浙江2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十四章實(shí)驗(yàn)與探究第2講力學(xué)實(shí)驗(yàn)二學(xué)案.docx

第2講力學(xué)實(shí)驗(yàn)(二)實(shí)驗(yàn)4：研究平拋運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)原理平拋運(yùn)動(dòng)可以看作是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)：一個(gè)是水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng).令小球做平拋運(yùn)動(dòng)，利用描點(diǎn)法描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，即小球做平拋運(yùn)動(dòng)的曲線，建立坐標(biāo)系.測(cè)出曲線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，根據(jù)重力加速度g的數(shù)值，利用公式y(tǒng)gt2求出小球飛行時(shí)間t，再利用公式xvt，求出小球的水平分速度vx，即為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度.二、實(shí)驗(yàn)裝置圖及器材如圖1所示，圖1斜槽、小球、木板、坐標(biāo)紙、圖釘、重垂線、直尺、三角板、鉛筆等.三、實(shí)驗(yàn)過程1.安裝斜槽軌道，使其末端保持水平.2.將坐標(biāo)紙固定在木板上，使木板保持豎直狀態(tài)，小球的運(yùn)動(dòng)軌跡與板面平行，坐標(biāo)紙方格橫線呈水平方向.3.以斜槽末端為坐標(biāo)原點(diǎn)沿重垂線畫出y軸.4.讓小球從斜槽上適當(dāng)?shù)母叨扔伸o止釋放，用鉛筆記錄小球做平拋運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的位置.5.重復(fù)步驟4，在坐標(biāo)紙上記錄多個(gè)位置.6.在坐標(biāo)紙上作出x軸，用平滑的曲線連接各個(gè)記錄點(diǎn)，得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.7.在軌跡上取幾個(gè)點(diǎn)，使這些點(diǎn)在水平方向間距相等，研究這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)y隨時(shí)間變化的規(guī)律.四、注意事項(xiàng)1.斜槽末端的切線必須水平.2.木板必須處在豎直面內(nèi)且與小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在的豎直平面平行，并使小球的運(yùn)動(dòng)靠近木板但不接觸.3.坐標(biāo)原點(diǎn)(小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn))不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球在槽口時(shí)球的球心在木板上的水平投影點(diǎn).4.如果是用白紙，則應(yīng)以小球在槽口時(shí)球的球心在木板上的水平投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在斜槽末端懸掛重垂線，先根據(jù)重垂線方向確定y軸方向，再用直角三角板畫出水平線作為x軸，建立直角坐標(biāo)系.5.每次小球應(yīng)從斜槽上的同一位置由靜止開始滾下.6.在平拋軌跡上選取距O點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)來計(jì)算球的初速度，這樣可使結(jié)果的誤差較小.例1(2017浙江4月選考17)在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，(1)圖2是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的_.圖2A.球心B.球的上端C.球的下端在此實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是_.(多選)A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D.y軸的方向根據(jù)重垂線確定(2)圖3是利用實(shí)驗(yàn)裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是_.圖3A.釋放小球時(shí)初速度不為0B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平(3)下圖是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的是_.答案(1)BBD(2)C(3)B解析(1)因用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)來確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，故坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的球的上端，所以選B.實(shí)驗(yàn)過程中，斜槽不一定光滑，只要能夠保證從同一位置由靜止釋放，即使軌道粗糙，摩擦力做功是相同的，離開斜槽末端的速度就是一樣的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，記錄的點(diǎn)適當(dāng)多一些，能夠保證描點(diǎn)平滑，選項(xiàng)B正確；作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作曲線上，不在曲線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布在所作曲線兩側(cè)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；y軸必須是豎直方向的，即用重垂線確定，選項(xiàng)D正確.(2)由題圖可知斜槽末端切線不水平，才會(huì)造成小球做斜拋運(yùn)動(dòng)，故選C.(3)插入瓶中的另一根吸管使得瓶中壓強(qiáng)與外界氣壓相等，目的就是為了保證水流流速不受瓶?jī)?nèi)水面下降而減小，能保證水面下降的一段時(shí)間內(nèi)，得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，所以選B.變式1研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示.圖4(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次須將小球從軌道_(填字母).A.同一位置釋放B.不同位置無初速度釋放C.同一位置無初速度釋放(2)上述操作的目的是使小球拋出后_(填字母).A.只受重力B.軌跡重合C.做平拋運(yùn)動(dòng)D.速度小些，便于確定位置(3)實(shí)驗(yàn)中已測(cè)出小球半徑為r，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)位置應(yīng)是_(填字母).A.斜槽末端O點(diǎn)B.斜槽末端O點(diǎn)正上方r處C.斜槽末端O點(diǎn)正前方r處D.斜槽末端O點(diǎn)正上方r處在豎直木板上的投影點(diǎn)答案(1)C(2)B(3)D變式2某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)裝置如圖5甲所示，A是一塊平面木板，在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(如圖6甲中P0P0、P1P1、)，槽間距離均為d.把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在硬板B上.實(shí)驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌的同一位置由靜止釋放.每打完一點(diǎn)后，把B板插入后一槽中并同時(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d.實(shí)驗(yàn)得到的小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)如圖乙所示.圖5(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到_.每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了_.(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了_.(3)在圖乙中繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.答案(1)斜軌末端切線水平、A板水平、插槽P0P0垂直斜軌并在斜軌末端正下方使小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度都相同(2)使記錄紙上每?jī)牲c(diǎn)之間的水平距離相等(3)見解析圖解析(1)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)的目的：使斜軌末端切線水平，以保證小球離開軌道時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)；使A板水平，保證B板總處于同一高度；使插槽P0P0垂直斜軌并在斜軌末端正下方，以保證B板在P0P0時(shí)小球的痕跡為拋出點(diǎn).每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了保證小球每次以相同初速度做平拋運(yùn)動(dòng).(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了使記錄紙上每?jī)牲c(diǎn)間的水平距離相等.(3)如圖所示.變式3圖6是“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，通過描點(diǎn)畫出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡.圖6(1)以下是實(shí)驗(yàn)過程中的一些做法，其中合理的有_.A.安裝斜槽軌道，使其末端保持水平B.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇C.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放D.為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，描繪的點(diǎn)可以用折線連接(2)實(shí)驗(yàn)得到平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，在軌跡上取一些點(diǎn)，以平拋起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，測(cè)量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，下列圖中yx2圖象能說明平拋小球運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是_.(3)圖7中是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出的平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，O為平拋的起點(diǎn)，在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C，測(cè)得A、B兩點(diǎn)豎直坐標(biāo)y1為5.0cm、y2為45.0cm，A、B兩點(diǎn)水平間距x為40.0cm.則平拋小球的初速度v0為_m/s，若C點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y3為60.0 cm，則小球在C點(diǎn)的速度vC為_ m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，g取10m/s2)圖7答案(1)AC(2)C(3)2.04.0解析(1)斜槽末端要保持水平，使小球飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)正確；要使每次小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同，則每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；描繪軌跡時(shí)應(yīng)用平滑曲線連接各點(diǎn)，D項(xiàng)錯(cuò)誤.(2)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)，水平位移xv0t，豎直位移ygt2，聯(lián)立上述兩式得yx2，故yx2圖線應(yīng)為直線，故選C.(3)由ygt2解得，從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A、B、C各點(diǎn)的時(shí)間分別為t10.1s、t20.3s、t3s，則平拋初速度v02.0m/s，在C點(diǎn)速度vC4.0m/s.實(shí)驗(yàn)5：探究做功與物體速度變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理1.不直接測(cè)量對(duì)小車做的功，用改變橡皮筋的條數(shù)確定對(duì)小車做的功為W0、2W0、3W02.作出Wv、Wv2圖象，分析圖象，尋求橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得速度的關(guān)系.二、實(shí)驗(yàn)裝置圖及器材圖8橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、釘子、薄木片.三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖8組裝好實(shí)驗(yàn)器材，由于小車在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力.2.先用一條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把橡皮筋拉伸一定長(zhǎng)度，理順紙帶，接通電源，放開小車.3.換用紙帶，改用2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都相同.4.由紙帶算出小車獲得的速度，把第1次實(shí)驗(yàn)獲得的速度記為v1，第2次、第3次記為v2、v35.對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，然后以W為縱坐標(biāo)，以v2(或v、v3、)為橫坐標(biāo)作圖.四、數(shù)據(jù)處理1.測(cè)量小車的速度：為探究橡皮筋彈力做功和小車速度變化的關(guān)系，需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，由紙帶可求得.2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析(1)觀察法：當(dāng)橡皮筋的條數(shù)成倍增加，即合外力做的功成倍增加時(shí)，觀察小車的速度或速度的平方如何變化，有何變化規(guī)律.(2)圖象法：在坐標(biāo)紙上畫出Wv或Wv2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位).3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象可知做功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2.五、注意事項(xiàng)1.平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡.方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角.2.測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選點(diǎn)跡均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分.3.橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的.力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值.4.小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些.例2如圖9甲所示，在“探究做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，主要過程如下：A.設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、；B.分析紙帶，求出橡皮筋做功使小車獲得的速度v1、v2、v3、；C.作出Wv圖象；D.分析Wv圖象.如果Wv圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W等關(guān)系.(1)實(shí)驗(yàn)中得到一條如圖乙所示的紙帶，求小車獲得的速度應(yīng)選_(選填“AB”或“CD”)段來計(jì)算.圖9(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的有_.A.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加B.通過改變小車質(zhì)量可以改變橡皮筋對(duì)小車做的功C.每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必需保持一致D.先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(3)在該實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，紙帶足夠長(zhǎng)，點(diǎn)跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距的點(diǎn)，造成這種情況的原因可能是_.(寫出一條即可)答案(1)CD(2)ACD(3)沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過小解析(1)由題圖乙知：在AB之間，由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離不斷增大，而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔相同時(shí)間打一個(gè)點(diǎn)，所以小車做加速運(yùn)動(dòng).在CD之間相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距相等，說明小車做勻速運(yùn)動(dòng).小車離開橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選用CD段紙帶來計(jì)算小車的速度v.(2)該實(shí)驗(yàn)中利用相同橡皮筋形變量相同時(shí)對(duì)小車做功相同，通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加，故A正確，B錯(cuò)誤；為保證每根橡皮筋對(duì)小車做功一樣多，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必需保持一致，故C正確；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)先接通電源后釋放紙帶，故D正確.(3)在該實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，紙帶足夠長(zhǎng)，點(diǎn)跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距的點(diǎn)，造成這種情況的原因可能是沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過小.變式4(2018臺(tái)州市3月選考模擬)在“探究做功與小車速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小張用如圖10所示裝置進(jìn)行探究.圖10(1)下列說法正確的是_.A.該方案需要平衡摩擦力B.該方案需要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.該方案操作時(shí)細(xì)繩應(yīng)該與木板平行D.該方案處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)選擇勻速時(shí)的速度(2)小張同學(xué)正確操作后獲得了一條紙帶，如圖11所示(截取了部分紙帶)，電火花計(jì)時(shí)器打“3”點(diǎn)時(shí)，小車的速度為_m/s.(電火花計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖11(3)小張同學(xué)繼續(xù)正確完成了該實(shí)驗(yàn)的其他操作，并繪制了Wv圖象，最有可能的是下列圖象中的_.答案(1)ABC(2)0.33(0.320.34均可)(3)C變式5(2018寧波市重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)在“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，有如下兩種參考方案：圖12(1)小張同學(xué)采用了如圖12甲所示的實(shí)驗(yàn)方案(說明：實(shí)驗(yàn)中橡皮筋型號(hào)相同)關(guān)于橡皮筋做功，下列說法正確的是_.A.橡皮筋做功的具體值可以直接測(cè)量B.橡皮筋在小車運(yùn)動(dòng)的全過程中始終做功C.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加D.若橡皮筋伸長(zhǎng)量變?yōu)樵瓉淼?倍，則橡皮筋做功也增加為原來的2倍在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)如圖13所示，點(diǎn)與點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，由圖可知，D點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為_cm，請(qǐng)求出此次橡皮筋做功后小車最終獲得的速度為_m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).圖13(2)小陳同學(xué)采用如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)方案除圖示器材外，他還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙、刻度尺，你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有_.小車在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)受到摩擦阻力的作用，實(shí)驗(yàn)中，可以使導(dǎo)軌適當(dāng)傾斜來平衡小車受到的摩擦阻力，則為了判斷是否已經(jīng)平衡了摩擦阻力，下面操作正確的是_.A.將小車輕輕放在導(dǎo)軌上，放開小車后，小車能夠沿導(dǎo)軌下滑B.將小車輕輕放在導(dǎo)軌上，然后輕推小車，小車能夠沿導(dǎo)軌勻速下滑C.將連好紙帶的小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置，放手后小車能夠沿導(dǎo)軌下滑D.將連好紙帶的小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置，放手后輕推小車，小車能夠沿導(dǎo)軌勻速下滑答案(1)C4.10(4.100.02均可)1.10(1.100.02均可)(2)天平D變式6某學(xué)習(xí)小組利用如圖14所示的裝置探究做功與物體速度變化的關(guān)系.圖14(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門之間的距離s_cm.(2)測(cè)量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時(shí)間t1和t2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是_.(3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？_(填“是”或“否”).答案(1)50.0(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量(3)否解析(1)光電門1處刻度尺讀數(shù)為23.0cm，光電門2處刻度尺讀數(shù)為73.0cm，故兩光電門之間的距離s73.0cm23.0cm50.0cm.(2)由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度，滑塊通過光電門1的速度為v1，滑塊通過光電門2的速度為v2，根據(jù)功能關(guān)系知需要驗(yàn)證的關(guān)系式為FsMv22Mv12M()2M()2，可見還需要測(cè)量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量.(3)該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用拉力傳感器測(cè)出繩子拉力大小，沒有將砝碼和砝碼盤的重力作為滑塊受到的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量.實(shí)驗(yàn)6：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)原理1.在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的動(dòng)能與重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變.若某一時(shí)刻物體下落的瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則應(yīng)有mghmv2.借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)出重物某時(shí)刻的下落高度h和該時(shí)刻的瞬時(shí)速度v，即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.2.測(cè)定第n點(diǎn)的速度的方法：vn或vn.二、實(shí)驗(yàn)裝置圖圖15三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖15安裝實(shí)驗(yàn)器材，電源接學(xué)生電源，并將輸出電壓調(diào)至46V交流.接通電源前，用手提升紙帶至重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落.關(guān)閉電源，取下紙帶備用.3.重復(fù)步驟2兩次.4.取點(diǎn)跡清晰，且第一、二點(diǎn)距離接近2mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量.先將第一點(diǎn)記為0點(diǎn)，然后在紙帶上任取5個(gè)連續(xù)的點(diǎn)(或間隔點(diǎn)數(shù)相同的點(diǎn))，如圖16所示.圖165.驗(yàn)證0點(diǎn)到2點(diǎn)過程機(jī)械能守恒的方程為：mgh2m2，其中T為1點(diǎn)到2點(diǎn)(或2點(diǎn)到3點(diǎn))之間的時(shí)間間隔，如果在誤差允許的范圍內(nèi)等式成立，那么實(shí)驗(yàn)就是成功的.同理，可以驗(yàn)證0點(diǎn)到3點(diǎn)過程、0點(diǎn)到4點(diǎn)過程的機(jī)械能是否守恒.6.拆下器材，放回原處.四、數(shù)據(jù)處理1.測(cè)量計(jì)算在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在某點(diǎn)以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3利用公式vn計(jì)算出點(diǎn)2、點(diǎn)3的瞬時(shí)速度v2、v32.驗(yàn)證守恒方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算，代入ghn和vn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghnvn2，則機(jī)械能守恒.方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算.任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB.算出vB2vA2的值.在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，如果ghABvB2vA2，則機(jī)械能守恒.方法三：圖象法.從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線，若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒.五、注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝，紙帶沿豎直方向拉直.2.重物要選用密度大、體積小的物體，以減小阻力.3.先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶.4.測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起始點(diǎn)算起，為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不宜過長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在6080cm之內(nèi).5.速度不能用vngtn或vn計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能就一定守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用vngtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇翱諝庾枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算.同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hngtn2或hn計(jì)算得到.例3(2018溫州市期中)利用如圖17所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn).圖17(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，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)(2)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖18所示的一條紙帶.在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢(shì)能減少量Ep_，動(dòng)能增加量Ek_.圖18(3)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是_.A.利用公式vgt計(jì)算重物速度B.利用公式v計(jì)算重物速度C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D.沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(4)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒.在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒.請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確_.答案(1)AB(2)mghB(3)C(4)不正確，還需要近一步判斷圖象的斜率是否接近2g解析(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源，需選用刻度尺測(cè)出紙帶上任意兩點(diǎn)間的距離，表示重物下落的高度，等式兩邊都含有相同的質(zhì)量，所以不需要天平稱質(zhì)量，故選A、B.(2)由開始釋放到打B點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能減少量為：EpmghB；B點(diǎn)的速度為：vB，所以動(dòng)能增加量為：EkmvB2；(3)由于紙帶在下落過程中，重物和空氣之間存在阻力，紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦力，所以減小的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，還有一部分要克服空氣阻力和摩擦阻力做功，故重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，故C選項(xiàng)正確；(4)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確.在重物下落h的過程中，若阻力Ff恒定，根據(jù)mghFfhmv20可得：v22(g)h，則此時(shí)v2h圖象就是過原點(diǎn)的一條直線.所以要想通過v2h圖象的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖象的斜率是否接近2g.變式7在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m200g的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖19所示.O為紙帶下落的起始點(diǎn)，A、B、C為紙帶上選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔T0.02s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間9.8m/s2.圖19 (1)計(jì)算B點(diǎn)瞬時(shí)速度時(shí)，甲同學(xué)用vB22gxOB，乙同學(xué)用vB.其中所選擇方法正確的是_(填“甲”或“乙”)同學(xué).(2)丙同學(xué)想根據(jù)紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算重物和紙帶下落過程中所受的阻力，為此他計(jì)算出紙帶下落的加速度為_m/s2，從而計(jì)算出阻力Ff_N.(3)若丁同學(xué)不慎將上述紙帶從OA之間扯斷，他僅利用A點(diǎn)之后的紙帶能否實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的目的？_.(填“能”或“不能”)答案(1)乙(2)9.50.06(3)能解析(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)不能用vB22gxOB求速度，只能根據(jù)求瞬時(shí)速度值，所以乙同學(xué)選擇的方法正確.(2)根據(jù)xaT2，可求出a，代入數(shù)據(jù)解得a9.5m/s2，由mgFfma解得，阻力Ff0.06N.(3)根據(jù)mghmv22mv12可知，可以利用A點(diǎn)之后的紙帶驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即能實(shí)現(xiàn).變式8如圖20甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、刻度尺、天平.回答下列問題：圖20(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的一個(gè)器材是_.A.螺旋測(cè)微器B.秒表C.多用電表D.交流電源(2)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟，其中操作不當(dāng)?shù)囊粋€(gè)步驟是_.A.調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔在同一豎直線上B.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件C.先釋放紙帶，后接通電源D.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離(3)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值.根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖乙所示.使用交流電的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式為a_(用x1、x2、x3、x4及f表示).答案(1)D(2)C(3)解析(1)通過打點(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，不需要螺旋測(cè)微器和多用電表，故選D.(2)不當(dāng)?shù)牟襟E是C，應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶.(3)根據(jù)逐差法，a1，a2，則a.變式9如圖21甲所示為用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置.(1)若已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80m/s2，重物質(zhì)量為0.2kg.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示，打P點(diǎn)時(shí)，重物的速度為零，A、B、C為另外3個(gè)連續(xù)點(diǎn)，根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可知重物由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量Ep_J.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖21(2)若PB的距離用h表示，打B點(diǎn)時(shí)重物的速度為vB，當(dāng)兩者間的關(guān)系式滿足_時(shí)，說明下落過程中重物的機(jī)械能守恒.(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)重物增加的動(dòng)能略小于減少的重力勢(shì)能，其主要原因是_.A.重物的質(zhì)量過大B.重物的體積過小C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔連線為豎直D.重物及紙帶在下落時(shí)受到阻力答案(1)9.82102(2)vB22gh (3)D解析(1)重力勢(shì)能減少量：Epmgh0.29.800.0501J9.82102J.(2)要驗(yàn)證重物從P到B的過程中機(jī)械能守恒，則需滿足mvB2mgh，即vB22gh.(3)重物的質(zhì)量過大，重物和紙帶受到的阻力相對(duì)較小，所以有利于減小誤差，故A錯(cuò)誤；重物的體積過小，有利于減小阻力，所以有利于減小誤差，故B錯(cuò)誤；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩個(gè)限位孔豎直時(shí)，可以減少摩擦帶來的影響，有利于減小誤差，故C錯(cuò)誤；重物及紙帶在下落時(shí)受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做負(fù)功，重力勢(shì)能除了轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以重物增加的動(dòng)能略小于減少的重力勢(shì)能，故D正確.1.(2016浙江4月選考17)(1)在下列學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，需要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)有_(填字母).A.“探究求合力的方法”B.“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”C.“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”D.“探究作用力與反作用力的關(guān)系”(2)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，已有鐵架臺(tái)、鐵夾、電源、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，還必須選取的器材是圖中的_(填字母).某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，在重物的正下方地面鋪海綿；調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔連線為豎直；重復(fù)多次實(shí)驗(yàn).以上操作可減小實(shí)驗(yàn)誤差的是_(填序號(hào)).答案(1)BC(2)BD解析(1)A選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺；D選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器無關(guān).(2)需要B重物，需要D刻度尺測(cè)量下落距離；可以減小摩擦帶來的影響；可以減小偶然誤差.2.(1)某同學(xué)課外研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是_.A.應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置由靜止滑下B.斜槽軌道必須光滑C.斜槽軌道末端可以不水平D.要使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動(dòng)，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出水平和豎直方向上的兩組物理量Q和S，其數(shù)值如下表，Q和S的單位相同，但沒有記下哪組是水平，哪組是豎直的.(取g10m/s2)Q0.000.100.200.300.400.50S0.000.050.200.450.801.25上表中Q表示的物理量是_；S表示的物理量是_.若上表中Q和S用的都是國(guó)際單位制中的單位，則平拋物體的水平初速度為_.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)答案(1)AD(2)水平位移豎直位移1.0m/s解析(1)為了能畫出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，首先保證小球做的是平拋運(yùn)動(dòng)，所以斜槽軌道不一定要光滑，但末端必須是水平的，同時(shí)要讓小球總是從同一位置由靜止釋放，這樣才能找到同一運(yùn)動(dòng)軌跡上的幾個(gè)點(diǎn)，然后將這幾個(gè)點(diǎn)平滑連接起來，要使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動(dòng)，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤.(2)平拋運(yùn)動(dòng)的物體水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，位移與時(shí)間成正比，Q表示水平位移，S為豎直位移.由于物體在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，故在豎直方向有hgT2，解得Ts0.1s，則初速度v0m/s1.0 m/s.3.用如圖1所示的裝置完成“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)：圖1(1)除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘、白紙之外，下列器材中還需要的是_.A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B.秒表C.重垂線D.天平E.彈簧測(cè)力計(jì)(2)下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是_.A.斜槽末端可以不水平B.建立坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)該用重垂線確定y軸C.應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置由靜止滑下D.在描繪小球運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí)，應(yīng)該用一條折線把所有的點(diǎn)都連接起來(3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)紙上描出了小球水平拋出后的一段運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2所示，圖中水平方向與豎直方向每小格的長(zhǎng)度均代表0.10m，小球在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置如圖中的a、b、c所示，則小球從a運(yùn)動(dòng)到b所用的時(shí)間為t_s，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0_m/s.(g取10 m/s2，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖2答案(1)C(2)BC(3)0.102.0解析(1)還需要重垂線，用于確定y軸，C正確.(2)斜槽末端保持水平，使得小球離開斜槽后做平拋運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；建立坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)該用重垂線確定y軸，B正確；應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置由靜止滑下，使得到達(dá)斜槽末端時(shí)的初速度相同，平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡相同，C正確；在描繪小球運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí)，用平滑曲線連接，D錯(cuò)誤.(3)根據(jù)ygT2，解得Ts0.10s，則初速度v0m/s2.0 m/s.4.甲同學(xué)準(zhǔn)備做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn).乙同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn).丙同學(xué)準(zhǔn)備做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，如圖3.圖3(1)甲同學(xué)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源相接，應(yīng)接_交流電源.(選填“高壓”或“低壓”)(2)關(guān)于甲、乙兩同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是_(填字母代號(hào))A.甲同學(xué)可以利用紙帶上任意兩計(jì)時(shí)點(diǎn)的距離求所需速度B.甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過改變小車的釋放位置來探究做功與速度變化的關(guān)系C.乙同學(xué)可以利用vgt求出某計(jì)時(shí)點(diǎn)的瞬時(shí)速度D.乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器釋放的目的是為了獲取更多的計(jì)時(shí)點(diǎn)(3)三個(gè)同學(xué)正確實(shí)驗(yàn)操作后獲得了一條紙帶，圖4是某位同學(xué)實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分(單位：cm)，紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有畫出，所用電源頻率為50Hz.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打“3”點(diǎn)時(shí)，小車的速度為_m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).通過分析可得出：這條紙帶是_同學(xué)得到的；以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)中必須要平衡摩擦力的是_同學(xué)的實(shí)驗(yàn)(以上兩空請(qǐng)?zhí)睢凹住?、“乙”或“丙?.圖4答案(1)低壓(2)D(3)0.23丙甲5.(1)用圖5所示裝置做“探究做功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的測(cè)量工具有_(填字母)；圖5A.秒表B.天平C.刻度尺D.彈簧測(cè)力計(jì)(2)用圖6所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，釋放重物前有下列操作，其中正確的是_(填字母)；圖6A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔調(diào)節(jié)到同一豎直線上B.手提紙帶任意位置C.使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(3)圖7是小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，其上覆蓋了一張透明方格紙.已知方格紙每小格的邊長(zhǎng)均為0.80cm.由圖可知小球的初速度大小為_m/s(g取10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).圖7答案(1)C(2)AC(3)0.70解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，只需證明速度的平方和橡皮筋數(shù)量成正比即可，故只需刻度尺，所以選C項(xiàng).(2)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，需要保持紙帶豎直，需要將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔調(diào)節(jié)到同一豎直線上，重物盡可能靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，這樣就可以多打點(diǎn)，在處理紙帶時(shí)，增大了有效部分紙帶的長(zhǎng)度，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率，所以A、C正確.(3)根據(jù)hgt2，即20.8102m10m/s2t2，解得t0.04s，由v0可知v0m/s0.70 m/s.6.“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示.圖8圖9(1)甲同學(xué)按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟操作后，選出一條紙帶如圖9所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn).從紙帶上A點(diǎn)開始每隔一個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，取