（浙江選考）2023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

PAGEPAGE1第2講力學(xué)實(shí)驗(yàn)(二)實(shí)驗(yàn)5：探究作用力與反作用力的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理1.用彈簧測力計(jì)探究作用力與反作用力的關(guān)系如圖1甲所示，任取A、B兩個(gè)彈簧測力計(jì)，使兩掛鉤鉤住，B固定，A用手拉著.讀出此時(shí)兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)FA和FB，比擬FA和FB的大小和方向.如圖乙所示，將兩個(gè)彈簧測力計(jì)掛鉤鉤住，B連接一塊木塊，A用手拉著.探究在水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)A和FB的大小和方向.將拉動(dòng)方向改為豎直方向，如圖丙所示，重復(fù)上述探究.圖12.用力傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系如圖2所示，用兩只力傳感器鉤住對拉.從計(jì)算機(jī)屏幕上所顯示的力和時(shí)間關(guān)系圖線中讀出不同時(shí)刻兩只力傳感器的相互作用力FA和FB，比擬FA和FB的大小和方向.圖2二、實(shí)驗(yàn)器材彈簧測力計(jì)3個(gè)、包裝用泡沫塑料假設(shè)干、小刀1把、木塊1個(gè)、力傳感器2只、數(shù)據(jù)采集器1臺及計(jì)算機(jī)1臺等.三、實(shí)驗(yàn)過程1.用彈簧測力計(jì)探究作用力與反作用力的關(guān)系(1)探究靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)物體間的作用力與反作用力.①取其中兩個(gè)彈簧測力計(jì)A、B連接在一起，B固定，A用手拉著.在表中記下此時(shí)兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)FA和FB.加大對A的拉力，重復(fù)實(shí)驗(yàn)屢次.實(shí)驗(yàn)中注意觀察作用力與反作用力的方向及兩彈簧測力計(jì)示數(shù)變化是否有先后.②假設(shè)FA和FB大小不等，可嘗試以下步驟：將彈簧測力計(jì)A與彈簧測力計(jì)C互拉，根據(jù)①中各次實(shí)驗(yàn)FA的大小記下對應(yīng)的彈簧測力計(jì)C的示數(shù)FA′；將彈簧測力計(jì)B與彈簧測力計(jì)C互拉，根據(jù)①中各次實(shí)驗(yàn)FB的大小記下對應(yīng)的彈簧測力計(jì)C的示數(shù)FB′.比擬FA′與FB′的大小關(guān)系.(2)增加彈簧測力計(jì)的“記憶功能〞，即在彈簧測力計(jì)的指針下面放上一點(diǎn)泡沫塑料.(3)探究沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力的關(guān)系.①將具有“記憶功能〞的彈簧測力計(jì)A與B掛鉤連接在一起，彈簧測力計(jì)B連接一塊小木塊，用手拉A使木塊運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后停下來.根據(jù)泡沫塑料的位置讀出兩彈簧測力計(jì)的最大示數(shù)FA和FB，記錄在表中.實(shí)驗(yàn)中要注意觀察作用力與反作用力的方向.②假設(shè)FA和FB大小不等，那么可保持泡沫塑料的位置不變，將彈簧A和B分別與彈簧測力計(jì)C互拉，直至A、B兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)分別為FA和FB，記下彈簧測力計(jì)C的示數(shù)FA′和FB′.比擬FA′與FB′的大小關(guān)系.③以不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(勻速直線運(yùn)動(dòng)和加速運(yùn)動(dòng))重復(fù)實(shí)驗(yàn)屢次，記下相應(yīng)數(shù)據(jù).(4)探究沿豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力的關(guān)系.重復(fù)(3)中步驟.2.用力傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系(1)探究靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)物體間作用力與反作用力的關(guān)系.①取A、B兩只力傳感器，使兩掛鉤鉤住，B固定，A用手拉著，以不同力拉A一段時(shí)間，通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)記錄兩傳感器間的相互作用力FA和FB隨時(shí)間變化的圖線.②仔細(xì)觀察FA和FB所對應(yīng)的兩條曲線，比擬不同時(shí)刻FA和FB大小是否相等.實(shí)驗(yàn)中觀察體會作用力與反作用力的方向.③任取8個(gè)時(shí)刻，結(jié)合圖線讀出這些時(shí)刻兩只傳感器的相互作用力FA和FB，并將所取時(shí)刻和對應(yīng)FA和FB的值填入表中.(2)探究沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力的關(guān)系.重復(fù)(1)中步驟.(3)探究沿豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力的關(guān)系.重復(fù)(1)中步驟.四、考前須知1.使用彈簧測力計(jì)前，應(yīng)先調(diào)節(jié)零刻度.2.彈簧測力計(jì)對拉時(shí)作用力要在同一直線上.3.實(shí)際的彈簧測力計(jì)往往存在一定的示值誤差，發(fā)現(xiàn)兩彈簧測力計(jì)示數(shù)不等既不能“視而不見〞也不能“武斷定論〞.4.將彈簧測力計(jì)A和B分別與彈簧測力計(jì)C互拉，通過與C的示數(shù)比擬確定兩彈簧測力計(jì)拉力是否相等，是一種“等效替代〞的方法.5.同一實(shí)驗(yàn)步驟中，泡沫塑料位置必須保持不變.6.用力傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，也需要調(diào)零.7.用力傳感器對拉時(shí)作用力要在同一直線上.例1(2022·浙江9月選考·14)在“探究作用力與反作用力的關(guān)系〞實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用兩個(gè)力傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn).(1)將兩個(gè)傳感器按圖3甲方式對拉，在計(jì)算機(jī)屏上顯示如圖乙所示，橫坐標(biāo)代表的物理量是________，縱坐標(biāo)代表的物理量是________.圖3(2)由圖乙可得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是________.A.兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等B.兩傳感器間的作用力與反作用力方向相同C.兩傳感器間的作用力與反作用力同時(shí)變化D.兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上答案(1)時(shí)間(t)力(F)(2)AC變式1在“探究作用力與反作用力的關(guān)系〞實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)把一只力傳感器系在一個(gè)木塊上，另一只握在手中，當(dāng)通過傳感器用力拉木塊時(shí)，要能用該裝置探究作用力與反作用力的關(guān)系，以下說法正確的選項(xiàng)是________.A.木塊必須處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B.木塊處于加速狀態(tài)也可以C.握在手中的傳感器拉另一只傳感器的力應(yīng)盡量保持不變D.握在手中的傳感器拉另一只傳感器的力可以隨時(shí)變化答案BD變式2(2022·麗水市普通高中質(zhì)量監(jiān)控)如圖4所示的甲、乙兩圖是表示用同一套器材測量鐵塊P與長金屬板間滑動(dòng)摩擦力的兩種不同方法.甲圖使金屬板靜止在水平桌面上，手通過彈簧測力計(jì)向右用力F拉P，使P做勻速運(yùn)動(dòng)；乙圖把彈簧測力計(jì)的一端固定在墻上，用力F水平向左拉金屬板，使金屬板向左運(yùn)動(dòng).那么關(guān)于這兩種測量滑動(dòng)摩擦力的方法：圖4(1)________(選填“甲〞或“乙〞)方法好；(2)選擇正確的方法后，滑動(dòng)摩擦力的測量值如圖丙，示數(shù)為________N.答案(1)乙(2)2.40解析(1)題圖甲中鐵塊只有在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力才等于彈簧的拉力，而題圖乙中P穩(wěn)定時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)一定等于摩擦力.(2)彈簧測力計(jì)的最小單位為0.1N，應(yīng)估讀到下一位，故其示數(shù)為2.40N.實(shí)驗(yàn)6：研究平拋運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)原理平拋物體的運(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)＝eq\f(1,2)gt2求出小球飛行時(shí)間t＝eq\r(\f(2y,g))，再利用公式x＝vt，求出小球的水平分速度v＝xeq\r(\f(g,2y))，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5所示，圖5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.在軌道上取幾個(gè)點(diǎn)，使這些點(diǎn)在水平方向間距相等，研究這些點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)y隨時(shí)間變化的規(guī)律.四、考前須知1.斜槽末端的切線必須水平.2.方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，那么應(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.在平拋軌道上選取距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2(2022·浙江4月選考·17)在“研究平拋運(yùn)動(dòng)〞實(shí)驗(yàn)中(1)圖6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6A.球心B.球的上端C.球的下端在此實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的選項(xiàng)是________.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7A.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)以下圖是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的選項(xiàng)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，才會造成斜拋運(yùn)動(dòng)，應(yīng)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內(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3(2022·嘉興市期末)(1)如圖8甲所示為“研究平拋運(yùn)動(dòng)〞的實(shí)驗(yàn)裝置，在此實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的選項(xiàng)是________.圖8A.斜槽軌道必須光滑B.斜槽水平局部軌道必須水平C.每次實(shí)驗(yàn)均需要平衡摩擦力D.小球每次應(yīng)從斜槽上同一位置靜止釋放(2)某同學(xué)采用如圖乙所示的裝置來研究平拋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)，用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說明________________.答案(1)BD(2)平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)變式4(2022·紹興市選考模擬)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示.圖9(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)中已測出小球半徑為r，那么小球做平拋運(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5圖10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10(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)軌道，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)，測量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，以下圖中y－x2圖象能說明平拋小球運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是________.(3)圖11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Δx為40.0cm.那么平拋小球的初速度v0為________m/s，假設(shè)C點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y3為60.0cm，那么小球在C點(diǎn)的速度vC為______m/s.(結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字，g取10m/s2)圖11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，那么每次小球應(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)對平拋運(yùn)動(dòng)，水平位移x＝v0t，豎直位移y＝eq\f(1,2)gt2，聯(lián)立上述兩式得y＝eq\f(g,2v\o\al(2,0))x2，故y－x2圖線應(yīng)為直線，應(yīng)選C.那么平拋初速度v0＝eq\f(Δx,t2－t1)＝2.0m/s，在C點(diǎn)速度vC＝eq\r(v\o\al(2,0)＋gt32)＝4.0m/s.實(shí)驗(yàn)7：探究做功與物體速度變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理1.不直接測量對小車做的功，用改變橡皮筋的條數(shù)確定對小車做的功為W0、2W0、3W0……2.作出W－v、W－v2圖象分析圖象，尋求橡皮筋對小車做的功與小車獲得速度的定量關(guān)系.二、實(shí)驗(yàn)裝置圖及器材圖12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.三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖12組裝好實(shí)驗(yàn)器材，由于小車在運(yùn)動(dòng)中會受到阻力，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、v3……5.對測量數(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、eq\r(v))為橫坐標(biāo)作圖.四、數(shù)據(jù)處理1.測量小車的速度：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W－v或W－v2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W∝v2.五、考前須知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)適宜的傾角.2.測小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選點(diǎn)跡均勻的局部，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的局部.3.橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的.力對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3(2022·紹興一中高一期末)用如圖13所示的裝置探究做功與物體速度變化的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先適當(dāng)墊高木板，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出，沿木板滑行.小車滑行過程中帶動(dòng)通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄其運(yùn)動(dòng)情況.觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面局部點(diǎn)跡疏密不均勻，后面局部點(diǎn)跡比擬均勻，答復(fù)以下問題：圖13(1)適當(dāng)墊高木板是為了________________.(3)假設(shè)實(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根……n根，通過紙帶求出小車的速度分別為v1、v2……vn，用W表示橡皮筋對小車所做的功，作出的W－v2圖線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說明W與v的關(guān)系是________.答案(1)平衡摩擦力(2)后面局部(3)W與v2成正比(或W∝v2)解析(1)適當(dāng)墊高木板是為了平衡摩擦力.(2)橡皮筋彈力對小車所做的功全部完成后，打出來的點(diǎn)才能反映物體的速度，所以應(yīng)使用紙帶的后面勻速局部.(3)W－v2圖線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可確定W與速度v的平方成正比.變式6在“探究做功與物體速度變化的關(guān)系〞實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)安裝了如圖14所示的實(shí)驗(yàn)器材：圖14(1)要完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，除了圖示器材，在以下實(shí)驗(yàn)器材中還需要的有________.A.毫米刻度尺 B.4～6V直流電源C.4～6V交流電源 D.沙桶或鉤碼(2)以下紙帶(左邊為先打下的點(diǎn))，哪個(gè)比擬符合實(shí)驗(yàn)要求________，平衡摩擦力過度的是________.答案(1)AC(2)BD解析(1)要測量紙帶上打出點(diǎn)間的距離，需要毫米刻度尺，用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，需要4～6V交流電源，應(yīng)選A、C；(2)符合要求的紙帶是后面的點(diǎn)跡均勻，所以選B；平衡摩擦力過度，那么橡皮筋回復(fù)原狀后小車仍有加速度，那么相鄰點(diǎn)間的距離越來越大，應(yīng)選D.變式7(2022·金華市義烏模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖15甲所示裝置探究“外力做功與滑塊動(dòng)能變化的關(guān)系〞，主要步驟如下：圖15A.按圖示器材連接好裝置；B.托盤內(nèi)加砝碼，當(dāng)托盤和砝碼的總質(zhì)量為m0時(shí)，輕推滑塊，滑塊恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，稱出滑塊的質(zhì)量為M，假設(shè)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦不計(jì)，那么滑塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________；C.本實(shí)驗(yàn)采用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行研究，在撥動(dòng)學(xué)生電源開關(guān)前，圖乙中存在一個(gè)明顯的錯(cuò)誤，請指出：________；D.撤去托盤和砝碼，并取下細(xì)線，先接通電源，再輕推滑塊，使滑塊獲得一定初速度后撤去外力，滑塊運(yùn)動(dòng)過程中打出一條紙帶，截取紙帶的最后一段，如圖丙所示，那么紙帶的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)開_______(選填“a→b〞或“b→a〞)；E.用刻度尺測量AB、BC、CD、DE、EF間的距離，分別記為x1、x2、x3、x4、x5，相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，那么B、E之間動(dòng)能定理表達(dá)式可用上述物理量表示為：________.F.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理儀器.答案eq\f(m0,M)工作電壓過高b→am0g(x2＋x3＋x4)＝eq\f(1,2)M(eq\f(x4＋x5,2T))2－eq\f(1,2)M(eq\f(x1＋x2,2T))2解析由于小車勻速運(yùn)動(dòng)，所以托盤和砝碼的重力等于小車所受的滑動(dòng)摩擦力，即m0g＝μMg所以μ＝eq\f(m0,M).打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓是4～6V，而乙圖中的工作電壓過高，故應(yīng)選擇4～6V的交流電.據(jù)題意可知，紙帶做減速運(yùn)動(dòng)，所以相同的時(shí)間內(nèi)位移逐漸減小，故紙帶應(yīng)向左運(yùn)動(dòng)，即由b→a.據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可知：vB＝eq\f(x1＋x2,2T)，vE＝eq\f(x4＋x5,2T)據(jù)題圖丙可知，BE間的距離為：x2＋x3＋x4據(jù)動(dòng)能定理得：μMg(x2＋x3＋x4)＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x4＋x5,2T)))2－eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x1＋x2,2T)))2，由μ＝eq\f(m0,M)得m0g(x2＋x3＋x4)＝eq\f(1,2)M(eq\f(x4＋x5,2T))2－eq\f(1,2)M(eq\f(x1＋x2,2T))2.實(shí)驗(yàn)8：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)能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變.假設(shè)某一時(shí)刻物體下落的瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，那么應(yīng)有mgh＝eq\f(1,2)mv2.借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測出重物某時(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.測定第n點(diǎn)的速度的方法：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)或vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T).二、實(shí)驗(yàn)裝置圖圖16三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖16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4～6V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)器處.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17所示.圖175.驗(yàn)證0點(diǎn)到2點(diǎn)過程機(jī)械能守恒的方程為：mgh2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(h3－h(huán)1,2T)))2，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……用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3……利用公式vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)計(jì)算出點(diǎn)2、點(diǎn)3……的瞬時(shí)速度v2、v3……2.驗(yàn)證守恒那么機(jī)械能守恒.方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算.①任取兩點(diǎn)A、B測出hAB，算出ghAB.②算出eq\f(1,2)vB2－eq\f(1,2)vA2的值.③在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，如果ghAB＝eq\f(1,2)vB2－eq\f(1,2)vA2，那么機(jī)械能守恒.方法三：圖象法.從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測量從第一點(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eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖線，假設(shè)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，那么驗(yàn)證了機(jī)械能守恒.五、考前須知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.測量下落高度時(shí)，必須從起始點(diǎn)算起，為了減小測量h值的相對誤差，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，有效長度可在60～80cm之內(nèi).5.速度不能用vn＝gtn或vn＝eq\r(2ghn)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vn＝gtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇Φ挠绊懀瑱C(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測量計(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量，而不能用hn＝eq\f(1,2)gtn2或hn＝eq\f(v\o\al(,n2),2g)計(jì)算得到.例4(2022·浙江4月選考·17)(1)在以下學(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、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，①在重物的正下方地面鋪海綿；②調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔連線為豎直；③重復(fù)屢次實(shí)驗(yàn).以上操作可減小實(shí)驗(yàn)誤差的是________(填序號).答案(1)BC(2)BD②③解析(1)A選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要彈簧測力計(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刻度尺測量下落距離；②可以減小摩擦帶來的影響；③可以減小偶然誤差.變式8(2022·金華十校聯(lián)考)如圖18所示，某同學(xué)用自由落體法“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞，從圖示位置靜止釋放紙帶連接的重物.圖18(1)圖中操作不合理的地方是________.(2)除了圖中器材外，以下實(shí)驗(yàn)器材中還必須選取的有________.A.秒表B.刻度尺C.干電池(3)本實(shí)驗(yàn)所取的重力加速度g的值，應(yīng)該________.A.取當(dāng)?shù)氐膶?shí)際g值B.根據(jù)打出的紙帶，用Δx＝gT2求出C.近似取10m/s2答案(1)重物釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)(2)B(3)A變式9(2022·紹興一中高一期末)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為f，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，測出所用重物的質(zhì)量為m，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖19所示，把第一個(gè)點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為x1、x2、x3、x4，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢能的減少量為________，動(dòng)能的增加量為________.(要求寫出表達(dá)式)圖19答案mgx3eq\f(1,8)mf2(x4－x2)2解析重物下落x3，故重力勢能減小量為ΔEp＝mgx3，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度推論可得在C點(diǎn)重物的速度為vC＝eq\f(x4－x2,2T)＝eq\f(x4－x2f,2)，故動(dòng)能增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)mvC2＝eq\f(1,8)mf2(x4－x2)2.變式10(2022·金華十校聯(lián)考)用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材安裝如圖20所示，假設(shè)將紙帶從圖示位置由靜止釋放.圖20(1)請指出圖中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤及不妥之處：①____________；②____________.(2)改良實(shí)驗(yàn)操作中錯(cuò)誤及不妥之處后，打出如圖21所示一條紙帶.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)計(jì)算出打C點(diǎn)時(shí)重物的速度vC＝________m/s(結(jié)果保存三位有效數(shù)字).圖21(3)假設(shè)重物的質(zhì)量為0.2kg，取打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)時(shí)重物的位置為零勢能位置(該處重力加速度g為9.8m/s2)，那么打下C點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能為________J(結(jié)果保存三位有效數(shù)字).答案(1)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接直流電源②重物未靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器釋放(2)2.25(3)0.344解析(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度推論可得，重物在C點(diǎn)時(shí)的速度vC＝eq\f(OD－OB,2T)＝eq\f(31.23－22.24,2×0.02)×10－2m/s≈2.25m/s.(3)由于A點(diǎn)為零勢能位置，那么C點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能EC＝EkC＋EpC＝eq\f(1,2)mvC2－mghAC＝eq\f(1,2)×0.2×(2.25)2J－0.2×9.8×(26.56－18.30)×10－2J≈0.344J.1.如圖1所示，小孫同學(xué)用力傳感器A和B做“探究作用力與反作用力的關(guān)系〞實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用A勻速拉動(dòng)固定在滑塊上的B時(shí)()圖1A.A對應(yīng)示數(shù)比B大B.B對應(yīng)示數(shù)比A大C.A和B對應(yīng)示數(shù)有時(shí)不相等D.A和B對應(yīng)示數(shù)任何時(shí)刻都相等答案D解析根據(jù)牛頓第三定律，A對B的作用力和B對A的作用力是作用力和反作用力，總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，故A和B對應(yīng)示數(shù)任何時(shí)刻都相等，故D正確.2.如圖2所示，將兩彈簧測力計(jì)a、b連接在一起，當(dāng)用力緩慢拉a彈簧測力計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不管拉力F多大，a、b兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)總是相等，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明()圖2A.這是兩只完全相同的彈簧測力計(jì)B.彈力的大小與彈簧的形變量成正比C.作用力與反作用力大小相等D.力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因答案C解析a、b兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)分別顯示b彈簧的拉力和a彈簧的拉力，這是一對作用力與反作用力，它們的示數(shù)總是相等，說明作用力與反作用力大小相等，與彈簧測力計(jì)無關(guān)，故兩只彈簧測力計(jì)不一定完全相同，故A錯(cuò)誤，C正確；此實(shí)驗(yàn)不能說明彈力的大小與彈簧的形變量成正比，故B錯(cuò)誤；此實(shí)驗(yàn)不能說明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，故D錯(cuò)誤.3.(1)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)〞的實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球?qū)掖窝赝卉壍肋\(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認(rèn)為正確選項(xiàng)前面的字母填在橫線上________.A.通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平B.斜槽必須是光滑的，以免受到摩擦力的作用，每次釋放小球的位置可以不同C.每次必須由靜止釋放小球，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸D.記錄小球位置用的鉛筆每次必須嚴(yán)格地等距離下降(2)作出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡后，為算出其初速度，實(shí)驗(yàn)中需測量的數(shù)據(jù)有________和________.其初速度的表達(dá)式為v0＝________.答案(1)AC(2)小球從原點(diǎn)到某時(shí)刻的水平位移x從原點(diǎn)到該時(shí)刻的豎直位移yxeq\r(\f(g,2y))解析(1)要保證每次拋出時(shí)的速度相等應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下并且斜槽軌道末端必須保持水平，只要做到這兩點(diǎn)，我們就能得到相等的速度，至于摩擦力不會影響這個(gè)結(jié)果.記錄小球位置用的鉛筆每次不需嚴(yán)格地等距離下降，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)防止與紙面發(fā)生摩擦.所以選A、C.(2)為算出其初速度，實(shí)驗(yàn)中需測量的數(shù)據(jù)有小球從原點(diǎn)到某時(shí)刻的水平位移x，從原點(diǎn)到該時(shí)刻的豎直位移y，初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y)).4.在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)〞實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球?qū)掖窝赝卉壍肋\(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.(1)某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中用方格紙記錄小球在平拋運(yùn)動(dòng)中的軌跡，假設(shè)其記錄得到的幾個(gè)位置如圖3中a、b、c、d、e所示，O點(diǎn)為拋出點(diǎn)，請?jiān)趫D中畫出小球的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡.圖3(2)假設(shè)小方格的邊長l＝1.25cm，g取10m/s2，那么小球平拋的初速度為________m/s.答案(1)見解析圖(2)0.75解析(1)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)用平滑曲線連接，其中c點(diǎn)偏離太大，誤差太大，舍去，如下圖.(2)通過b點(diǎn)計(jì)算初速度，由hOb＝eq\f(1,2)gt2，得t＝0.1s，所以初速度v0＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.0125×6,0.1)m/s＝0.75m/s.5.(2022·嘉興一中期末)在“探究做功與物體速度變化的關(guān)系〞實(shí)驗(yàn)中，小張同學(xué)用如圖4甲所示裝置，嘗試通過測得細(xì)繩拉力(近似等于懸掛重物重力)做的功和小車獲得速度的值進(jìn)行探究，那么：圖4(1)以下說法正確的選項(xiàng)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)線應(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)某次獲得的紙帶如圖乙所示，小張根據(jù)點(diǎn)跡標(biāo)上了計(jì)數(shù)點(diǎn)，每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，請讀出C計(jì)數(shù)點(diǎn)在刻度尺上的讀數(shù)______cm，并求出C點(diǎn)的速度為________m/s(計(jì)算結(jié)果保存三位有效