得 OA 11 13cm OB 17 69cm Oc 25 90Cm 在計 數(shù)點 A 和 B 之間 B 和 C 之間還各有一個點 重錘的質(zhì)量為 m 取 g 9 8m s2 根據(jù)以上數(shù)據(jù)當打點針 打到 B 點時 重錘的重力勢能比開始下落時減小了 這時它的動能是 論是 在忽略誤差的情況下 重錘 的機械能守恒 為增加該實驗小組實驗結果的可靠性 你認為應 該 2 該同學從實驗結果發(fā)現(xiàn) 當使用鉤碼拉動紙帶下落時 加速度 比實際的重力加速度小 為了有效地縮小這個實驗測得的加速度與實際的重力加速度之差 請你提出一個 有效的改進方法 3 本實驗得到的數(shù)據(jù)與機械能守恒存在一定的差距 你在實驗中遇到這種情況時處理的做法是 例例 30 解 1 1 734m 1 704m 說明 本小題中若學生計算誤差不大 均給全分 2 2 分 可以重復進行多次 實驗或在一次下落過程