高考物理二輪復(fù)習專題七第1講力學實驗與創(chuàng)新講義 (含解析)

PAGE26-力學實驗與創(chuàng)新第1講力學實驗與創(chuàng)新本部分屬于高考必考內(nèi)容，每個實驗都有可能考查，但紙帶類問題為命題的重點．由于實驗考查“來源于大綱，而又不拘泥于大綱”的特點，所以在復(fù)習中一定要把握實驗的靈魂——原理，只有在原理性內(nèi)容掌握之后，才能進行數(shù)據(jù)的處理和誤差分析．熱點題型一研究勻變速直線運動實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點研究勻變速直線運動①平行：細繩、紙帶與長木板平行②靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器的位置③先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶④適當：懸掛鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集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：無須滿足(懸掛鉤碼質(zhì)量與小車質(zhì)量)(2019·高考全國卷Ⅰ)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究．物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出．在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是________點．在打出C點時物塊的速度大小為________m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)．[解析]根據(jù)題述，物塊加速下滑，在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是A點．根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則可讀出，B點對應(yīng)的刻度為1.20cm，C點對應(yīng)的刻度為3.15cm，D點對應(yīng)的刻度為5.85cm，E點對應(yīng)的刻度為9.30cm，AB＝1.20cm,BC＝1.95cm,CD＝2.70cm,DE＝3.45cm.兩個相鄰計數(shù)點之間的時間T＝5×eq\f(1,50)s＝0.10s，根據(jù)做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得，打出C點時物塊的速度大小為vC＝eq\f(BC＋CD,2T)≈0.233m/s.由逐差法可得a＝eq\f(CD＋DE－（AB＋BC）,4T2)，解得a＝0.75m/s2.[答案]A0.2330.75eq\a\vs4\al()紙帶的三大應(yīng)用(1)由紙帶確定時間：要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算．(2)求解瞬時速度：利用做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．如圖所示，打n點時的瞬時速度vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T).(3)用“逐差法”求加速度如圖所示，a＝eq\f(（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）,（3T）2).Ｋ1.(2018·高考北京卷)用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律．主要實驗步驟如下：a．安裝好實驗器材．接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖2中A、B、C、D、E、F…所示．c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E…點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5…d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，在坐標紙上描點，如圖3所示．結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有________和________(填選項前的字母)．A．電壓合適的50Hz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3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標點，請在該圖中標出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標點，并畫出v－t圖象．(3)觀察v－t圖象，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是________．v－t圖象斜率的物理意義是________．(4)描繪v－t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．(5)早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的．當時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次，驗證了他的猜想．請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的．解析：(1)打點計時器用的是低壓交流電源，故選A；打相鄰計數(shù)點的時間間隔是已知的，故不需要秒表；計數(shù)點間的距離需要用刻度尺測量，故選C；由于不需要知道小車和重物的質(zhì)量，故不需要天平(含砝碼)．(2)先標出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標點，連線時要讓盡量多的點在一條直線上．(3)依據(jù)v－t圖象是直線(斜率一定)，即小車的速度隨時間均勻變化，判斷出小車做勻變速直線運動；v－t圖象斜率的物理意義是加速度．(4)eq\f(Δx,Δt)表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當Δt趨近于零時，eq\f(Δx,Δt)才表示瞬時速度．因此若用eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，對Δt的要求是越小越好；從實驗的角度看，選取的Δx越大，Δx的測量誤差就越小，算出的速度的誤差就越小，因此從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差有關(guān)．(5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x＝eq\f(0＋v,2)t，故推出x∝t2.因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化．答案：(1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時間均勻變化加速度(4)越小越好有關(guān)(5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x∝t2.因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化熱點題型二探究彈力和彈簧伸長之間的關(guān)系實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點探究彈力和彈簧伸長之間的關(guān)系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)點均勻分布在直線的兩側(cè)①考裝置：器材裝配、讀數(shù)②考作圖：根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作相關(guān)圖線③考計算：根據(jù)F－x或F－l或m－x圖象求k(2018·高考全國卷Ⅰ)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針．現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)，當托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950cm；當托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm.當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)．[解析]實驗所用的游標卡尺最小分度為0.05mm，游標卡尺上游標第15條刻度線與主尺刻度線對齊，根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則，題圖(b)所示的游標卡尺讀數(shù)為3.7cm＋15×0.05mm＝3.7cm＋0.075cm＝3.775cm.托盤中放有質(zhì)量為m＝0.100kg的砝碼時，彈簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8N＝0.980N，彈簧伸長量為x＝3.775cm－1.950cm＝1.825cm，根據(jù)胡克定律F＝kx，解得此彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(F,x)＝53.7N/m.[答案]3.77553.7eq\a\vs4\al()探究彈力和彈簧伸長之間關(guān)系的三點注意(1)實驗中的外力是鉤碼的重力提供，要注意鉤碼的個數(shù)和彈簧秤的限度．(2)橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關(guān)系滿足胡克定律，實驗的數(shù)據(jù)處理中一般選用圖象法．(3)圖上的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點合理地分布在線的兩側(cè)．2.(1)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，以下說法正確的是________．A．彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度B．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C．用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D．用幾根不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等(2)若某同學采用的實驗裝置如圖甲所示，所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力．實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．①有一個同學通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在圖乙中，請作出F－L圖線．②由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)若某同學把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是________．解析：(1)彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度，否則彈簧會損壞，故A正確．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，要保證彈簧位于豎直位置，使鉤碼的重力等于彈簧的彈力，要待鉤碼平衡時再讀數(shù)，故B正確．彈簧的長度不等于彈簧的伸長量，故C錯誤．拉力與伸長量之比是勁度系數(shù)，由彈簧決定，同一彈簧的勁度系數(shù)是不變的，不同的彈簧的勁度系數(shù)一般不同，故D錯誤．(2)①作出F－L圖線，如圖所示．②彈簧處于原長時，彈力為零，故彈簧的原長L0＝5cm；圖象的函數(shù)表達式為F＝k(L－L0)，故斜率表示勁度系數(shù)，勁度系數(shù)k＝eq\f(ΔF,ΔL)＝eq\f(2.0,0.15－0.05)N/m＝20N/m.(3)當豎直懸掛時，由于自身重力的影響彈簧會有一段伸長量L1，但此時所掛重物的重力為0(F＝0)，結(jié)合彈簧彈力的特點可得，F(xiàn)＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其圖象只可能是C圖．答案：(1)AB(2)①圖見解析②5.020(3)C熱點題型三驗證力的平行四邊形定則實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點驗證力的平行四邊形定則①等效：同一次實驗中橡皮條拉長后的結(jié)點O位置必須保持不變②拉力：沿彈簧測力計軸線方向拉，橡皮條、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?、圩鲌D：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①考讀數(shù)：彈簧測力計示數(shù)②考操作：兩次拉橡皮條時需將結(jié)點O拉到同一位置③求合力：根據(jù)分力F1、F2大小與方向用作圖法求合力④會區(qū)分：能區(qū)分合力的理論值與實驗值(2018·高考天津卷)某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)．(1)具體操作前，同學們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的有________．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)實驗再次進行驗證時，結(jié)點O的位置可以與前一次不同C．使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力(2)該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結(jié)點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖所示．其中對于提高實驗精度最有利的是________．[解析](1)由力的平行四邊形定則知，橡皮條和兩繩套夾角的角平分線不一定在一條直線上，兩分力的大小也不一定小于合力，A、D項錯誤；驗證力的平行四邊形定則時，每次實驗需保證合力與分力作用效果相同，結(jié)點O必須在同一位置．但重復(fù)實驗時，可以改變合力的大小，故結(jié)點O的位置可以與前一次不同，B項正確；使用測力計測力時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線方向，讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度，C項正確．(2)為了減小畫圖時表示力的方向的誤差，記錄各個力的方向時，需要確定相對較遠的兩個點，然后連線確定力的方向，A項錯誤；根據(jù)紙張大小，選擇合適的標度，使圖盡量大，所以B項正確，C、D項錯誤．[答案](1)BC(2)Beq\a\vs4\al()驗證力的平行四邊形定則中的兩點說明(1)本實驗中一個彈簧測力計的作用效果與兩個彈簧測力計的共同作用效果相同，具有等效替代關(guān)系，兩次拉橡皮條時結(jié)點O完全重合，以保證力F1，F(xiàn)2的合力與F的作用效果相同．(2)實驗過程中要同時記錄彈簧測力計的示數(shù)及拉力方向．3.(2017·高考全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上，如圖(a)所示．將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長．(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由測力計讀出．測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點，此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)為作用點，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；②F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________．若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則．解析：(1)由測力計的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0N．(2)①利用平行四邊形定則作圖；②由圖可知F合＝4.0N，從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線，頂點的橫坐標對應(yīng)長度為1mm，頂點的縱坐標長度為20mm，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②4.00.05熱點題型四驗證牛頓第二定律實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點驗證牛頓第二定律①平衡：必須平衡摩擦力(改變小車或重物質(zhì)量，無須重新平衡)②質(zhì)量：重物的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量(若使用力傳感器，或以小車與重物的系統(tǒng)為研究對象無須滿足此要求)③其他：細繩與長木板平行；小車靠近打點計時器的位置釋放；實驗時先接通電源，后釋放小車①考裝置：器材安裝正誤；平衡摩擦力的方法、標準；質(zhì)量控制要求②測定a：根據(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)圖象，并得出結(jié)論④判成因：給定異常a－F圖象，判斷其可能成因“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示，已知打點計時器所用電源頻率為50Hz，試回答下列問題．(1)實驗中在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示，A、B、C、D、E、F、G這些點的間距如圖中標示，其中每相鄰兩點間還有4個計時點未畫出．根據(jù)測量結(jié)果計算：打C點時小車的速度大小為________m/s；小車運動的加速度大小為________m/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)平衡好摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．根據(jù)小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖線如圖丙所示，此圖線不通過原點的主要原因是_______________________________________________________．(3)在某次利用上述已調(diào)整好的裝置進行實驗時，保持砝碼盤中砝碼個數(shù)不變，小車自身的質(zhì)量保持不變(已知小車的質(zhì)量遠大于砝碼盤和盤中砝碼的質(zhì)量)，在小車上加一個砝碼，并測出此時小車的加速度a，調(diào)整小車上的砝碼，進行多次實驗，得到多組數(shù)據(jù)，以小車上砝碼的質(zhì)量m為橫坐標，相應(yīng)加速度的倒數(shù)eq\f(1,a)為縱坐標，在坐標紙上作出如圖丁所示的eq\f(1,a)－m關(guān)系圖線，實驗結(jié)果驗證了牛頓第二定律．如果圖中縱軸上的截距為b，圖線的斜率為k，則小車受到的拉力大小為________，小車的質(zhì)量為________．[解析](1)紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T＝0.10s，s1＝9.50cm、s2＝11.00cm、s3＝12.55cm、s4＝14.00cm、s5＝15.50cm、s6＝17.05cm，由勻變速直線運動中，物體在某段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，可知打C點時小車的速度大小為vC＝eq\f(s2＋s3,2T)，代入數(shù)值得vC＝1.18m/s，小車的加速度大小為a＝eq\f(（s4＋s5＋s6）－（s1＋s2＋s3）,9T2)，代入數(shù)值得a＝1.50m/s2.(2)平衡摩擦力后，F(xiàn)＝0時就產(chǎn)生了加速度，說明未計入砝碼盤的重力．(3)當小車上無砝碼時，小車加速度為a0＝eq\f(1,b)，設(shè)小車的質(zhì)量為M，則小車受到的拉力為F＝Ma0＝eq\f(M,b)；圖丁中圖線的函數(shù)關(guān)系式滿足eq\f(1,a)＝km＋b，根據(jù)牛頓第二定律得F＝(m＋M)a，可解得M＝eq\f(b,k)，F(xiàn)＝eq\f(1,k).[答案](1)1.181.50(2)未計入砝碼盤的重力(3)eq\f(1,k)eq\f(b,k)eq\a\vs4\al()驗證牛頓第二定律的兩點體會(1)圖象法處理實驗數(shù)據(jù)一直是高考考查的熱點，一般會要求根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖象，根據(jù)圖象分析誤差原因或根據(jù)圖象斜率和截距等得出相關(guān)物理量．(2)在實驗中如果發(fā)現(xiàn)一個量x與另一個量y成反比，那么，x就應(yīng)與eq\f(1,y)成正比，可以將反比例函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)化為正比例函數(shù)的直線進行處理．4.某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系．圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010kg.實驗步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑．(2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s－t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表．n＝2時的s－t圖象如圖乙所示；由圖乙求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表．n12345a/(m·s－2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖丙中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a－n圖象．從圖象可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比．(5)利用a－n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s－2)．(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標號)．A．a(chǎn)－n圖線不再是直線B．a(chǎn)－n圖線仍是直線，但該直線不過原點C．a(chǎn)－n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析：(3)實驗中小車做勻加速直線運動，由于小車初速度為零，結(jié)合勻變速直線運動規(guī)律有s＝eq\f(1,2)at2，結(jié)合圖乙得加速度a＝0.39m/s2.(5)由(4)知，當物體質(zhì)量一定，加速度與合外力成正比，得加速度a與n成正比，即a－n圖象為過原點的直線．a(chǎn)－n圖象的斜率k＝0.196m/s2，平衡摩擦力后，下端所掛鉤碼的總重力提供小車的加速度，nm0g＝(M＋Nm0)a，解得a＝eq\f(m0g,M＋Nm0)n，則k＝eq\f(m0g,M＋Nm0)，可得M＝0.45kg.(6)若未平衡摩擦力，則下端所掛鉤碼的總重力與小車所受摩擦力的合力提供小車的加速度，即nm0g－μ[M＋(N－n)m0]g＝(M＋Nm0)a，解得a＝eq\f(（1＋μ）m0g,M＋Nm0)·n－μg，可見圖線截距不為零，其圖線仍是直線，圖線斜率相對平衡摩擦力時有所變大，B、C項正確．答案：(3)0.39(0.37～0.41均可)(4)a－n圖線如圖(5)0.45(0.43～0.47均可)(6)BC熱點題型五探究動能定理實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點探究動能定理①平衡：須平衡摩擦力②做功：橡皮筋做的功是變力做功，不能具體求解，須用倍增法改變功的大小③小車：靠近打點計時器且接通電源再釋放小車；每次小車須由同一位置靜止彈出①考裝置：平衡摩擦力的方法、判斷標準②求速度：小車獲得速度就是紙帶上點距均勻的速度③考圖象：作W－v或W－v2圖象，得出結(jié)論(2017·高考北京卷)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況．利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗．(1)打點計時器使用的電源是______(選填選項前的字母)．A．直流電源 B．交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正確操作方法是________(選填選項前的字母)．A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車．若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響．A．計時器不打點 B．計時器打點(3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O.在紙帶上依次取A、B、C…若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T.測得A、B、C…各點到O點的距離為x1、x2、x3…如圖2所示．實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg.從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝______________，打B點時小車的速度v＝________．(4)以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2－W圖象．由此圖象可得v2隨W變化的表達式為__________________．根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________________．(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2－W關(guān)系的是______________．[解析](1)打點計時器使用的電源是交流電源，故選B.(2)實驗中，平衡摩擦力和其他阻力時，應(yīng)先不掛重物，把長木板右端適當墊高，在小車后面掛上紙帶，接通電源，在打點計時器打點的情況下，輕推一下小車，給小車一個初速度，若小車拖著紙帶做勻速運動，則表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響．(3)實驗中，可認為小車所受的拉力F大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝Fx2＝mgx2.在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(x3－x1,2T).(4)由題圖3可知，v2＝kW，斜率k＝eq\f(v2,W)，其單位為m2·s－2·J－1.又1J＝1N·m，1N＝1kg·m·s－2，故1J＝1kg·m2·s－2，故J－1＝kg－1·m－2·s2，因此斜率k＝eq\f(v2,W)的單位為eq\f(1,kg)，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量．(5)假設(shè)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，對由小車和重物組成的系統(tǒng)，其動能增加量為ΔEk＝eq\f(（m＋M）v2,2)，考慮到我們按重力做功W＝mgx，有ΔEk＝eq\f(（M＋m）v2,2)＝W，即v2＝eq\f(2,M＋m)W，故v2－W的圖象斜率k＝eq\f(2,M＋m)，保持不變，故選項A正確．[答案](1)B(2)AB(3)mgx2eq\f(x3－x1,2T)(4)v2＝kW，k＝(4.5～5.0)m2·s－2·J－1質(zhì)量(5)Aeq\a\vs4\al()探究動能定理的三點說明(1)不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功W、2W、3W…(2)由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)．(3)以橡皮筋對小車做的功為橫坐標，小車獲得的速度的平方為縱坐標，作出v2－W圖線，分析這條直線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系．5.(2019·青島高三第二次聯(lián)考)某實驗小組采用如圖1所示的裝置探究功與速度變化的關(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)實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實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放，把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，第二次掛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．根據(jù)第四次的紙帶(如圖2所示)求得小車獲得的速度為______________m/s(保留三位有效數(shù)字)．(2)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W－v圖象如圖3所示，根據(jù)圖線形狀，可知對W于v的關(guān)系符合實際的圖是________．解析：(1)小車的速度應(yīng)從勻速運動部分取紙帶，可得小車獲得的速度為eq\f(4cm,0.02s)＝2.00m/s.(2)根據(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(yīng)選C.答案：(1)2.00(2)C熱點題型六驗證機械能守恒定律實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點驗證機械能守恒定律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，且靠近打點計時器處釋放③速度：應(yīng)用vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，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考運算：下落速度的計算；減少重力勢能與增加動能的計算③考圖象：eq\f(v2,2)－h(huán)或eq\f(Δv2,2)－Δh圖象的斜率判斷機械能守恒(2019·臨沂模擬)某同學用如圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律時，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖乙所示的紙帶．選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0＝19.00cm，點A、C間的距離為s1＝8.36cm，點C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測得重物的質(zhì)量為m＝1kg.(1)下列做法正確的有________．A．圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上B．實驗前，手應(yīng)提住紙帶上端，使紙帶豎直C．實驗時，先放開紙帶，再接通打點計時器的電源D．數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點作為初、末位置(2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律，重物減少的重力勢能是________J，打下C點時重物的速度大小是________m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)根據(jù)紙帶算出打下各點時重物的速度v，量出下落距離s，則以eq\f(v2,2)為縱坐標、以s為橫坐標畫出的圖象應(yīng)是下面的________．(4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是____________．(寫出一條即可)[解析](1)圖甲中兩限位孔必須在同一豎直線上，實驗前手應(yīng)提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點計時器與紙帶之間的摩擦，選項A、B正確；實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開紙帶，選項C錯誤；數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較遠的兩點作為初、末位置，以減小長度的測量誤差，選項D錯誤．(2)重物減少的重力勢能為ΔEp＝mg(s0＋s1)＝2.68J，由于重物下落時做勻變速運動，根據(jù)勻變速直線運動任意時間段中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可知，打下C點時重物的速度為vC＝eq\f(s1＋s2,4T)＝2.28m/s.(3)物體自由下落過程中機械能守恒，可以得出mgs＝eq\f(1,2)mv2，即gs＝eq\f(1,2)v2，所以eq\f(v2,2)－s圖線應(yīng)是一條過原點的傾斜直線，選項C正確．(4)在實驗過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦阻力、空氣阻力是存在的，克服阻力做功損失了部分機械能，因此實驗中重物減小的重力勢能總是略大于增加的動能．[答案](1)AB(2)2.682.28(3)C(4)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點計時器之間存在阻力)eq\a\vs4\al()驗證機械能守恒的三種方法(1)利用起始點和第n點計算，代入ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，則說明機械能守恒定律是正確的．(2)任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB和(eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A))的值，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，則說明機械能守恒定律是正確的．(3)圖象法，從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖線．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒．6.某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示．該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算．(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為____________，打出C點時重物下落的速度大小為____________，重物下落的加速度大小為____________．(2)已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；當?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2，實驗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________Hz.解析：(1)利用做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得打點計時器打出B點時重物下落的速度vB＝eq\f(s1＋s2,2T)＝eq\f(（s1＋s2）f,2)；打出C點時重物下落的速度vC＝eq\f(s2＋s3,2T)＝eq\f(（s2＋s3）f,2).根據(jù)加速度的定義，重物下落的加速度大小為a＝eq\f(vC－vB,T)＝(vC－vB)f＝eq\f(（s3－s1）f2,2).(2)根據(jù)題述，重物下落受到的阻力為0.01mg，由牛頓第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g.由eq\f(（s3－s1）f2,2)＝0.99g，解得f＝40Hz.答案：(1)eq\f(（s1＋s2）f,2)eq\f(（s2＋s3）f,2)eq\f(（s3－s1）f2,2)(2)40熱點題型七驗證動量守恒定律實驗裝置圖操作要領(lǐng)考查熱點驗證動量守恒定律①安裝：斜槽末端切線必須沿水平方向②起點：斜槽末端上方l處③速度：應(yīng)用小球平拋的水平位移替代①考裝置：器材安裝、小球選取、O點確定②考測量：小球質(zhì)量的測量和小球平拋運動的水平位移的測量③考結(jié)論：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)判斷兩球碰撞過程中動量是否守恒某同學用如圖甲所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球(mA>mB)的碰撞來驗證動量守恒定律．圖甲中PQ是斜槽，QR為水平槽．實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡．重復(fù)這種操作10次．圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的豎直投影點．B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊．(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為________cm；(2)在以下選項，哪些是本次實驗必須進行的測量？________(填選項序號)．A．水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離B．A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離C．測量A球或B球的直徑D．測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)E．測量水平槽面相對于O點的高度(3)實驗中，關(guān)于入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是________．A．釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小B．釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準確C．釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內(nèi)力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小D．釋放點越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱螅壍缹Ρ慌鲂∏虻淖枇υ叫解析](1)如題圖所示，用盡可能小的圓把小球落點圈在里面，由此可見圓心的位置是65.7cm.(2)小球做平拋運動時飛行時間相同，所以可以用水平位移的大小關(guān)系表示速度的大小關(guān)系．實驗中要測量的數(shù)據(jù)有：兩小球的質(zhì)量m1、m2，三個落點到O點的距離x1、x2、x.所以選項A、B、D正確．(3)入射小球的釋放點越高，入射小球碰前速度越大，相碰時內(nèi)力越大，阻力影響越小，可以較好地滿足動量守恒的條件，有利于減小誤差，故選項C正確．[答案](1)65.7(2)ABD(3)Ceq\a\vs4\al()拋體法驗證動量守恒定律的三點注意(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球．(2)安裝：如例7圖甲所示安裝實驗裝置．調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平．(3)找點：用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面．圓心就是小球落點的平均位置．7.(2019·湖南三湘大聯(lián)考)氣墊導軌是常用的一種實驗儀器．它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦．我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計)．采用的實驗步驟如下：①用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB.②調(diào)整氣墊導軌，使導軌處于水平．③在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上．④用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1.⑤按下電鈕放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作．當A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時停止計時，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2.(1)實驗中還應(yīng)測量的物理量是________________________________________________________________________．(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達式是__________________，上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)利用上述實驗數(shù)據(jù)能否測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大?。咳裟?，請寫出表達式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)驗證動量守恒，需要知道物體的運動速度，在已經(jīng)知道運動時間的前提下，需要測量運動物體的位移，即需要測量的量是B的右端至D板的距離L2.(2)由于運動前兩物體是靜止的，故總動量為零，運動后兩物體是向相反方向運動的，設(shè)向左運動為正，則有mAvA－mBvB＝0，即mAeq\f(L1,t1)－mBeq\f(L2,t2)＝0.造成誤差的原因：一是測量本身就存在誤差，如測量質(zhì)量、時間、距離等存在誤差；二是空氣阻力或者是導軌不是水平的等．(3)根據(jù)能量守恒知，兩運動物體獲得的動能之和就是彈簧的彈性勢能，所以能測出．故有ΔEp＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA\f(Leq\o\al(2,1),teq\o\al(2,1))＋mB\f(Leq\o\al(2,2),teq\o\al(2,2)))).答案：(1)B的右端至D板的距離L2(2)mAeq\f(L1,t1)－mBeq\f(L2,t2)＝0原因見解析(3)見解析熱點題型八創(chuàng)新實驗常見的兩種創(chuàng)新方式1.實驗儀器的創(chuàng)新與改進(1)光電計時器：比較精確的測量物體運動的瞬時速度，取代傳統(tǒng)實驗中的紙帶法.(2)氣墊導軌：可以減少接觸面的摩擦阻力，取代傳統(tǒng)實驗中利用傾斜長木板平衡摩擦力的方法，不需要再平衡摩擦力.(3)力傳感器：精確的測力工具，取代彈簧測力計的使用，可以詳細地描述力的變化情況，減小誤差.2.實驗情景的創(chuàng)新(1)利用打點計時器或光電門結(jié)合運動學規(guī)律求出滑塊加速度，再利用牛頓第二定律得到動摩擦因數(shù)，是常見的實驗情景的創(chuàng)新．例如用如圖甲所示裝置測物塊與長木板間的動摩擦因數(shù).(2)如圖乙所示的裝置，利用小球由靜止向下擺動的過程驗證機械能守恒定律是實驗情景的創(chuàng)新.(3)如圖丙所示的裝置，利用凹形橋模擬器和托盤秤測量玩具小車到達凹形橋最低點的速度是實驗情景的創(chuàng)新.(2019·高考全國卷Ⅲ)甲乙兩位同學設(shè)計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗．實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照．已知相機每間隔0.1s拍1幅照片．(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是________．(填正確答案標號)A．米尺 B．秒表C．光電門 D．天平(2)簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法．答：________________________________________________________________________.(3)實驗中兩同學由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，則該地的重力加速度大小為g＝________m/s2.(保留2位有效數(shù)字)[解析]利用數(shù)碼相機的連拍功能，通過每隔一定時間的拍攝確定小球位置，所以還必須使用的器材是米尺，將米尺豎直放置，使小球下落時盡量靠近米尺，用米尺測量小球位置間的距離，利用逐差法由公式Δx＝aT2，可得a＝g＝eq\f(Δx,T2)＝9.7m/s2.[答案](1)A(2)將米尺豎直放置，使小球下落時盡量靠近米尺(3)9.78.(2019·高考全國卷Ⅱ)如圖(a)，某同學設(shè)計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗．所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等等．回答下列問題：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)．(2)某次實驗時，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下．多次重復(fù)后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示．圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)．重力加速度為9.80m/s2.可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________(結(jié)果保留2位小數(shù))．解析：(1)對鐵塊受力分析，由牛頓第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ).(2)兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔T＝5×eq\f(1,50)s＝0.10s，由逐差法和Δx＝aT2，可得a＝1.97m/s2，代入μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)，解得μ＝0.35.答案：(1)eq\f(gsinθ－a,gcosθ)(2)0.351.如圖所示，用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量均為m的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系．(1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：_________________________________．(2)實驗中需要測量的物理量有：________________________________．(3)為完成該實驗，設(shè)計實驗步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個……鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關(guān)系式．首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器．請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：________________________________________________________________________.解析：(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和伸長量；(2)根據(jù)實驗原理，實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度)；(3)根據(jù)完成實驗的合理性可知先后順序為CBDAEFG.答案：(1)刻度尺(2)彈簧原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度)(3)CBDAEFG2．在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶，如圖所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，圖中每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，打點計時器接頻率f＝50Hz的交流電源．(1)打下E點時紙帶的速度vE＝________(用給定字母表示)；(2)若測得d6＝65.00cm，d3＝19.00cm，物體的加速度a＝________m/s2；(3)如果當時交變電流的頻率f>50Hz，但當時做實驗的同學并不知道，那么測得的加速度值和真實值相比________(選填“偏大”或“偏小”)．解析：(1)由于圖中每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為5T，利用勻變速直線運動的推論得vE＝eq\f(d5－d3,10T)＝eq\f(（d5－d3）f,10).(2)根據(jù)勻變速直線運動的推論Δx＝aT2可得a＝eq\f(xDG－xAD,（3×5T）2)＝eq\f(（d6－d3）－d3,（3×0.1s）2)＝3.00m/s2.(3)如果在某次實驗中，交流電的頻率f>50Hz，則實際打點周期變小，根據(jù)運動學公式Δx＝aT2得，測量的加速度值和真實的加速度值相比偏?。鸢福?1)eq\f(（d5－d3）f,10)(2)3.00(3)偏小3．在用如圖所示的裝置“驗證牛頓第二定律”的實驗中，保持小車質(zhì)量一定時，驗證小車加速度a與合力F的關(guān)系．(1)除了電火花計時器、小車、砝碼、砝碼盤、細線、附有定滑輪的長木板、墊木、導線及開關(guān)外，在下列器材中必須使用的有________(選填選項前的字母)．A．220V、50Hz的交流電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(附砝碼)(2)為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的是________．A．調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行B．在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應(yīng)當將砝碼和砝碼盤通過細線掛在小車上C．在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應(yīng)當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上(3)某同學得到了如圖所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a＝________m/s2.(4)在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是________(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)．設(shè)拉力的真實值為F真，小車的質(zhì)量為M，為了使eq\f(mg－F真,F真)<5%，應(yīng)當滿足的條件是eq\f(m,M)<________．解析：(1)打點計時器接交流電源，處理紙帶時要用刻度尺測出計數(shù)點間的距離，還要用到天平測砝碼和砝碼盤的質(zhì)量，故選A、C、E.(2)在平衡摩擦力時，不能掛盤；要保證細線和紙帶與木板平行，先接通電源，再釋放小車，若紙帶做勻速直線運動，則紙帶上的點間距是均勻的，即說明平衡了摩擦力，故選A、C.(3)由圖知AC＝6.40cm，CE＝8.80cm，CE－AC＝a(2T)2，得a＝eq\f(CE－AC,4T2)＝15m/s2.(4)小車在做勻加速直線運動時，砝碼和砝碼盤也在做勻加速直線運動，細線的拉力F一定小于砝碼和砝碼盤的總重力mg，此誤差不可避免，為系統(tǒng)誤差；小車與砝碼和砝碼盤都在做加速度為a的勻加速直線運動，對砝碼和砝碼盤有mg—F真＝ma，對小車有F真＝Ma，代入eq\f(mg－F真,F真)<5%，得eq\f(m,M)<5%.答案：(1)ACE(2)AC(3)15(4)系統(tǒng)誤差5%4．某同學用如圖甲所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M，彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向．(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖乙中的示數(shù)為________N.(2)下列實驗要求中不必要的是________．(填寫選項前對應(yīng)的字母，下同)A．細線應(yīng)盡可能長一些B．應(yīng)測量重物M所受的重力C．細線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于90°D．改變拉力的大小與方向，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示，下列說法正確的是________．A．圖中的F是力F1和F2合力的理論值B．圖中的F′是力F1和F2合力的理論值C．F是力F1和F2合力的實際測量值D．本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗?zāi)康?4)本實驗采用的科學方法是________．A．理想實驗法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法解析：(1)彈簧測力計每1N被分成10格，每一小格為0.1N，則彈簧測力計的讀數(shù)為3.80N；(2)細線應(yīng)盡可能長一些，能更加準確的記錄力的方向；實驗通過作出彈簧的彈力和重物的重力這三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道；細線AO與BO之間的夾角適當大一點，不一定必須大于90°；只要驗證兩彈簧測力計拉力的合力大小等于重物的重力，方向豎直向上即可，每次只需保證O點保持靜止即可，沒必要每次都使O點靜止在同一位置；(3)在本實驗中，按照平行四邊形定則作出的合力F′是力F1和F2合力的理論值，而用一個彈簧測力計拉出的力F是F1和F2合力的實際測量值，本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗?zāi)康模?4)本實驗采用的科學方法是等效替代法．答案：(1)3.80(3.79～3.81)(2)CD(3)BCD(4)B5．(2019·湖州模擬)某同學利用圖甲探究力對物體做的功與物體速度的關(guān)系，得到了如下表的數(shù)據(jù)：實驗次數(shù)12345橡皮筋條數(shù)13457小車速度v/(m·s－1)0.711.231.421.581.87(注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣)(1)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，在圖乙中大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v關(guān)系的圖象．(2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是________．解析：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多，小車獲得的速度越大．據(jù)描點法可知，W與v的圖線為拋物線，如圖所示．(2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是W∝v2.答案：(1)見解析圖(2)W∝v26．利用如圖所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗．(1)為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的________．A．動能變化量與勢能變化量B．速度變化量與勢能變化量C．速度變化量與高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關(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)(3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC.已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝____