2024屆高考物理三輪沖刺精微專題－第02講 彈簧、橡皮條類實驗等

第頁（共4頁）第2講彈簧、橡皮條類實驗等1．掌握彈簧、橡皮筋類測量彈力的大小問題；2．掌握利用平拋運動規(guī)律驗證碰撞、守恒類問題；3．掌握探究向心力大小與半徑、加速度、質(zhì)量的關系的數(shù)據(jù)處理方法；考向1“彈簧、橡皮條”類實驗1．實驗類型實驗探究彈簧彈力和形變量的關系探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律圖示注意事項(1)實驗中不能掛過多的鉤碼，防止彈簧超過彈性限度；(2)畫圖像時，不要連成“折線”，而應讓盡量多的數(shù)據(jù)點坐落在直線上或均勻分布在直線兩側(1)每次拉伸后結點O的位置必須保持不變；(2)記下每次各力的大小和方向；(3)畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕?．“探究彈簧彈力與形變量的關系”實驗的兩點注意（1）對“探究彈簧彈力與形變量的關系”的實驗題目，不要忽視彈簧自身重力對實驗的影響，若實驗時彈簧豎直懸掛，形變量應是總長度減去彈簧不掛鉤碼時豎直懸掛的長度，而不是減去水平放置時的長度。（2）F-x和F-l圖線的特點（x為彈簧形變量，l為彈簧長度）①F-x圖線為一條過原點的直線，而F-l圖線為一條傾斜直線，但不過原點，在l軸上的截距表示彈簧的原長。②F-x圖線和F-l圖線的斜率均表示彈簧的勁度系數(shù)。③F-x圖線和F-l圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧超出了彈性限度。3．“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗的基本思路在誤差允許的范圍內(nèi)，保證兩個力的作用效果同第三個力的作用效果相同。[例1]（2023·陜西·校聯(lián)考一模）如圖所示的實驗裝置可以用來驗證機械能守恒定律，彈簧上端連接一個力傳感器，力傳感器固定在鐵架臺橫梁上，彈簧下端連接一枚鋼球。鋼球上固定一個擋光片，鋼球和擋光片總質(zhì)量為m。調(diào)整兩個光電門的位置，使得鋼球由靜止釋放后能夠通過光電門A和光電門B。測出光電門A、B與彈簧自然狀態(tài)時最下端距離分別為、，重力加速度g。（1）用螺旋測微器測量光電門擋光片厚度如圖所示，則光電門擋光片厚度．（2）實驗過程中測得遮光片經(jīng)過光電門A、B時力傳感器的讀數(shù)分別為、，遮光片經(jīng)過光電門A、B時的擋光時間分別為、，若則表明小球從A到B過程動能（填“增加”或“減少”）（3）小球從光電門A運動到光電門B的過程中，由于彈簧彈力與伸長量成正比，可用平均力計算克服彈力所做的功；然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出小球機械能減少量，比較W和，若兩者在誤差范圍內(nèi)近似相等，則小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒?！敬鸢浮?.040/2.041增加【詳解】（1）[1]螺旋測微器的分度值為，則遮光片厚度為由于最后一位是估讀，所以讀數(shù)為或均可。（2）[2]鋼球經(jīng)過光電門的速度為擋光片的寬度，因為擋光時間，所以鋼球經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度，所以小球從A到B，動能增加了。（3）[3]小球從光電門A運動到光電門B的過程中，彈性勢能改變量 考向2平拋類實驗1．在“探究平拋運動的特點”實驗、“驗證動量守恒定律”實驗中，以及一些創(chuàng)新性實驗的步驟中涉及平拋運動過程的實驗中，涉及平拋運動過程的處理方法是正交分解，水平方向按勻速直線運動的規(guī)律處理，豎直方向按自由落體運動的規(guī)律處理。2．“探究平拋運動的特點”實驗的操作關鍵（1）應保持斜槽末端的切線水平，釘有坐標紙的木板豎直，并使小鋼球的運動靠近坐標紙但不接觸。（2）小鋼球每次必須從斜槽上同一位置無初速度滾下，斜槽的粗糙程度對該實驗沒有影響，在斜槽上釋放小鋼球的高度應適當，使小鋼球以合適的水平初速度拋出。（3）坐標原點（小鋼球做平拋運動的起點）不是槽口的端點，應是小鋼球在槽口時球心在坐標紙上的水平投影點。3．[例2]（2023·江蘇·高三江蘇省高郵中學期中）某校同學們分組進行碰撞的實驗研究。（1）第一組利用氣墊導軌通過頻閃照相進行探究碰撞中的不變量這一實驗，甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥。若要求碰撞動能損失最小測應選下圖中的__________（填“甲”或“乙”）；（2）第二組同學用如圖所示的實驗裝置“驗證動量守恒定律”。實驗裝置如圖所示，a、b是兩個半徑相等的小球，按照以下步驟進行操作：①在平木板表面釘上白紙和復寫紙，并將該木板豎直立于緊靠槽口處，將小球a從斜槽軌道上固定點處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；②將木板水平向右移動一定距離并固定，再將小球a從固定點處由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡B；③把小球b靜止放在斜槽軌道水平末端，讓小球a仍從固定點處由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C。Ⅰ.若碰撞過程中沒有機械能損失，為了保證在碰撞過程中a球不反彈，a、b兩球的質(zhì)量、間的關系是________（選填“>”“=”或“<”）Ⅱ.為完成本實驗，必須測量的物理量有__________。A．小球a開始釋放的高度hB．木板水平向右移動的距離lC．a(chǎn)球和b球的質(zhì)量、D．O點到A、B、C三點的距離y1、y2、y3Ⅲ.在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若碰撞過程動量守恒，其關系式應為________。（3）第三組利用頻閃照片法去研究。某次實驗時碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運動并發(fā)生碰撞，利用頻閃照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的照片如圖所示。已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0到的范圍內(nèi)，且第1閃光時，滑塊A恰好位于處，若A，B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則A、B兩滑塊質(zhì)量比__________?！敬鸢浮?/p>

甲

＞

CD

2：3【解析】（1）乙圖中由于裝與撞針和橡皮泥，則兩物體相碰時成為一體，機械能的損失最大；而甲圖中采用彈性圈，二者碰后即分離，此種情況下，機械能的損失最小，機械能幾乎不變。若要求碰撞動能損失最小，應選圖甲。（2）Ⅰ.實驗中為了防止入射球反彈，故要求入射球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量，故答案為；Ⅱ.a、b兩球碰撞前后做平拋運動，有解得不放b時，小球a的痕跡為B，放上b后，小球a的痕跡為C，小球b的痕跡為A，碰撞過程動量守恒，以向右為正方向，由動量守恒定律得整理得則需要測量的物理量為：a球和b球的質(zhì)量、；O點到A、B、C三點的距離y1、y2、y3；。故選CD。（3）由圖可知，滑塊A碰前的速度大小為其中，由于閃光4次，滑塊B只有兩幅照片，說明碰撞位置在60.0cm處，根據(jù)圖像可知，碰撞后，滑塊A反彈；碰撞后，滑塊B，由于滑塊A第3次閃光照片距離碰撞位置距離為10.0cm，說明第3次閃光到碰撞歷時為，即碰撞后兩滑塊運動到第4次閃光歷時為則碰后滑塊A的速度大小為碰后滑塊B的速度大小為根據(jù)動量守恒定律有解得考向3單擺實驗用單擺測量重力加速度的大小1.保證懸點固定2.單擺必須在同一平面內(nèi)振動，且擺角小于5°3.擺長l＝懸線長l′＋小球半徑r4.用T＝eq\f(t,n)計算單擺的周期1.利用公式g＝eq\f(4π2l,T2)求重力加速度2.作l－T2的圖像，可利用斜率求重力加速度[例3](2023·新課標卷·23)一學生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。(1)用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先，調(diào)節(jié)螺旋測微器，擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時，發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊，如圖(a)所示，該示數(shù)為________mm；螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________mm，則擺球的直徑為________mm。(2)單擺實驗的裝置示意圖如圖(c)所示，其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處，擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方，則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時，實際擺角________5°(填“大于”或“小于”)。(3)某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm，則擺長為________cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為54.60s，則此單擺周期為________s，該小組測得的重力加速度大小為________m/s2。(結果均保留3位有效數(shù)字，π2取9.870)答案(1)0.006(0.007也可)20.035(20.034、20.036均可)20.029(20.027、20.028、20.030均可)(2)大于(3)82.51.829.83解析(1)題圖(a)讀數(shù)為0＋0.6×0.01mm＝0.006mm(0.007mm也可)；題圖(b)讀數(shù)為20mm＋3.5×0.01mm＝20.035mm(20.034mm、20.036mm均可)；則擺球的直徑為20.035mm－0.006mm＝20.029mm(20.027mm、20.028mm、20.030mm均可)(2)若角度盤上移則形成如圖所示圖樣，則實際擺角大于5°。(3)擺長＝擺線長度＋半徑，代入數(shù)據(jù)計算可得擺長為82.5cm；小球從第1次到61次經(jīng)過最低點經(jīng)過了30個周期，則T＝eq\f(54.60,30)s＝1.82s根據(jù)單擺周期公式T＝2πeq\r(\f(L,g))，可得g＝eq\f(4π2L,T2)≈9.83m/s2。驗證動量守恒定律的四種常用方案實驗利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗用兩擺球碰撞驗證動量守恒定律在光滑桌面上兩車碰撞驗證動量守恒定律利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律裝置測量值滑塊速度的測量v＝eq\f(Δx,Δt)擺球速度的測量v＝eq\r(2gh)小車速度的測量v＝eq\f(Δx,Δt)速度與平拋運動的水平位移成正比1．（2024·全國·模擬預測）某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，他用兩根自由長度為L0的完全相同的輕彈簧（彈簧始終處于彈性限度內(nèi)）和重物進行了如下操作：（1）如圖甲所示，把重物通過細繩連接在彈簧下端，穩(wěn)定后測出彈簧的長度L1。（2）如圖乙所示，用兩根彈簧掛起重物，穩(wěn)定時兩彈簧與水平方向的夾角均為53°，測出兩彈簧的長度分別為L2、L3，若力的平行四邊形定則成立，則L0、L1、L2、L3需滿足的條件為。（用題目所給字母表示，sin53°=0.8，cos53°=0.6）（3）本實驗設計的誤差來源可能是（至少寫出兩條）?！敬鸢浮恳娊馕觥驹斀狻浚?）[1]根據(jù)題意，用兩根彈簧掛起重物，穩(wěn)定時兩彈簧與水平方向的夾角均為53°，則兩彈簧彈力大小相等，且有所以（3）[2]本實驗設計的誤差來源可能是：彈簧有自重；長度測量誤差；角度測量誤差。2．（2024·貴州·統(tǒng)考一模）做平拋運動的物體的運動規(guī)律可以用如圖甲所示的實驗進行探究，小球從坐標原點O水平拋出，做平拋運動。兩束光分別沿著水平方向和豎直方向照射小球，在水平方向和豎直方向分別用兩臺頻閃相機同時記錄小球的位置，如圖乙、丙所示。已知當?shù)刂亓铀俣萭=10m/s2。（1）頻閃相機的曝光頻率為Hz。（2）平拋運動的水平初速度為m/s?！敬鸢浮?50.83．小研同學通過如圖所示的裝置探究影響物體做圓周運動的向心力的因素。小滑塊套在光滑水平桿上，隨桿一起繞豎直桿做勻速圓周運動，力傳感器通過一細繩連接滑塊，用來測量向心力F的大小?；瑝K上固定一遮光片，通過遮光片與固定在鐵架臺上的光電門可測量出滑塊的線速度大小。已知小滑塊上遮光片的寬度為d，滑塊到轉軸的距離為r。（以下結果均用題中所給字母表示）

（1）若遮光片經(jīng)過光電門的時間為t，