（通用版）2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 第三板塊 第2講“追根溯源”智取創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——學(xué)會(huì)遷移講義（含解析）.doc
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第2講“追根溯源”智取創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——學(xué)會(huì)遷移 考法 學(xué)法 從近幾年的高考實(shí)驗(yàn)題來(lái)看，創(chuàng)新型的題目越來(lái)越突出，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的考查將逐步取代對(duì)教科書(shū)中原有的單純學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考查。復(fù)習(xí)本講內(nèi)容時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：①熟悉各種實(shí)驗(yàn)器材的原理和使用方法；②熟知基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，能在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)；③熟悉物理規(guī)律，能根據(jù)現(xiàn)有的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 創(chuàng)新點(diǎn)(一) 實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換 1．實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換是實(shí)驗(yàn)考題的主要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)思路之一。從近幾年的高考命題來(lái)看，主要有以下幾個(gè)方向： (1)用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板，用光電門或頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 (2)用拉力傳感器代替彈簧測(cè)力計(jì)。 (3)用鉤碼或已知質(zhì)量的物體代替彈簧測(cè)力計(jì)。 2．對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材的替換，解決問(wèn)題的思維方式不變，需要注意以下幾點(diǎn)： (1)氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板時(shí)，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)軌水平，不必平衡摩擦力。 (2)拉力傳感器的示數(shù)即為細(xì)線對(duì)滑塊的拉力，與鉤碼質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。 (3)用鉤碼或已知質(zhì)量的物體代替彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，鉤碼或物體的重力不一定等于彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。 命題角度1 用光電門或頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 [例1] 某活動(dòng)小組利用圖甲裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。鋼球自由下落過(guò)程中，先后通過(guò)光電門A、B，計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球通過(guò)A、B的時(shí)間分別為tA、tB。用鋼球通過(guò)光電門的平均速度表示鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度。測(cè)出兩光電門間的距離為h，鋼球直徑為D，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。 (1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑D，讀數(shù)如圖乙所示，則D＝________cm。 (2)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，需要比較________。 A．D2與gh是否相等 B．D2與2gh是否相等 C．D2與gh是否相等 D．D2與2gh是否相等 (3)實(shí)際上，鋼球通過(guò)光電門的平均速度______(填“＞”或“＜”)鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度，由此產(chǎn)生的誤差______(填“能”或“不能”)通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)減小。 [解析] (1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則知讀數(shù)為0.8 cm＋0.05 mm10＝0.850 cm。 (2)由題意知鋼球通過(guò)光電門的平均速度等于鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度，即v＝，由機(jī)械能守恒定律知mgh＝mD2，所以只要比較D2與2gh是否相等即可，D正確。 (3)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律知鋼球通過(guò)光電門的平均速度等于此過(guò)程中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，鋼球通過(guò)光電門的平均速度小于鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度；由此產(chǎn)生的誤差屬于系統(tǒng)誤差，不能通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)來(lái)減小。 [答案] (1)0.850 (2)D (3)＜ 不能 命題角度2 用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板 [例2] 某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。 (1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s＝________cm。 (2)測(cè)量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過(guò)光電門1和2所用的時(shí)間Δt1和Δt2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是_________________________________________________。 (3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？________(填“是”或“否”) [解析] (1)光電門1處導(dǎo)軌標(biāo)尺讀數(shù)為：20.0 cm，光電門2處導(dǎo)軌標(biāo)尺讀數(shù)為：70.0 cm， 故兩光電門中心之間的距離s＝70.0 cm－20.0 cm＝50.0 cm。 (2)由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度?；瑝K通過(guò)光電門1的瞬時(shí)速度為：v1＝，滑塊通過(guò)光電門2的瞬時(shí)速度為：v2＝，根據(jù)動(dòng)能定理需要驗(yàn)證的關(guān)系式為：Fs＝Mv22－Mv12＝M2－M2，可見(jiàn)還需要測(cè)量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。 (3)該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出細(xì)繩拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤所受的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。 [答案] (1)50.0 (2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M (3)否 命題角度3 用鉤碼或已知質(zhì)量的物體代替測(cè)力計(jì) [例3] (2018商丘五校聯(lián)考)一同學(xué)用電子秤、水壺、細(xì)線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗(yàn)證力的平行四邊形定則。 (1)如圖(a)，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺________時(shí)電子秤的示數(shù)F。 (2)如圖(b)，將三根細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上。水平拉開(kāi)細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置、_______________和電子秤的示數(shù)F1。 (3)如圖(c)，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上。手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開(kāi)細(xì)線L2，使______________和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。 (4)在白紙上按一定標(biāo)度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若________________________，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。 [解析] (1)要測(cè)量裝滿水的水壺所受的重力，需記下水壺靜止時(shí)電子秤的示數(shù)F。 (2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置的同時(shí)也要記錄三根細(xì)線的方向以及電子秤的示數(shù)F1。 (3)已經(jīng)記錄了一個(gè)分力，還要記錄另一個(gè)分力，則結(jié)點(diǎn)O的位置不能變化，力的方向也不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點(diǎn)O的位置和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。 (4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若F和F′在誤差允許的范圍內(nèi)重合，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。 [答案] (1)靜止 (2)三根細(xì)線的方向 (3)結(jié)點(diǎn)O的位置 (4)F和F′在誤差允許的范圍內(nèi)重合 創(chuàng)新點(diǎn)(二) 實(shí)驗(yàn)情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 近幾年的考題在實(shí)驗(yàn)情景的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了較多的創(chuàng)新，不過(guò)其考查的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)處理方法仍然不變，因此，對(duì)于創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的處理，最根本的方法是要把其從新情景中分離出來(lái)，找出與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的相通之處，然后運(yùn)用熟悉的實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行解答。需要考生在常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)靈活變通。 命題角度1 用凹形橋模擬器測(cè)小車過(guò)橋最低點(diǎn)速度 [例1] 某物理小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)粗測(cè)玩具小車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)的速度的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R＝ 0.20 m)。 完成下列填空： (1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00 kg。 (2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí)，托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為_(kāi)_______kg。 (3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)。此過(guò)程中托盤秤的最大示數(shù)為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如表所示。 序號(hào) 1 2 3 4 5 m/kg 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90 (4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為_(kāi)_______N；小車通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為_(kāi)_______m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) [解析] (2)題圖(b)中托盤秤的示數(shù)為1.40 kg。 (4)小車5次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)托盤秤的示數(shù)平均值為m＝ kg＝1.81 kg。小車經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為F＝(m－1.00)g＝(1.81－1.00)9.80 N≈ 7.9 N，由題意可知小車的質(zhì)量為m′＝(1.40－1.00)kg＝0.40 kg，小車經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力等于橋?qū)π≤嚨闹С至?，?duì)小車，在最低點(diǎn)時(shí)由牛頓第二定律得F－m′g＝，解得v≈1.4 m/s。 [答案] (2)1.40 (4)7.9 1.4 命題角度2 測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 [例2] 如圖甲所示為測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的實(shí)驗(yàn)裝置，半徑不大的圓形卡紙固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在圓形卡紙的旁邊垂直安裝一個(gè)改裝的電火花計(jì)時(shí)器(電火花計(jì)時(shí)器每隔相同的時(shí)間間隔打一個(gè)點(diǎn))。 (1)請(qǐng)將下列實(shí)驗(yàn)步驟按先后排序：____________。 ①使電火花計(jì)時(shí)器與圓形卡紙保持良好接觸 ②接通電火花計(jì)時(shí)器的電源，使它工作起來(lái) ③啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使圓形卡紙轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái) ④關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，拆除電火花計(jì)時(shí)器；研究卡紙上留下的一段點(diǎn)跡(如圖乙所示)，寫出角速度ω的表達(dá)式，代入數(shù)據(jù)，得出ω的測(cè)量值。 (2)要得到角速度ω的測(cè)量值，還缺少一種必要的測(cè)量器材，它是________。 A．秒表 B．毫米刻度尺 C．圓規(guī) D．量角器 (3)為了避免在卡紙連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)打點(diǎn)重疊，在電火花計(jì)時(shí)器與盤面保持良好接觸的同時(shí)，可以緩慢地將電火花計(jì)時(shí)器沿圓形卡紙半徑方向向卡紙中心移動(dòng)。則卡紙上打下的點(diǎn)的分布曲線不是一個(gè)圓，而是類似一種螺旋線，如圖丙所示。這對(duì)測(cè)量結(jié)果________(填“有”或“無(wú)”)影響。 [解析] (1)該實(shí)驗(yàn)應(yīng)先將電火花計(jì)時(shí)器與圓形卡紙保持良好接觸，先使卡片勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后再打點(diǎn)，最后取出卡片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，故先后順序?yàn)棰?、③、②、④? (2)要測(cè)出角速度，需要測(cè)量點(diǎn)跟點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的圓心角，需要的器材是量角器，故D對(duì)。 (3)由于點(diǎn)跟點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的圓心角沒(méi)變化，則對(duì)測(cè)量角速度無(wú)影響。 [答案] (1)①③②④ (2)D (3)無(wú) 創(chuàng)新點(diǎn)(三) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸 命題角度1 由測(cè)定加速度延伸為測(cè)定交流電的頻率 [例1] (2016全國(guó)卷Ⅰ)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)___________，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)___________，重物下落的加速度大小為_(kāi)___________。 (2)已測(cè)得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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_(kāi)_______Hz。 [解析] (1)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得vB＝＝f(s1＋s2)，vC＝＝f(s2＋s3)，由s3－s1＝2aT2得a＝。 (2)根據(jù)牛頓第二定律，有mg－kmg＝ma，整理得f＝，代入數(shù)據(jù)可得f≈ 40 Hz。 [答案] (1)f(s1＋s2) f(s2＋s3) f2(s3－s1) (2)40 命題角度2 利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究動(dòng)能定理 [例2] 在“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖甲所示裝置，水平正方形桌面距離地面高度為h，將橡皮筋的兩端固定在桌子邊緣上的兩點(diǎn)，將小球置于橡皮筋的中點(diǎn)，向左移動(dòng)距離s，使橡皮筋產(chǎn)生形變，由靜止釋放后，小球飛離桌面，測(cè)得其平拋的水平射程為L(zhǎng)。改變橡皮筋的條數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 (1)實(shí)驗(yàn)中，小球每次釋放的位置應(yīng)________(填“不同”“相同”或“隨意”)。 (2)取橡皮筋對(duì)小球做功W為縱坐標(biāo)，為了在坐標(biāo)系中描點(diǎn)得到一條直線，如圖乙所示，應(yīng)選________(填“L”或“L2”)為橫坐標(biāo)。若直線與縱軸的截距為b，斜率為k，可求小球與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______(使用題中所給符號(hào)表示)。 [解析] (1)每次通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，為使每條橡皮筋對(duì)小球做功相同，故小球每次釋放的位置應(yīng)相同。 (2)設(shè)小球飛離桌子邊緣時(shí)的速度為v0，則由動(dòng)能定理得W－μmgs＝mv02，小球飛離桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，則有h＝gt2，L＝v0t，解得W＝L2＋μmgs，故若取橡皮筋對(duì)小球做功W為縱坐標(biāo)，為了在坐標(biāo)系中描點(diǎn)得到一條直線，應(yīng)選L2為橫坐標(biāo)；由題意可知b＝μmgs，k＝，解得μ＝。 [答案] (1)相同 (2)L2 創(chuàng)新點(diǎn)(四) 三種觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù) 命題角度1 利用平衡觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù) 根據(jù)公式Ff＝μFN，只要測(cè)出摩擦力Ff和正壓力FN，即可計(jì)算出動(dòng)摩擦因數(shù)。測(cè)量時(shí)可測(cè)出多組摩擦力和正壓力，畫出FfFN圖像，其斜率即為動(dòng)摩擦因數(shù)。 [例1] (2018全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)?？邕^(guò)光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動(dòng)摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 回答下列問(wèn)題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出fm圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，fm圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的fm圖線求得μ＝________。(保留兩位有效數(shù)字) [解析] (1)由題圖(b)可讀出彈簧秤的示數(shù)f4＝2.75 N。 (2)fm圖線如圖所示。 (3)摩擦力表達(dá)式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg。 (4)圖線的斜率k＝＝ N/kg＝3.9 N/kg，解得μ≈0.40。 [答案] (1)2.75 (2)見(jiàn)解析圖 (3)μ(M＋m)g μg (4)0.40 命題角度2 利用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù) 利用紙帶結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物塊的加速度，再利用牛頓第二定律求出合外力，根據(jù)力的合成與分解求出摩擦力，再根據(jù)公式Ff＝μFN求出動(dòng)摩擦因數(shù)。 [例2] 在測(cè)定滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，進(jìn)行如下操作：首先用天平測(cè)出滑塊的質(zhì)量M＝300 g，將紙帶與滑塊拴接在一起穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，拴接在滑塊另一端的輕繩跨過(guò)定滑輪連接一定數(shù)量的質(zhì)量均為m＝100 g的鉤碼，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)始終讓輕繩與水平桌面平行。接通電源，由靜止釋放滑塊，讓滑塊在鉤碼的牽引下做加速運(yùn)動(dòng)，得到一條紙帶。在紙帶上選取點(diǎn)跡清晰的A點(diǎn)為第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，然后每間隔四個(gè)點(diǎn)選擇一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖2所示。如果該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T＝0.02 s，重力加速度為g＝10 m/s2?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)由紙帶求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，滑塊的速度為vB＝________m/s。 (2)滑塊的加速度大小為a＝________m/s2。 (3)由以上可知，鉤碼數(shù)量為2個(gè)時(shí)，該滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝________。(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) [解析] (1)滑塊做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，又由題意可知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t＝5T＝50.02 s＝0.1 s，則vB＝AC＝＝ m/s≈0.74 m/s。 (2)利用逐差法可求得滑塊的加速度 a＝ ＝ m/s2≈0.64 m/s2。 (3)對(duì)滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律可得：2mg－μMg＝(2m＋M)a，代入數(shù)據(jù)解得：μ＝0.56。 [答案] (1)0.74 (2)0.64(0.63～0.65均可) (3)0.56 命題角度3 利用能量觀點(diǎn)測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù) 物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做功，根據(jù)功能關(guān)系和能量守恒定律可求出克服摩擦力做的功，并進(jìn)一步求出摩擦力，再利用公式Ff＝μFN求出動(dòng)摩擦因數(shù)。 [例3] 某同學(xué)用如圖所示裝置測(cè)物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。圖中長(zhǎng)木板固定在水平桌面上，光滑的四分之一圓弧軌道與長(zhǎng)木板的上表面在O點(diǎn)相切，一豎直標(biāo)尺緊貼圓弧軌道左側(cè)放置，圓弧曲面與標(biāo)尺豎直面相切。 (1)在A點(diǎn)由靜止釋放物塊，物塊經(jīng)圓弧軌道滑上長(zhǎng)木板，最后停在a點(diǎn)，在B點(diǎn)由靜止釋放物塊，物塊最后停在長(zhǎng)木板上的b點(diǎn)，量出A、B間的高度h，a、b間的距離L，重力加速度為g，則物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________。 (2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，多次改變物塊釋放的位置，測(cè)出每次物塊釋放的位置離A點(diǎn)的高度h，最后停在長(zhǎng)木板上的位置離O點(diǎn)的距離x，作出xh圖像，則作出的圖像應(yīng)該是________(填“過(guò)原點(diǎn)”或“不過(guò)原點(diǎn)”)的一條傾斜的直線，求出圖像的斜率k，則物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝__________。 [解析] (1)由能量守恒可知，mgh＝μmgL，得μ＝。 (2)設(shè)OA間的高度為H，則mg(h＋H)＝μmgx，得x＝h＋H，因此xh圖線是一條不過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，圖線的斜率k＝，得μ＝。 [答案] (1) (2)不過(guò)原點(diǎn) [專題強(qiáng)訓(xùn)提能] 1．將一長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的均勻桿繞一端無(wú)摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω時(shí)，桿具有一定的動(dòng)能Ek，關(guān)于動(dòng)能Ek的大小同學(xué)們有如下猜想。 甲同學(xué)：把桿當(dāng)成位于其重心處的質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，可能是Ek＝m2＝mω2L2 乙同學(xué)：根據(jù)動(dòng)能的平均值計(jì)算，可能是Ek＝m＝mω2L2 丙同學(xué)：可能是Ek＝mω2L2 為了驗(yàn)證猜想，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)。質(zhì)量為m的均勻長(zhǎng)直桿一端固定在光滑轉(zhuǎn)軸O處，桿由水平位置靜止釋放，用光電門測(cè)出另一端A經(jīng)過(guò)某位置時(shí)的瞬時(shí)速度vA，并記下該位置與轉(zhuǎn)軸O的高度h。 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得桿的直徑d如圖乙所示，則d＝________，A端通過(guò)光電門的時(shí)間為t，則A端通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度vA的表達(dá)式為_(kāi)_______。 (2)調(diào)節(jié)h的大小并記錄對(duì)應(yīng)的速度vA，建立vA2h坐標(biāo)系，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出，如圖丙所示，試在圖丙中繪出vA2和h的關(guān)系曲線，可得vA和h的關(guān)系式為_(kāi)_______________________。 (3)當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2，結(jié)合圖像分析，可得________(選填“甲”“乙”或“丙”)同學(xué)的猜想是正確的。 解析：(1)游標(biāo)卡尺的主尺刻度讀數(shù)為10 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.054 mm＝0.20 mm，所以最終讀數(shù)為10 mm＋0.20 mm＝10.20 mm＝1.020 cm；根據(jù)速度定義式可得vA＝。 (2)連線如圖，從圖中可以看出，vA2與h是線性關(guān)系，vA2＝30h m2/s2。 (3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得Ek＝mgh，再根據(jù)圖像可得vA2＝30h m2/s2，聯(lián)立解得 Ek＝mvA2＝mω2L2，即丙同學(xué)的猜想是正確的。 答案：(1)1.020 cm vA＝ (2)見(jiàn)解析圖 vA2＝30h m2/s2 (3)丙 2．某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示的裝置探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系。用鐵架臺(tái)將兩塊固定有定滑輪的木板架起，木板的右端固定了兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將兩個(gè)質(zhì)量相等的小車A、B放置在木板右端，用細(xì)線繞過(guò)滑輪組后與兩小車相連。兩條紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后分別與小車連接在一起。將兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在同一個(gè)電源上，確保可將它們同時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)時(shí)，甲同學(xué)將兩小車按住，乙同學(xué)先在動(dòng)滑輪下方掛上一個(gè)鉤碼，再接通電源使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作。打點(diǎn)穩(wěn)定后，甲將兩輛小車同時(shí)釋放。在小車撞到定滑輪前，乙斷開(kāi)電源，兩打點(diǎn)計(jì)時(shí)器同時(shí)停止工作，取下兩條紙帶，通過(guò)分析處理紙帶記錄的信息，可以求出兩小車的加速度，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答以下問(wèn)題： (1)如圖2為小車A后面的紙帶，紙帶上的0、1、2、3、4、5、6為每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖中標(biāo)注，單位為cm。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率為50 Hz，則小車A的加速度a1＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。同樣測(cè)出小車B的加速度a2，若a1∶a2近似等于________，就可說(shuō)明質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。 (2)丙同學(xué)提出，不需測(cè)出兩小車加速度的數(shù)值。只測(cè)量出兩條紙帶上從第一個(gè)打印點(diǎn)到最后一個(gè)打印點(diǎn)間的距離x1、x2，也能完成實(shí)驗(yàn)探究，若x1∶x2近似等于________，也可說(shuō)明質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與力成正比，理由是___________________________ ________________________________________________________________________。 (3)下列操作中，對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的是________。 A．換用質(zhì)量大一些的鉤碼 B．換用質(zhì)量大一些的小車 C．調(diào)整定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行 D．平衡小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力時(shí)，將細(xì)線與小車連接起來(lái) 解析：(1)由題圖2可知，小車A的加速度a1＝，式中T＝0.1 s，代入數(shù)據(jù)可得：a1≈0.48 m/s2，由題圖1可知，小車B受的拉力等于小車A所受拉力的2倍，測(cè)出小車B的加速度a2，如果a1∶a2＝1∶2，就可以說(shuō)明質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。 (2)小車從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，紙帶上最初和最末兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，由x＝ at2可知，x與a成正比，即位移之比等于加速度之比。因此只需比較x1與x2的比值近似等于1∶2，就能驗(yàn)證質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與力成正比。 (3)換用質(zhì)量更大一些的鉤碼，可減小實(shí)驗(yàn)的相對(duì)阻力，使得測(cè)量更準(zhǔn)確，故A正確；換用質(zhì)量大一些的小車，會(huì)增大阻力，加大誤差，故B錯(cuò)誤；調(diào)整定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行，可減小實(shí)驗(yàn)的誤差，故C正確；平衡小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力時(shí)，只讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，而不應(yīng)連接細(xì)線，故D錯(cuò)誤。 答案：(1)0.48 1∶2 (2)1∶2 由x＝at2可知，當(dāng)時(shí)間t相等時(shí)，位移與加速度成 正比 (3)AC 3．現(xiàn)要用圖甲完成“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)：把白紙固定在豎直放置的木板上，白紙上畫有一些同心圓，相鄰兩圓之間的距離為r，圓心O距第一個(gè)圓的距離為r，A、B為光滑的滑輪，可沿虛線圓環(huán)滑動(dòng)，也可固定。CO為豎直方向的一基準(zhǔn)線。 (1)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟所缺的內(nèi)容： ①用一細(xì)繩系住橡皮筋的一端，細(xì)繩的另一端固定在C點(diǎn)，橡皮筋的另一端連接兩條細(xì)繩，跨過(guò)A、B滑輪后各拴一細(xì)繩套，分別掛上3個(gè)鉤碼和4個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼重1 N)，如圖乙所示，適當(dāng)調(diào)整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細(xì)繩之間的結(jié)點(diǎn)穩(wěn)定于O點(diǎn)處，記下____________和兩條細(xì)繩的方向，取下鉤碼； ②再用一彈簧測(cè)力計(jì)沿豎直方向把兩細(xì)繩與橡皮筋的結(jié)點(diǎn)也拉至O處，如圖丙所示，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′＝________N。 (2)若相鄰兩圓環(huán)之間的距離表示1 N，該同學(xué)已經(jīng)在圖丁中作出兩條細(xì)繩的拉力F1和F2。請(qǐng)按力的圖示畫法在圖中作出F1和F2的合力F及拉力F′的圖示。 (3)對(duì)比F和F′的大小和方向，發(fā)現(xiàn)它們不是完全一致的，其可能的原因是________________________。(填一個(gè)原因) (4)在步驟①中“適當(dāng)調(diào)整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細(xì)繩之間的結(jié)點(diǎn)穩(wěn)定于O點(diǎn)處”的目的是__________________________________。 解析：(1)①本實(shí)驗(yàn)中用鉤碼所受的重力替代拉力，故在實(shí)驗(yàn)完成后要記錄下兩條細(xì)繩上鉤碼的個(gè)數(shù)，即相當(dāng)于記錄下了每根細(xì)繩所受到的拉力大小。②彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′＝ 5.0 N。 (2)所作的圖示如圖所示。 (3)測(cè)量存在誤差、作圖不準(zhǔn)、彈簧測(cè)力計(jì)自身重力的影響、滑輪與細(xì)繩之間的摩擦力等。 (4)由于CO是在豎直方向，適當(dāng)調(diào)整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細(xì)繩之間的結(jié)點(diǎn)穩(wěn)定于O點(diǎn)處，目的是為了使F1和F2的合力沿豎直方向。 答案：(1)①兩條細(xì)繩上鉤碼的個(gè)數(shù)?、?.0 (2)見(jiàn)解析圖 (3)見(jiàn)解析 (4)使F1和F2的合力沿豎直方向 4．(2019屆高三邯鄲模擬)如圖甲所示，上表面光滑的楔形木塊A固定在水平放置的壓力傳感器上。某同學(xué)將質(zhì)量不同的小鋼球從斜面頂端由靜止釋放(每次只有一個(gè)小鋼球)，記錄小鋼球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)壓力傳感器的示數(shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出壓力傳感器示數(shù)與小鋼球質(zhì)量的關(guān)系圖像，即Fm圖像，如圖乙所示。重力加速度大小取9.8 m/s2，完成下列填空： (1)不同質(zhì)量的小鋼球在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間________(填“相同”或“不相同”)。 (2)由圖像可得，木塊A的質(zhì)量M＝________kg(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)若斜面傾角為θ，由圖像可得，cos2θ＝________(保留兩位有效數(shù)字)。 解析：(1)根據(jù)牛頓第二定律得小鋼球下滑的加速度為：a＝＝gsin θ，則不同質(zhì)量的小鋼球在斜面上的運(yùn)動(dòng)情況完全相同，所以運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也相同。 (2)當(dāng)m＝0時(shí)，傳感器的示數(shù)即為木塊A所受的重力，則有：Mg＝1.97 N，解得：M＝ kg≈0.20 kg。 (3)對(duì)小鋼球受力分析，根據(jù)平衡條件可知，A對(duì)小鋼球的支持力FN＝mgcos θ，根據(jù)牛頓第三定律可知，小鋼球?qū)的壓力為mgcos θ，對(duì)A受力分析可知，傳感器對(duì)A的支持力 F＝Mg＋mgcos θcos θ，則傳感器的示數(shù)為F＝Mg＋mgcos2θ，則Fm圖像的斜率k＝gcos2θ，則有：gcos2θ＝＝3.3，解得：cos2θ≈0.34。 答案：(1)相同 (2)0.20 (3)0.34(0.32～0.36均可) 5.(2018青島模擬)如圖所示為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中選取兩個(gè)半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)： ①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2； ②安裝實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面BC連接在斜槽末端； ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，標(biāo)記小球在斜面上的落點(diǎn)位置P； ④將小球m2放在斜槽末端B處，仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標(biāo)記小球m1、m2在斜面上的落點(diǎn)位置； ⑤用毫米刻度尺測(cè)出各落點(diǎn)位置到斜槽末端B的距離，圖中M、P、N點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記下的小球在斜面的三個(gè)落點(diǎn)位置，從M、P、N到B點(diǎn)的距離分別為sM、sP、sN。 依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應(yīng)滿足m1________(填“>”“＝”或“<”)m2。 (2)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中________點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中________點(diǎn)。 (3)用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)表示，只要滿足關(guān)系式________________，就能說(shuō)明兩球碰撞前后動(dòng)量是守恒的。 (4)若要判斷兩小球的碰撞是否為彈性碰撞，用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)表示，只需比較________與____________是否相等即可。 解析：(1)必須滿足m1>m2，否則m1有可能被反彈回去，此時(shí)M、N不可能分別位于P兩側(cè)。 (2)由碰撞規(guī)律知，碰后v1′下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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