2025屆高考物理二輪復習專題八第2講1力學實驗學案

PAGE9-力學試驗1．熟知常規(guī)力學量的測量物理量測量工具、運用方法或測量方法力①彈簧測力計(不超量程、調(diào)零，會讀數(shù))；②力傳感器(調(diào)零)質(zhì)量天平(水平放置、調(diào)零，被測物體放左盤、砝碼放右盤，會讀數(shù))長度①刻度尺要估讀，精度1mm；②螺旋測微器要估讀，精度0.01mm；③游標卡尺不估讀，精度有0.1mm、0.05mm、0.02mm三種時間①打點計時器(電磁式6V以下溝通電，電火花220V溝通電，打點時間間隔0.02s)；②光電計時器(記錄擋光時間Δt)；③秒表(不估讀，精度0.1s)速度①打點紙帶：veq\s\do9(\f(t,2))＝eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)；②頻閃照相：veq\s\do9(\f(t,2))＝eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)；③光電門：瞬時速度v＝eq\f(d,Δt)(d為遮光板寬度)；④速度傳感器加速度①打點紙帶：a＝eq\f(Δx,T2)；②頻閃照相：a＝eq\f(Δx,T2)；③光電門：a＝eq\f(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1),2x)或a＝eq\f(v2－v1,t)；④v-t圖像：a＝k(斜率)2.洞悉重要力學試驗的考點(1)探討勻變速直線運動裝置圖操作要領(lǐng)①平行：細繩、紙帶與長木板平行；②靠近：小車釋放前，應靠近打點計時器的位置；③先后：試驗時先接通電源，后釋放小車，試驗后先斷開電源，后取下紙帶；④適當：懸掛鉤碼要適當，避開紙帶打出的點太少或過于密集考查熱點①考裝置：器材裝配正誤；②考讀算：讀紙帶計數(shù)點間位移，計算瞬時速度，計算加速度；③摩擦力：無須平衡(木板平放或斜放均可)；④遠小于：無須滿意(懸掛鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量)(2)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點①操作：彈簧豎直懸掛，待鉤碼靜止時測出彈簧長度；②作圖：坐標軸標度要適中，單位要標注；連線時要使各數(shù)據(jù)點勻稱分布在直線的兩側(cè)①考裝置：器材裝配、讀數(shù)；②考作圖：依據(jù)記錄數(shù)據(jù)作相關(guān)圖線；③考計算：依據(jù)F-x或F-l或m-x圖像求勁度系數(shù)k(3)驗證力的平行四邊形定則裝置圖操作要領(lǐng)①等效：同一次試驗中橡皮筋拉長后的結(jié)點O位置必需保持不變；②拉力：沿彈簧測力計軸線方向拉，橡皮筋、彈簧測力計和細繩套與紙面平行；兩分力F1、F2的夾角不要太大或太小；③作圖：選定比例要相同，嚴格按力的圖示要求作平行四邊形求合力考查熱點①考讀數(shù)：彈簧測力計示數(shù)；②考操作：兩次拉橡皮筋時需將結(jié)點O拉到同一位置；③求合力：依據(jù)分力F1、F2的大小與方向用作圖法求合力；④會區(qū)分：能區(qū)分合力的理論值與真實值(4)驗證牛頓運動定律裝置圖操作要領(lǐng)①平衡：必需平衡摩擦力(變更小車或重物質(zhì)量，無須重新平衡)；②質(zhì)量：小盤和重物的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量(若運用力傳感器無須滿意此要求)；③其他：細繩與長木板平行；小車從靠近打點計時器的位置釋放；試驗時先接通電源，后釋放小車考查熱點①考裝置：器材裝配正誤，平衡摩擦力的方法、推斷標準，質(zhì)量限制要求；②測定a：依據(jù)紙帶或光電門數(shù)據(jù)計算加速度；③求結(jié)論：描點作a-F或a-eq\f(1,M)圖像，并得出結(jié)論；④判成因：給定異樣a-F圖像，推斷其可能成因(5)探究動能定理裝置圖操作要領(lǐng)①平衡：必需平衡摩擦力；②做功：橡皮筋做的功是變力功，不能詳細求解，須用倍增法變更功的大小；③小車：靠近打點計時器且先接通電源再釋放小車，每次小車必需由同一位置靜止彈出考查熱點①考裝置：平衡摩擦力的方法、推斷標準；②求速度：小車獲得的速度就是紙帶點距勻稱時的速度；③考圖像：作W-v或W-v2圖像，得出結(jié)論(6)驗證機械能守恒定律裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點①安裝：打點計時器豎直安裝，紙帶沿豎直方向拉直；②重物：選密度大、質(zhì)量大的金屬塊，且在靠近打點計時器處釋放；③速度：應用vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)計算，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt計算①考裝置：器材選擇、裝配正誤；②考計算：下落速度的計算；削減的重力勢能與增加的動能的計算；③考圖像：依據(jù)eq\f(v2,2)-h或eq\f(Δv2,2)-Δh圖像的斜率推斷機械能是否守恒(7)驗證動量守恒定律裝置圖試驗原理碰撞前后動量ma·v0＝ma·v1＋mb·v2，即ma·eq\o(OB,\s\up6(－))＝ma·eq\o(OA,\s\up6(－))＋mb·eq\o(OC,\s\up6(－))是否守恒考查熱點①考裝置：斜槽末端切線應調(diào)整水平，a球質(zhì)量大于b球；②考原理：小球落地點的判定及精準定位，必要的物理量的測量，碰撞前后守恒式的計算；③考拓展：驗證動量守恒定律的其他試驗裝置、方法及關(guān)系式[臨考必練]1．某同學在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”時，將輕質(zhì)彈簧豎直懸掛，彈簧下端掛一個小盤，在小盤中增加砝碼，變更彈簧的彈力，通過旁邊豎直放置的刻度尺可以讀出彈簧末端指針的位置x，試驗得到的彈簧指針位置x與小盤中砝碼質(zhì)量m的圖像如圖乙所示，g取10m/s2。回答下列問題。(1)某次測量如圖甲所示，指針指示的刻度值為______cm(刻度尺單位為cm)。(2)從圖乙可求得該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)刻度尺的分度值為0.1cm，故讀數(shù)為18.00cm；(2)由胡克定律可知Δmg＝kΔx，故k＝eq\f(Δmg,Δx)＝eq\f(8×102×10－3×10,0.42－0.15)N/m≈30N/m。答案：(1)18.00(2)302．“探究求合力的方法”的試驗裝置如圖甲所示。(1)某次試驗中，彈簧測力計的指針位置如圖甲所示，其中，細繩CO對O點的拉力大小為________N；(2)請將圖甲中細繩CO和BO對O點兩拉力的合力F合畫在圖乙上。由圖求出合力的大小F合＝______N(保留兩位有效數(shù)字)；(3)某同學對彈簧測力計中彈簧的勁度系數(shù)是多少很感愛好，于是，他將刻度尺與彈簧測力計平行放置，如圖丙所示，利用讀得的數(shù)據(jù)，他得出了彈簧的勁度系數(shù)。那么，該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)由題圖甲可讀出CO對O點的拉力大小為2.60N。(2)在圖乙上的作圖如圖所示，結(jié)合圖示可求知合力大小為5.1N。(3)由圖丙可知，彈簧測力計0刻度線對應5.0mm，5.00N對應88.0mm，由胡克定律F＝kx，解得k＝eq\f(F,x)≈60N/m。答案：(1)2.60(2)圖見解析5.1(5.0或5.2也可)(3)60(59～64均可)3．用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的試驗。試驗時保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度。(1)試驗時先不掛鉤碼，反復調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是________________________________________________________________________。(2)圖乙為試驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清楚的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖乙所示。已知打點計時器接在頻率為50Hz的溝通電源兩端，則此次試驗中小車運動的加速度的測量值a＝________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)試驗時變更所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度。依據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)作出a-F關(guān)系圖線，如圖丙所示。此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要緣由可能是________(選填下列選項的序號)。A．小車與平面軌道之間存在摩擦B．平面軌道傾斜角度過大C．所掛鉤碼的總質(zhì)量過大D．所用小車的質(zhì)量過大解析：(1)使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受的摩擦阻力平衡，才能認為在試驗中小車受的合外力就是鉤碼的拉力，所以這樣做的目的是平衡小車在運動過程中所受的摩擦阻力。(2)由Δx＝aT2和逐差法可知a＝eq\f(xDE＋xCD－xAB－xBC,4T2)＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(（21.60－8.79－8.79）×10－2,4×（0.1）2)m/s2≈1.0m/s2。(3)在試驗中認為細繩的張力F等于鉤碼的重力mg，則a＝eq\f(F,M)＝eq\f(mg,M)，這是理論值；事實上，細繩張力F′＝Ma′，mg－F′＝ma′，即F′＝eq\f(M,M＋m)·mg，a′＝eq\f(1,M＋m)·mg，所以只有當M?m時，a-F圖像為直線，當不滿意M?m時，便有a-F圖像的斜率漸漸變小，選項C正確。答案：(1)平衡小車在運動過程中所受的摩擦阻力(2)1.0(3)C4．某試驗小組采納如圖甲所示的裝置探究功與速度變更的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點計時器的工作頻率為50Hz。(1)試驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……合并起來掛在小車的前端進行多次試驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放，把第一次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，其次次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為2W1……橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出。依據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為________m/s(保留三位有效數(shù)字)。(2)若依據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W-v圖像如圖丙所示，依據(jù)圖線形態(tài)，可知W與v的關(guān)系符合實際的圖是________。解析：(1)小車的速度應從勻速運動部分取紙帶，可得小車獲得的速度為eq\f(4.00×10－2,0.02)m/s＝2.00m/s。(2)依據(jù)W＝eq\f(1,2)mv2，可得W是關(guān)于v的二次函數(shù)，為開口向上的拋物線，可知應選C。答案：(1)2.00(2)C5．用如圖甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”。(1)下列物理量須要測量的是________，通過計算得到的是________。(填寫代號)A．重錘質(zhì)量B．重力加速度C．重錘下落的高度D．與下落高度對應的重錘的瞬時速度(2)設重錘質(zhì)量為m、打點計時器的打點周期為T、重力加速度為g。圖乙是試驗得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為相鄰的連續(xù)點。依據(jù)測得的s1、s2、s3、s4寫出重錘由B點到D點重力勢能削減量的表達式________，動能增加量的表達式________。解析：(1)試驗中須要干脆測量的是重錘下落的高度，通過計算得到的是與下落高度相對應的重錘的瞬時速度。(2)重錘重力勢能的削減量為mg(s3－s1)，vB＝eq\f(s2,2T)，vD＝eq\f(s4－s2,2T)，故重錘動能的增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)m(eq\f(s4－s2,2T))2－eq\f(1,2)m(eq\f(s2,2T))2＝eq\f(ms4（s4－2s2）,8T2)。答案：(1)CD(2)mg(s3－s1)eq\f(ms4（s4－2s2）,8T2)6．用“碰撞試驗器”可以驗證動量守恒定律，即探討兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。如圖所示，先安裝好試驗裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙，登記鉛垂線所指的位置O。試驗步驟如下：步驟1：不放小球2，讓小球1從斜槽上A點由靜止?jié)L下，并落在地面上。重復多次，用完可能小的圓，把小球的全部落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置，記為P；步驟2：把小球2放在斜槽前端邊緣位置B，讓小球1從A點由靜止?jié)L下，使它們碰撞，重復多次，并運用與步驟1同樣的方法分別標出碰撞后兩小球落點的平均位置M、N；步驟3：用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置M、P、N離O點的距離，即線段OM、OP、ON的長度。(1)上述試驗除需測量線段OM、OP、ON的長度外，還須要測量的物理量有________。A．小球1和小球2的質(zhì)量m1、m2B．B點離地面的高度h2C．A、B兩點間的高度差ΔhD．小球1和小球2的半徑r(2)當所測物理量滿意表達式________________(用所測物理量的字母表示)時，即說明兩球碰撞