湖北省光谷第二高級(jí)中學(xué)高三物理 專題2 力學(xué)重要實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)定稿（通用）

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1、專題2 力學(xué)重要實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 專題 概述 ◇◆考情分析 力學(xué)的九個(gè)主要實(shí)驗(yàn)可分為三類：1.紙帶類；2.平拋類；3.單擺類；4.碰撞類。這四類實(shí)驗(yàn)在高考中均有所涉及，其中紙帶類實(shí)驗(yàn)是考查的熱點(diǎn)，每年高考都會(huì)出現(xiàn)，比如08年全國(guó)Ⅰ卷考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)，08年高考寧夏卷考查運(yùn)用紙帶分析和探究滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，08年高考天津卷考查用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)，08年高考重慶卷考查單擺類與紙帶類的綜合實(shí)驗(yàn)，08年高考江蘇卷考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)。從近幾年高考的力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題逐步轉(zhuǎn)向多個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)混合的考查與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考查。比如使用紙帶研究探究彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、研究

2、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的綜合實(shí)驗(yàn)考查多個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作步驟、誤差分析和基本原理。 ◇◆復(fù)習(xí)指導(dǎo) 對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，首先要重視實(shí)驗(yàn)的目的、原理、儀器、讀數(shù)、操作步驟、數(shù)據(jù)處理和誤差分析；其次要注意實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)儀器的遷移能力的培養(yǎng)。針對(duì)理科綜合試卷物理部分的力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題逐步加大向設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的能力考查，要抓好每個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本操作方法，特別是在操作中的每一個(gè)注意事項(xiàng)，同時(shí)知其然還要知其所以然。誤差分析是設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)內(nèi)容，面對(duì)一個(gè)新的設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，要注意將實(shí)驗(yàn)中所有細(xì)微之處帶來(lái)的誤差在平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作中落實(shí)?？傊鉀Q好力學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于親自做實(shí)驗(yàn)，并將同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材設(shè)計(jì)出多種測(cè)量目的

3、的方案，或?qū)⑼粋€(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠貌煌M合的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。 典例調(diào)研 考點(diǎn)一 紙帶類實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 【調(diào)研1】（2020年高考重慶卷）某實(shí)驗(yàn)小組擬用如題圖1所示裝置研究滑塊的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)器材有滑塊、鉤碼、紙帶、米尺、帶滑輪的木板，以及由漏斗和細(xì)線組成的單擺等.實(shí)驗(yàn)中，滑塊在鉤碼作用下拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)單擺垂直于紙帶運(yùn)動(dòng)方向擺動(dòng)，漏斗漏出的有色液體在紙帶帶下留下的痕跡記錄了漏斗在不同時(shí)刻的位置. （1）在題圖2中，從 紙帶可看出滑塊的加速度和速度方向一致。 （2）用該方法測(cè)量滑塊加速度的誤差主要來(lái)源有： 、

4、 （寫(xiě)出2個(gè)即可）。 【解析】（1）單擺擺動(dòng)過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)半個(gè)周期單擺經(jīng)過(guò)中心線一次，滑塊向左加速運(yùn)動(dòng)，則紙帶上的中心線（虛線）上的交點(diǎn)向右越來(lái)越稀疏，B紙帶中痕跡與中心線（虛線）的交點(diǎn)類似于勻加速運(yùn)動(dòng)紙帶，要測(cè)量滑塊的加速度，需要測(cè)出單擺的周期和痕跡與中心線（虛線）的兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離。要使速度和加速度方向相同，則只有B，因?yàn)锽中相等時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)動(dòng)的距離越來(lái)越大。 （2）測(cè)量單擺周期誤差主要來(lái)源于擺長(zhǎng)測(cè)量、由于有色液體流出導(dǎo)致漏斗重心變化；液體痕跡偏粗導(dǎo)致痕跡與中心線（虛線）的兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離測(cè)量出現(xiàn)誤差；漏斗漏出液體到紙帶上，導(dǎo)致紙帶受到的主力發(fā)生變化等都可能產(chǎn)生誤

5、差。因此用該方法測(cè)量加速度的誤差主要來(lái)源有：擺長(zhǎng)的測(cè)量，漏斗重心的變化，液體痕跡偏粗、阻力變化等。 【答案】（1）B；（2）擺長(zhǎng)測(cè)量、漏斗重心變化、液體痕跡偏粗、阻力變化等。 【技巧點(diǎn)拔】本題將研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶與單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)有機(jī)巧妙結(jié)合，考查力學(xué)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。綜合應(yīng)用單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解題。本題的關(guān)鍵是：①痕跡與中心線（虛線）的交點(diǎn)與使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的紙帶上的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)起來(lái)；②單擺的固定周期與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期相關(guān)聯(lián)。 【鏈接高考】本題考查了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的遷移。從近幾年高考的力學(xué)實(shí)驗(yàn)看，逐步趨向多個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理的遷移、儀器的使用綜合、誤差分析的定性分析與

6、計(jì)算。09年高考命題中會(huì)有更多的紙帶類創(chuàng)新試題出現(xiàn)。 【調(diào)研2】某同學(xué)利用透明直尺和光電計(jì)時(shí)器來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易示意圖如下，當(dāng)有不透光物體從光電門(mén)間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間.所用的西甌XDS-007光電門(mén)傳感器可測(cè)的最短時(shí)間為0.01ms.將擋光效果好、寬度為d＝3.8×10－3m的黑色磁帶貼在透明直尺上，從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過(guò)光電門(mén)。某同學(xué)測(cè)得各段黑色磁帶通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間△ti與圖中所示的高度差△hi，并將部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果如下表所示。（取g＝9.8m/s2，注：表格中M為直尺質(zhì)量） 透明直尺 2 1 3 4 5 △h1

7、 △h2 △h3 △h4 黑磁帶 計(jì)算機(jī) i （10-3s） vi （m·s-1） △E ki= △hi （m） Mg△hi 1 1.21 3.13 2 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M 3 1.00 3.78 2.24M 0.23 2.25M 4 0.95 4.00 3.10M 0.32 3.14M 5 0.90 0.41 （1）從表格中數(shù)據(jù)可知，直尺上磁帶通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度是利用求出的，請(qǐng)你簡(jiǎn)要分析該同學(xué)這樣做的理由是：

8、 ． （2）請(qǐng)將表格中數(shù)據(jù)填寫(xiě)完整． （3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是： ． （4）根據(jù)該實(shí)驗(yàn)請(qǐng)你判斷下列k－△h圖象中正確的是（ ） A O O O O △h △h △h △h B C D △Ek △Ek △Ek △Ek 【解析】（1）黑色磁帶的寬度d＝3.8×10－3m是非常小的尺度，黑色磁帶通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，瞬時(shí)速度是在極短的時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的極短位移與時(shí)間的比值。 （2）根據(jù)瞬時(shí)速度公式，v5 = = m/s = 4.22m/s，根據(jù)公式△E k5=

9、=Mv52－ Mv12 = 4.00M，由重力勢(shì)能變化公式Mg△hi = 9.8×0.41M = 4.018M≈4.02M。 （3）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中動(dòng)能變化量△E ki與重力勢(shì)能的變化量Mg△hi比較來(lái)看，在誤差的允許范圍內(nèi)，重力勢(shì)能的將少量等于動(dòng)能的增量。 （4）根據(jù)機(jī)械能守恒定律△Ek = Mg△hi可知，k與△h成正比，故k—△h圖象為過(guò)原點(diǎn)的一條直線。 【答案】（1）瞬時(shí)速度等于極短時(shí)間或極短位移內(nèi)的平均速度；（2）4.22 ；4.00M或4.01M；4.01M或4.02M；（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增量；（4）C 【高考鏈接】本題的特點(diǎn)：采用了光電門(mén)傳感

10、器來(lái)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲取瞬時(shí)速度，將研究紙帶上點(diǎn)跡的速度的處理變得更加簡(jiǎn)單；通過(guò)列表格來(lái)記錄數(shù)據(jù)，并從表格中獲取相關(guān)信息；利用圖象來(lái)處理數(shù)據(jù)和誤差分析。圖象處理數(shù)據(jù)的方法是減小誤差的一種最好的方式，近幾年高考中頻繁地出現(xiàn)圖象處理數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)試題，特別在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、用單擺測(cè)定重力加速度等實(shí)驗(yàn)，均在高考中考查過(guò)圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 考點(diǎn)二 平拋類實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 【調(diào)研3】如圖a是研究小球在斜面上平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，每次將小球從弧型軌道同一位置靜止釋放，并逐漸改變斜面與水平地面之間的夾角θ，獲得不同的射程x，

11、最后作出了如圖b所示的x-tan θ圖象，則： 0 0.5 tanθ x/m x θ θ v0 0 tanθ x 0.1 第8題 圖a 圖b 圖c （1）由圖b可知，小球在斜面頂端水平拋出時(shí)的初速度v0= 。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)θ超過(guò)60°后，小球?qū)⒉粫?huì)掉落在斜面上，則斜面的長(zhǎng)度為 m。（取g = 10m/s2） （2）若最后得到的圖象如圖c所示，則可能的原因是（寫(xiě)出一個(gè)） 【

12、解析】（1）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的水平勻速直線運(yùn)動(dòng)以及豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)公式得到拋物線軌跡方程：y = x2，即xtanθ = x2，即x= tanθ ，代入x=0.1m以及tanθ = 0.5，解得v0 = 1m/s。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)θ超過(guò)60°后，小球不會(huì)掉落在斜面上，同樣根據(jù)拋物線軌跡方程y = x2，即Lsinθ = (Lcosθ)2，代入θ=60°，解得L = 0.7m。 （2）根據(jù)圖象所對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程x= tanθ ，再?gòu)腸圖像可看出斜率在增大，即初速度增大，可能原因是小球釋放高度增大或釋放時(shí)小球因手的作用具有一個(gè)初速度。 【答案】（1）1m/s；0.7m；（2）釋放位置變高。（或釋放

13、時(shí)用手給了小球一個(gè)初速度） 【方法歸納】①平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡實(shí)際上是拋物線，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得到拋體運(yùn)動(dòng)的軌跡方程y = x2，其中y為豎直位移，x為水平位移。初速度越大拋物線開(kāi)口越大，即水平位移或射程越大；②研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)很重要的思想是曲線問(wèn)題直線化，即將曲線運(yùn)動(dòng)分解為我們熟知的水平勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)物理量中的矢量加速度a、速度v和位移s的合成與分解來(lái)處理曲線與直線之間的關(guān)系。③本題運(yùn)用了圖象的方式來(lái)分析誤差，要抓住函數(shù)與圖象的聯(lián)系，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理誤差問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理建立數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，分析圖線的斜率是大部分實(shí)驗(yàn)常用的突破口。 考點(diǎn)三 單擺類實(shí)

14、驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 【調(diào)研4】某同學(xué)利用如圖所示的裝置測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?shí)驗(yàn)步驟如下： A．按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置； B．用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑d； C．用米尺測(cè)量懸線的長(zhǎng)度l； D．讓小球在豎直平面內(nèi)小角度擺動(dòng)。當(dāng)小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并計(jì)數(shù)為0，此后小球每經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)一次，依次計(jì)數(shù)1、2、3……。當(dāng)數(shù)到20時(shí)，停止計(jì)時(shí)，測(cè)得時(shí)間為t； E．多次改變懸線長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)每個(gè)懸線長(zhǎng)度，都重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟C、D； F．計(jì)算出每個(gè)懸線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的t 2； G．以t 2 為縱坐標(biāo)、l為橫坐標(biāo)，作出t 2 - l圖線。 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)，完成下列任務(wù)： 0 1 2 3 cm 0

15、10 5 2 3 cm 0 10 5 （1）用游標(biāo)為10分度（測(cè)量值可準(zhǔn)確到0.1mm）的卡尺測(cè)量小球的直徑。某次測(cè)量的示數(shù)如圖所示，讀出小球直徑d的值為 cm。 t 2/s2 l/m （2）該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)作出t 2 – l圖線如圖所示。根據(jù)圖線擬合得到方程t 2 = 404.0 l + 3.5。由此可以得出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 = m/s2。（取π 2 = 9.86，結(jié)果保留3位有效數(shù)字） （3）從理論上分析圖線沒(méi)有過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因，下列分析正確的是 （ ） A．不應(yīng)在小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)

16、時(shí)，應(yīng)該在小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)； B．開(kāi)始計(jì)時(shí)后，不應(yīng)記錄小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的次數(shù)，而應(yīng)記錄小球做全振動(dòng)的次數(shù)； C．不應(yīng)作t 2 – l圖線，而應(yīng)作t – l圖線； D．不應(yīng)作t 2 – l圖線，而應(yīng)作t 2 –（l+d）圖線。 【解析】（1）游標(biāo)卡尺的主尺刻度讀取15mm，游標(biāo)尺刻度是第2格對(duì)齊，故讀數(shù)為15mm + 0.1mm×2 = 15.2mm = 1.52cm； （2）根據(jù)單擺周期公式T = 2π = 2×，可得t2 = l + d，與根據(jù)圖線擬合的方程t 2 = 404.0 l + 3.5，進(jìn)行對(duì)比可知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 = 9.76m/s2； （3）根據(jù)T = 2π

17、 = 2×，可得t2 = （l + d），若以t 2 為縱軸，（l+d）為橫軸作t 2 –（l+d）圖線，則圖線過(guò)原點(diǎn)。 【答案】（1）1.52；（2）9.76；（3）D 【誤點(diǎn)警示】單擺類實(shí)驗(yàn)的難度往往在誤差分析。涉及到誤差分析的考查方式主要考查形式為：重力加速度的測(cè)量值與真實(shí)值比較是偏大還是偏小，而影響測(cè)量值的準(zhǔn)確度的因素主要有①擺長(zhǎng)的測(cè)量誤認(rèn)為就是擺線的長(zhǎng)度或者是擺線長(zhǎng)度和擺球直徑之和；②計(jì)時(shí)時(shí)誤將單擺的周期當(dāng)成連續(xù)相鄰的兩次通過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間；③計(jì)數(shù)時(shí)將第一次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)計(jì)數(shù)為1而導(dǎo)致周期計(jì)算出錯(cuò)；④做實(shí)驗(yàn)操作時(shí)因人為因素導(dǎo)致擺動(dòng)過(guò)程擺球做圓錐擺運(yùn)動(dòng)；⑤擺線的懸點(diǎn)為固定而導(dǎo)致擺長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)時(shí)

18、短；⑥實(shí)驗(yàn)操作時(shí)將小球拉起的角度過(guò)大導(dǎo)致小球的運(yùn)動(dòng)不符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺研究。 考點(diǎn)四 碰撞類實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 【調(diào)研5】用如圖所示裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)細(xì)線被拉直時(shí)O點(diǎn)到球心的距離為L(zhǎng)，且細(xì)線與豎直線之間夾角α ；球A由靜止釋放，擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫(xiě)紙的白紙D，用來(lái)記錄球B的落點(diǎn)。 （1）用圖中所示各個(gè)物理量的符號(hào)表示碰撞前后兩球A、B的動(dòng)量（設(shè)兩球A、B碰前的動(dòng)量分別為PA、PB；碰后

19、動(dòng)量分別為PA′ 、PB′ )，則PA= ；PA′ = ；PB= ； PB′ = 。 （2）請(qǐng)你提供兩條提高實(shí)驗(yàn)精度的建議： 。 【解析】（1）碰前A球的動(dòng)能可依據(jù)碰球A的機(jī)械能守恒定律：Ek = mAgL(1－cosα)，則碰前A球的動(dòng)量PA = mA ，同理碰后Ek′ = mAgL(1－cosβ)，動(dòng)量PA′ = mA 。碰前小球B的動(dòng)量為零，碰后根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，水平方向S = vBt ，H = gt2，解得碰后B球動(dòng)量PB′ =mBS 。

20、 （2）本實(shí)驗(yàn)中涉及到小球A與輕質(zhì)指示針碰撞后，推動(dòng)指示針到一定角度，這需要小球A質(zhì)量相對(duì)較大并且指示針的質(zhì)量盡量小，為了減小空氣阻力影響輕質(zhì)指示針的尺度要盡量細(xì)；小球B被碰后的水平位移不能太小，要求小球A的質(zhì)量要今年大于B球質(zhì)量，但必須保證兩球直徑相同；實(shí)驗(yàn)中小球A釋放的高度越大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象越明顯，測(cè)量誤差越小，要求α角取值不要太??；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采用多次讓球A從同一位置擺下，求B球落點(diǎn)的平均位置。 【答案】（1）mA；mA；0；mBS；（2）①讓球A多次從同一位置擺下，求B球落點(diǎn)的平均位置；②α角取值不要太小；③兩球A、B質(zhì)量不要太?。虎芮駻質(zhì)量要盡量比球B質(zhì)量大，但兩球直徑必須相同

21、；⑤輕質(zhì)指示針的尺度要盡量細(xì)、質(zhì)量盡量小。（任答兩條） 【發(fā)散類比】碰撞類的實(shí)驗(yàn)主要體現(xiàn)在碰撞過(guò)程中的動(dòng)量守恒，但對(duì)碰撞中的能量損失也要理解，比如為什么碰球比被碰球的質(zhì)量要大才能保證碰球不會(huì)反彈；比如兩個(gè)小球的直徑為什么必須相同且小球要放置在水平位置才能對(duì)心碰撞并平拋出去，這都蘊(yùn)含著能量觀點(diǎn)。驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律中的原理與思想主要體現(xiàn)在速度的測(cè)量的等效替代方法上，為了代替測(cè)量碰后的瞬時(shí)速度，教材中本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)同高度的平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程與平拋的初速度成正比來(lái)取代速度比值的測(cè)量，這樣通過(guò)容易測(cè)量的長(zhǎng)度來(lái)取代無(wú)法測(cè)量的瞬時(shí)速度。本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處在于將速度的測(cè)量用角度的測(cè)量代替，同時(shí)也考查了機(jī)械能守恒定

22、律。 創(chuàng)新預(yù)測(cè) 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 圖甲 如圖所示，小車放在斜面上，車前端拴有不可伸長(zhǎng)的細(xì)線，跨過(guò)固定在斜面邊緣的小滑輪與重物相連，小車后面與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連。起初小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，重物到地面的距離小于小車到滑輪的距離。啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放重物，小車在重物的牽引下由靜止開(kāi)始沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，重物落地后，小車會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)一段距離。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz，圖乙中a、b、c是小車運(yùn)動(dòng)紙帶上的三段，紙帶運(yùn)動(dòng)方向如箭頭所示。 2.72 2.82 2.92 2.98 2.82 2.62 2.08 1.90 1.73 1.48 1.32

23、1.12 a cm b c 圖乙 cm （1）打a段紙帶時(shí)，小車的加速度為2.5m/s2。請(qǐng)根據(jù)加速度的情況，判斷小車運(yùn)動(dòng)的最大速度可能出現(xiàn)在b段紙帶中長(zhǎng)度為_(kāi)________cm的一段。 （2）盡可能利用c段紙帶所提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算打c段紙帶時(shí)小車的加速度大小為_(kāi)______m/s2。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） y x O a b c d e 2．在“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速度”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在打出的紙帶上每5點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出）。從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開(kāi)分成五段（

24、分別叫a、b、c、d、e段），將這五段紙帶由短到長(zhǎng)緊靠但不重疊地粘在xoy坐標(biāo)系中，如圖所示，由此可以得到一條表示v—t關(guān)系的圖線，從而可求出加速度。 A B C D E F F （1）請(qǐng)你在xoy坐標(biāo)系中用最簡(jiǎn)潔的方法作出能表示v—t關(guān)系的圖線，并指出哪個(gè)軸相當(dāng)于v軸？ （2）這種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法可稱為“等效替代法”。在以下的物理研究中，采用這種類似方法的是 A．通過(guò)實(shí)驗(yàn)和推理得出牛頓第一定律 B．在“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，用小球落地點(diǎn)的水平距離來(lái)代替速度 C．在研究電流與電壓、電阻關(guān)系時(shí)，先保持電阻不變，研究電流與電壓的關(guān)系 D．在描述電場(chǎng)或磁場(chǎng)

25、時(shí)，引入電場(chǎng)線或磁感線 （3）從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，要想求出0.15s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，需要測(cè)出哪一段紙帶的長(zhǎng)度？ （4）若測(cè)得a段紙帶的長(zhǎng)度為2.0cm，e段紙帶的長(zhǎng)度為10.0cm，則加速度為_(kāi)_________m/s2。 3．利用單擺驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)方案如圖（a）所示，在懸點(diǎn)O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷；MN為水平木板，已知懸線長(zhǎng)為L(zhǎng)，懸點(diǎn)到木板的距離OO’＝h（h＞L）。 O O′ A P B C M N (a) v0 s2/m2 cosθ O 0.5 1.0 1.0 2.0 (b)

26、（1）將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落到木板上的C點(diǎn)，O’C＝s，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v0=__________。 （2）在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時(shí)懸線與豎直方向的夾角θ ，小球落點(diǎn)與O’點(diǎn)的水平距離s將隨之改變，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以s2為縱坐標(biāo)、cosθ為橫坐標(biāo)，得到如圖（b）所示圖像。則當(dāng)θ＝60°時(shí)，s為 ________m；若懸線長(zhǎng)L＝1.0m，懸點(diǎn)到木板間的距離OO’為_(kāi)_______m。 4．在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球在不同時(shí)刻所通過(guò)的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用如圖所示的裝置，先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫(xiě)紙和白紙，并將該木

27、板豎直立于槽口附近處．使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；又將木板再向遠(yuǎn)離槽口平移距離x，小球再?gòu)男辈凵暇o靠擋板處由靜止釋放，再得到痕跡C．若測(cè)得木板每次移動(dòng)距離x=10.00cm，A、B間距離y1=4.78cm，B、C間距離y2=14.58cm．（g取9.80m/s2） （1）根據(jù)以上直接測(cè)量的物理量得小球初速度為 v0 =_________（用題中所給字母表示）。 （2）小球初速度的測(cè)量值為_(kāi)____________m/s。 （保留兩位有效數(shù)字）

28、5．h v2 0 某同學(xué)在應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中，獲取一根紙帶如圖，但測(cè)量發(fā)現(xiàn)0、1兩點(diǎn)距離遠(yuǎn)大于2mm，且0、1和1、2間有點(diǎn)漏打或沒(méi)有顯示出來(lái)，而其他所有打點(diǎn)都是清晰完整的，現(xiàn)在該同學(xué)用刻度尺分別量出2、3、4、5、6、7六個(gè)點(diǎn)到0點(diǎn)的長(zhǎng)度hi（i=2、3、4……7），再分別計(jì)算得到3、4、5、6四個(gè)點(diǎn)的速度vi和vi2（i= 3．4．5．6），已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T(mén)。 （1）該同學(xué)求6號(hào)點(diǎn)速度的計(jì)算式是：v6= （2）然后該同學(xué)將計(jì)算得到的四組（hi ，vi2 ）數(shù)據(jù)在v2—h坐標(biāo)系中找到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，將四個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)得到

29、如圖所示的直線，請(qǐng)你回答：接下來(lái)他是如何判斷重錘下落過(guò)程機(jī)械能守恒的？（說(shuō)明理由） 答： 【創(chuàng)新預(yù)測(cè)答案】 1．（1）2.98 從b段紙帶數(shù)據(jù)看，相等時(shí)間內(nèi)位移分別為2.72cm、2.82cm、2.92cm，如果繼續(xù)按照勻加速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可推倒出第四個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)該為3.02cm，但紙帶上顯示為2.98cm，說(shuō)明在2.98cm這一個(gè)時(shí)間內(nèi)開(kāi)始減速運(yùn)動(dòng)，即小車在從加速到減速的臨界時(shí)刻速度為最大值，就在b段紙帶中長(zhǎng)度為2.98cm的一段。 （2）5.0 在c紙帶中讀取連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移分

30、別為S1 = 2.08cm，S2= 1.90cm，S3= 1.73cm，S4 = 1.48cm，S5 = 1.32cm，S6 = 1.12cm，由原理公式：S1－S4=3a1T2，S2－S5=3a2T2，S3－S6=3a3T2，再取加速度的平均值a = = = 4.97m/s2，保留兩位有效數(shù)字得加速度為a = 5.0m/s2 。 2．（1）v－t圖線如圖所示，y軸相當(dāng)于v軸。 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在相等的時(shí)間內(nèi)位移之差為一個(gè)恒量，即△S = aT 2，可知每段紙帶比相鄰的前面的短的紙帶的長(zhǎng)度與加速度成正比，則v—t圖象的斜率表達(dá)加速度，可各個(gè)紙帶的左邊頂點(diǎn)的連線（或與之平行的直線）

31、可等效為v—t圖象。 y x 0 a b c d e y x 0 a b c d e 或 （2）B 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和推理得出牛頓第一定律，是理想化實(shí)驗(yàn)；在“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，用小球落地點(diǎn)的水平距離來(lái)代替速度，是因?yàn)樵谙嗤钠綊伕叨鹊那疤嵯拢缴涑膛c平拋初速度成正比，故可以將速度的比值等效為水平位移的比值；在研究電流與電壓、電阻關(guān)系時(shí)，先保持電阻不變，研究電流與電壓的關(guān)系，是控制變量法；在描述電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，引入電場(chǎng)線或磁感線，是假象的并非真實(shí)存在的。 （3）b 每段紙帶對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.1s，0.15s時(shí)刻是第2段紙帶的中間時(shí)刻，即測(cè)量b紙帶的長(zhǎng)度

32、，再除以0.1s即可得到b紙帶對(duì)應(yīng)的平均速度，在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中某段時(shí)間的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段的平均速度。 （4）2.0 由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，Se－Sa = 4aT2 ，a = ，代入數(shù)據(jù)解得a = 2.0m/s2 。 3．（1）s 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，水平方向位移s = v0t，豎直位移h－L = gt2，解得v0=s 。 （2）1.0；1.5 從(b)圖可查出在θ＝60°時(shí)，s2=1.0，故s=1.0m；懸線與豎直方向的夾角θ時(shí)，小球從靜止開(kāi)始釋放，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理：mgL(h－L)= mv02，從B點(diǎn)平拋，s = v0t，h－L = gt2，聯(lián)立解得s2

33、= 4(h－L)L－4(h－L)Lcosθ，根據(jù)(b)圖可知圖象的斜率為2.0，即s2—cosθ圖象的斜率4(h－L)L=2.0，代入L = 1.0m，解得懸點(diǎn)到木板間的距離h = 1.5m 。 4．（1）（或：，或：，或：） 水平方向小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在相同水平距離x所用時(shí)間相同，豎直方向上連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移之差為y2－y1 = gt2，且x = v0t，解得v0 = x ，也可以列出y1 = gt2，x = v0t，得v0 = x；同理還可以列出y1 + y2 = gt2，2x = v0t，得v0 = x；選BC段可列式得到答案 。 （2）1.00 ± 0.02 代入數(shù)據(jù)到（1）問(wèn)中表達(dá)式解得小球初速度的測(cè)量值為1.00。 5．（1）【答案】 【解析】根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中某段時(shí)間內(nèi)的平均值等于該時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，6號(hào)點(diǎn)正好在5號(hào)點(diǎn)和7號(hào)點(diǎn)時(shí)間內(nèi)的中間時(shí)刻，故6號(hào)點(diǎn)速度為v6= 。 （2） 【答案】根據(jù)機(jī)械能守恒定律，從0點(diǎn)到任意i點(diǎn)有mvi2 = mv02 + mghi，得到： vi2 = v02 + 2ghi，則vi2—hi的圖象是一條直線，斜率為2g，所以只要在直線上取相對(duì)較遠(yuǎn)兩點(diǎn)，計(jì)算出斜率，與2g比較，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)相等即可驗(yàn)證重錘下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。