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2019高考物理二輪復習 專項攻關(guān)高分秘籍 專題17 力學實驗學案 力學實驗共涉及幾個具體的實驗操作，主要分布在必修一和必修二。依次為研究勻變速直線運動、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓第二定律、探究動能定理和驗證機械能守恒，這些實驗的方案有共性，但數(shù)據(jù)處理又不盡相同。 【備考建議】 【經(jīng)典例題】 實驗一　研究勻變速直線運動 基礎(chǔ)性實驗 【典例1】(xx甘肅蘭州模擬)(1)打點計時器所用電源為頻率50 Hz 的交流電源,實驗時釋放紙帶與接通電源的先后順序是(2)某同學在使用上述打點計時器測定勻變速直線運動的加速度時,得到了幾條較為理想的紙帶,他已在每條紙帶上按每5個點取一個計數(shù)點,并依打點先后順序編號為0,1,2,3,4,5.由于不小心,幾條紙帶都被撕斷了,如圖所示,請根據(jù)給出的A,B,C,D四段紙帶回答下列問題:在B,C,D三段紙帶中,從紙帶A上撕下的那段應該是_______,打紙帶A時,物體的加速度大小是__________m/s2.　　　　　　　　　　　　. 答案:(1)先接通電源后釋放紙帶 (2)根據(jù)勻變速直線運動的特點(相鄰的時間間隔位移之差相等)得出 x45-x34=x34-x23=x23-x12=x12-x01=6 mm,所以屬于紙帶A的是C圖.根據(jù)Δx=aT2得a==0.60 m/s2. 創(chuàng)新性實驗 【典例2】(xx全國Ⅱ卷,22)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系.使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器. 實驗步驟如下: ①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑; ②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt; ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示],表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小,求出; ④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復步驟②,③; ⑤多次重復步驟④; ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出-Δt圖,如圖(c)所示. 完成下列填空: (1) 用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,則與vA,a和Δt的關(guān)系式為=　　　　. (2) 由圖(c)可求得vA=_____cm/s,a=________cm/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.裝置創(chuàng)新:更換滑塊上的擋光片,通過光電門,且釋放滑塊時擋光片前端位置相同. 2.數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新:利用實驗數(shù)據(jù)作-Δt圖像. 3.考查點創(chuàng)新:不同擋光片通過光電門的時間Δt不同,其平均速度不同,推導與Δt的關(guān)系式. 【典例3】(xx無錫模擬)在暗室中用如圖(甲)所示裝置做“測定重力加速度”的實驗,實驗器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀.具體實驗步驟如下: ①在漏斗內(nèi)盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會以一定的頻率一滴滴地落下. ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴. ③利用頻閃照相獲取下落水滴和豎直放置的米尺的照片. ④由豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度. ⑤采集數(shù)據(jù)進行處理. (1) 實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是　 . (2) 實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz,某同學讀出其中幾個比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖(乙)所示,根據(jù)數(shù)據(jù)測得當?shù)刂亓铀俣萭=______ m/s2;第8個水滴此時的速度v8=_________m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字) (3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可) 　. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.裝置創(chuàng)新:利用漏斗滴水和閃光儀獲取水滴下落信息. 2.方法創(chuàng)新:利用依次下落的水滴,通過調(diào)節(jié)頻閃儀的閃光頻率,看到水滴位置不動,拍攝此時水滴及豎直放置的米尺照片. 3.考查點創(chuàng)新:說出閃光儀的閃光頻率滿足的條件,已知閃光頻率求照片上某點時水滴速度及重力加速度數(shù)值. 實驗二　探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 基礎(chǔ)性實驗 【典例3】(xx安徽舒城檢測)在探究“彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時,小明同學用如圖(甲)所示的實驗裝置進行實驗:將該彈簧豎直懸掛,在自由端掛上砝碼盤,通過改變盤中砝碼的質(zhì)量,用刻度尺測出彈簧對應的長度,測得實驗數(shù)據(jù)如下: 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 砝碼質(zhì)量m/g 0 30 60 90 120 150 彈簧的長度x/cm 6.00 7.14 8.34 9.48 10.64 11.79 (1)小明同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上用描點法畫出x-m圖像如圖(乙)所示,根據(jù)圖像他得出結(jié)論:彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系,而是一次函數(shù)關(guān)系.他結(jié)論錯誤的原因是　 . (2)作出的圖線與坐標系縱軸有一截距,其物理意義是_______________________,該彈簧的勁度系數(shù)k=____________N/m.(取g=10 m/s2,保留3位有效數(shù)字) (3)請你判斷該同學得到的實驗結(jié)果與考慮砝碼盤的質(zhì)量相比,結(jié)果______(填“偏大”“偏小”或“相同”). 解析:(1)在x-m圖像中,x表示彈簧的長度而不是彈簧的伸長量,故他得出彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系而是一次函數(shù)關(guān)系的錯誤結(jié)論. (2)圖線與縱坐標的交點表示未放砝碼時彈簧的長度.圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù), k== N/m=25.7 N/m. (3)根據(jù)公式F=kΔx計算出的勁度系數(shù),與是否考慮砝碼盤的質(zhì)量沒有關(guān)系,故結(jié)果相同. 創(chuàng)新性實驗 【典例4】(xx湖南益陽調(diào)研)彈簧的彈力與其形變量遵循胡克定律.其實橡皮筋也像彈簧一樣,在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成正比,即F=kx,其中k是一個比例系數(shù),類似于彈簧的勁度系數(shù),k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān).理論與實驗都表明k= ,其中Y是由材料決定的常數(shù),材料力學中稱之為楊氏模量. (1)物理公式能夠反映物理量的單位關(guān)系,則在國際單位制中,楊氏模量Y的單位應該是_____　　　　. A.N B.m C.N/m D.N/m2 (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋,用螺旋測微器測量它的直徑如圖(甲)所示,則讀數(shù)為_________　mm. (3)通過實驗測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù),并作出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖像如圖(乙)所示.圖像中圖線發(fā)生彎曲的原因是_____________________. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:研究橡皮筋的彈力與伸長量x之間的關(guān)系. 2.設問方式的創(chuàng)新:提出了影響橡皮筋的勁度系數(shù)的規(guī)律,借此考查單位制和螺旋測微器的讀數(shù)方法. 【典例5】(xx江西南昌一模)某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長l0的關(guān)系實驗中,按如圖所示安裝好實驗裝置,讓刻度尺零刻度與輕質(zhì)彈簧上端平齊,在彈簧上安裝可移動的輕質(zhì)指針P,實驗時的主要步驟是: ①將指針P移到刻度尺l01=5 cm處,在彈簧掛鉤上掛上200 g的鉤碼,靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來; ②取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l02=10 cm處,在彈簧掛鉤上掛上250 g的鉤碼,靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來; ③取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l03=15 cm處,在彈簧掛鉤上掛上50 g的鉤碼,靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來……重復進行,每次都將指針P下移5 cm,同時保持掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量不變. 將實驗所得數(shù)據(jù)記錄、列表如下: 次數(shù) 彈簧原長l0/cm 彈簧長度l/cm 鉤碼質(zhì)量m/g 1 5.00 7.23 200 2 10.00 15.56 250 3 15.00 16.67 50 4 20.00 22.23 50 5 25.00 30.56 50 根據(jù)實驗步驟和列表數(shù)據(jù),回答下列問題: (1)重力加速度g取10 m/s2.在次數(shù)3中,彈簧的原長為15 cm 時,其勁度系數(shù)k3= ____________ N/m. (2)同一根彈簧所取原長越長,彈簧的勁度系數(shù)___________(彈簧處在彈性限度內(nèi)). A.不變 B.越大 C.越小 D.無法確定 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.探究內(nèi)容創(chuàng)新,探究彈簧勁度系數(shù)與長度的關(guān)系. 2實驗方法創(chuàng)新,同一彈簧中取不同長度. 3.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新,由測量數(shù)據(jù)尋求彈簧勁度系數(shù)隨長度的變化規(guī)律. 實驗三　驗證力的平行四邊形定則 基礎(chǔ)性實驗 【典例6】(xx大連重點中學聯(lián)考)在探究求合力的方法時,先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細繩.實驗時,需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧測力計通過細繩拉橡皮條. (1)同學們在操作過程中有如下議論,其中對減小實驗誤差有益的說法是_____(填字母代號). A.兩根細繩必須等長 B.彈簧測力計、細繩、橡皮條都應與木板平行 C.用兩彈簧測力計同時拉細繩時,兩彈簧測力計示數(shù)適當大一些 D.拉橡皮條的細繩要長些,標記同一細繩方向的兩點要遠些 (2)當橡皮條的活動端拉到O點時,兩根細繩相互垂直,如圖所示.這時彈簧測力計a,b的讀數(shù)分別為________N和______________N. (3)在給出的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力,并利用作圖法求出合力大小為_____________N. (3)以方格紙上一個小格的邊長作為0.5 N的標度,作出兩個拉力的圖示,以這兩個拉力為鄰邊作平行四邊形,則所夾的對角線就表示合力的大小和方向,如圖所示.量出該對角線的長度,結(jié)合標度,可得合力大小約為4.70 N. 高考創(chuàng)新實驗 【典例7】(xx上饒檢測)某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材做“探究求合力的方法”,設計了如圖所示的實驗裝置,固定在豎直木板上的量角器的直邊水平,橡皮條的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處,另一端系繩套1和繩套2,主要實驗步驟如下: Ⅰ.彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點到達O點處,記下彈簧測力計的示數(shù)F; Ⅱ.彈簧測力計掛在繩套1上,手拉著繩套2,緩慢拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點到達O處,此時繩套1沿0方向,繩套2沿120方向,記下彈簧測力計的示數(shù)F1; Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1′=①. Ⅳ.比較②即可初步驗證 Ⅴ.只改變繩套2的方向,重復上述實驗步驟. 回答下列問題: (1)完成實驗步驟中①___________________　;②______________________________; (2)將繩套1由0方向緩慢轉(zhuǎn)動到60方向,同時繩套2由120方向緩慢轉(zhuǎn)動到180方向,此過程中保持橡皮條的結(jié)點在O處不動,保持繩套1和繩套2的夾角120不變,關(guān)于繩套1的拉力大小的變化,下列結(jié)論正確的是_______________.(填選項前的序號) A.逐漸增大 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗器材的改進:用一只彈簧測力計和一個量角器. 2.實驗思路的改進:先利用平行四邊形定則計算某一分力的大小,與其測量值比較. 3.實驗設問的改進:在保證合力不變,兩分力夾角不變的條件下改變兩分力方向,確定兩分力的大小變化情況. 【典例8】(xx河北武邑中學質(zhì)檢)某同學用如圖所示的實驗裝置“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,手持另一端向水平左拉,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點的位置和細線的方向. (1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為______________N. (2)下列實驗要求不必要的是_____________(填選項前對應的字母). A.應測量重物M所受的重力 B.彈簧測力計應在使用前校零 C.細線方向應與木板平面平行 D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中,該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程,請你提出兩個解決辦法. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗方案的改進:在合力不變(重物M的重力表示合力)的前提下,改變兩分力的大小、方向,驗證分力與合力的平行四邊形定則. 2.實驗操作的拓展:改變多次實驗結(jié)點在同一位置的“思維定勢”,即等效替代并不一定結(jié)點位置不變. 實驗四　驗證牛頓運動定律 基礎(chǔ)性實驗 【典例9】(xx安徽合肥質(zhì)檢)某實驗小組在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中, (1)在閉合開關(guān)之前,甲同學將實驗器材組裝成圖(甲)所示.請指出該裝置中的錯誤或不妥之處(只要答出其中的兩點即可): 　 . (2)乙同學將上述裝置調(diào)整正確后進行實驗,在實驗中得到如圖(乙)所示的一條紙帶,圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出,由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車加速度為______________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) (3)丙同學在利用上述調(diào)整好的裝置進行實驗中,保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變,小車自身的質(zhì)量為M且保持不變,改變小車中砝碼的質(zhì)量m,并測出小車中放不同質(zhì)量砝碼時所對應的加速度a,以m為橫坐標,為縱坐標,在坐標紙上作出如圖(丙)所示的m關(guān)系圖線,圖中縱軸上的截距為b,則小車受到的拉力大小為　　　　. 解析:(1)①打點計時器應該用交流電源(圖中干電池為直流電源);②本實驗應該將木板的右端墊高,平衡摩擦力;③小車離定滑輪太近(離打點計時器較遠),小車應靠近打點計時器且打點計時器應距左端較遠,這樣便于小車運動較長的時間,從而能獲取較多數(shù)據(jù),準確測量小車的加速度,減小誤差. 解析:(2)圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得 a=m/s2=0.49 m/s2. 解析:(3)根據(jù)題意,由牛頓第二定律得F=(M+m)a, 則=+m,則m圖像中截距b=, 則小車受到的拉力大小F=. 高考創(chuàng)新實驗 【典例10】(xx福建龍巖四校聯(lián)考)甲、乙、丙三個實驗小組分別采用如圖(甲)、(乙)、(丙)所示的實驗裝置,驗證“當質(zhì)量一定時,物體運動的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律.已知他們使用的小車完全相同,小車的質(zhì)量為M,重物的質(zhì)量為m,試回答下列問題. (1)甲、乙、丙三組實驗中,必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小組是　　　　. (2)實驗時,必須滿足“M遠大于m”的實驗小組是　　　　. (3)實驗時,甲、乙、丙三組同學的操作均完全正確,他們作出的a-F圖線如圖(丁)中A,B,C所示,則甲、乙、丙三組實驗對應的圖線依次是　　　　. (4)實驗時,乙組同學得到的一條紙帶如圖(戊)所示,從比較清晰的點起,每5個點取一個計數(shù)點,打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,根據(jù)所標的測量數(shù)據(jù)可算得:小車的加速度為　_________m/s2,打下“2”點時小車的速度為________m/s. (4)相鄰兩計數(shù)點間時間間隔T=0.1 s,根據(jù)Δx=aT2得, a=0.16 m/s2,由v2=________ =0.36 m/s. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:乙實驗中應用彈簧測力計測繩的拉力,在小車上裝滑輪,這樣直觀得出小車的合力;丙實驗中應用力傳感器直接得小車的合力. 2.設問方式的創(chuàng)新:三種實驗方案對比,確定它們對應的a-F圖線. 【典例11】(xx東北三省四市聯(lián)考)某同學利用如圖(甲) 所示的實驗裝置探究加速度與力的關(guān)系.該同學在氣墊導軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放. (1)該同學用游標卡尺測量遮光條的寬度d,如圖(乙)所示,則d=　　　　cm. (2)實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是　 . (3)下列不必要的一項實驗要求是　　　　. A.應將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平 B.應使細線與氣墊導軌平行 C.應使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 D.應使A位置與光電門間的距離適當大些 (4)改變鉤碼質(zhì)量,測出對應的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t,通過描點作出線性圖像,研究滑塊的加速度與力的關(guān)系,處理數(shù)據(jù)時應作出　　　(填“t2F”“F”或“F”)圖像. 解析:(1)由圖知第15條刻度線與主尺對齊,d=1 mm+150.05 mm=1.75 mm= 0.175 cm. (2)滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是遮光條經(jīng)過光電門的平均速度,若要求得滑塊的加速度,還需要測量A位置到光電門的距離L. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗方案的創(chuàng)新:滑塊在水平氣墊導軌上加速運動,利用光電門測速度,力傳感器直接得到滑塊受到的合力. 2.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新:利用測得的運動狀態(tài)量,由運動學公式v2=2ax求加速度;再結(jié)合牛頓第二定律推導函數(shù)關(guān)系,從而確定對應的圖像. 實驗五　探究動能定理 基礎(chǔ)性實驗 【典例12】(xx江蘇卷,10)利用如圖(甲)所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系.小車的質(zhì)量為M=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g,打點計時器的電源為50 Hz的交流電. (1)掛鉤碼前,為了消除摩擦力的影響,應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,直至向左輕推小車觀察到　 . (2)掛上鉤碼,按實驗要求打出的一條紙帶如圖(乙)所示.選擇某一點為O,依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點.用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx,記錄在紙帶上.計算打出各計數(shù)點時小車的速度v,其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=　　　　m/s. (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mgΔx算出拉力對小車做的功W.利用Ek= Mv2算出小車動能,并求出動能的變化量ΔEk.計算結(jié)果見下表. W/(10-3J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 ΔEk/(10-3J) 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出ΔEk-W圖像. (4)實驗結(jié)果表明,ΔEk總是略小于W.某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的.用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=　 N. （4）由于W=mgΔx,ΔEk=FΔx, 則有F=mg=0.019.8 N≈0.093 N. 高考創(chuàng)新實驗例析 【典例13】(xx遼寧大連模擬)某同學用如圖所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系.圖中A為小車,連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上,C為彈簧測力計,不計繩與滑輪的摩擦.實驗時,先接通電源再松開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點. (1)該同學在一條比較理想的紙帶上,依次選取0,1,2,3,4,5共六個計數(shù)點,分別測量后5個計數(shù)點與計數(shù)點0之間的距離,并計算出它們與0點之間的速度平方差Δv2(Δv2=v2- ),填入下表: 計數(shù)點 x/cm Δv2/(m2s-2) 0 / / 1 1.60 0.04 2 3.60 0.09 3 6.00 0.15 4 7.00 0.19 5 9.20 0.23 請以Δv2為縱坐標,以x為橫坐標在方格紙中作出Δv2-x圖像.若測出小車質(zhì)量為0.2 kg,結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為　　　　 N. (2)該同學通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計讀數(shù),明顯超出實驗誤差的正常范圍.你認為主要原因是___________　,實驗操作中改進的措施是_____________. (2)主要原因是長木板對小車存在摩擦力;應將木板左端墊高,以平衡摩擦力,減小誤差. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗原理的創(chuàng)新:可用彈簧測力計直接測繩拉力大小,故不必滿足小車質(zhì)量遠大于懸掛物的質(zhì)量. 2.數(shù)據(jù)處理的改進:利用圖像的斜率求相關(guān)物理量. 【典例14】(xx廣州模擬)用如圖(甲)所示的實驗裝置完成“探究動能定理”實驗.請補充完整下列實驗步驟的相關(guān)內(nèi)容: (1)用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0;用游標卡尺測量遮光片的寬度d,游標卡尺的示數(shù)如圖(乙)所示,其讀數(shù)為____________cm;按圖(甲)所示安裝好實驗裝置,用米尺測量兩光電門之間的距離s; (2)在砝碼盤中放入適量砝碼;適當調(diào)節(jié)長木板的傾角,直到輕推小車,遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等; (3)取下細線和砝碼盤,記下_____________(填寫相應物理量及其符號); (4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放,用數(shù)字毫秒計時器分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB; (5)步驟(4)中,小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合=_________　,小車動能變化量ΔEk=　______________(用上述步驟中的物理量表示,重力加速度為g),比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系; (6)重新掛上細線和砝碼盤,改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量,重復(2)～(5)步驟. (7)本實驗中,以下操作或要求是為了減小實驗誤差的是　　　　. A.盡量減小兩光電門間的距離s B.調(diào)整滑輪,使細線與長木板平行 C.砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 (5)小車從光電門A下滑至光電門B過程中合外力做的總功W合=(m+m0)gs,小車動能變化量ΔEk=M()2-M()2,比較W合和ΔEk的值,找出兩者之間的關(guān)系. 【創(chuàng)新/改進點分析】 1.實驗器材的改進:利用光電門測量小車的速度更準確. 2.實驗原理的創(chuàng)新:通過調(diào)節(jié)長木板的傾角及砝碼盤中放適量砝碼,使小車在斜面上勻速運動,用砝碼和砝碼盤的總重力當做小車運動的合外力. 實驗六　驗證機械能守恒定律 基礎(chǔ)性實驗 .【典例15】(xx天津卷,9)如圖所示,打點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落,利用此裝置驗證機械能守恒定律. (1)對于該實驗,下列操作中對減小實驗誤差有利的是　　　　. A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正 C.精確測量出重物的質(zhì)量 D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物 (2)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶較長,圖中有部分未畫出,如圖所示.紙帶上各點是打點計時器打出的計時點,其中O點為紙帶上打出的第一個點.重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出,利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有___________　. A.OA,AD和EG的長度 B.OC,BC和CD的長度 C.BD,CF和EG的長度 D.AC,BD和EG的長度 高考創(chuàng)新實驗 【典例16】(xx遼寧沈陽模擬)某同學利用圖示裝置,驗證以下兩個規(guī)律: ①兩物塊通過不可伸長的細繩相連接,沿繩分速度相等; ②系統(tǒng)機械能守恒. P,Q,R是三個完全相同的物塊,P,Q用細繩連接,放在水平氣墊桌上,物塊R與輕滑輪連接,放在正中間,a,b,c是三個光電門,調(diào)整三個光電門的位置,能實現(xiàn)同時遮光,整個裝置無初速度釋放. (1)為了能完成實驗,除了記錄P,Q,R上三個遮光片的遮光時間t1,t2,t3外.還必須測量的物理量有_________. A.P,Q,R的質(zhì)量M B.兩個定滑輪的距離d C.R的遮光片到c的距離H D.遮光片的寬度x (2)根據(jù)裝置可以分析出P,Q的速度大小相等,驗證表達式為　　　　　. (3)若要驗證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等,則驗證表達式為　　　　　. (4)若已知當?shù)刂亓铀俣萭,則驗證系統(tǒng)機械能守恒的表達式為　　　　　. 解析:(1)驗證系統(tǒng)機械能守恒,表達式是MgH=M+M+M,可知質(zhì)量M可以約去,對實驗結(jié)果不會有影響,因此不需要測量P,Q,R的質(zhì)量M,選項A錯誤;根據(jù)驗證的表達式可知,與兩個定滑輪的距離d無關(guān),選項B錯誤;根據(jù)驗證的表達式可知,需要測量R的遮光片到c的距離H,這樣才能計算出系統(tǒng)減少的重力勢能,選項C正確;根據(jù)驗證的表達式可知,要測量P,Q,R三個物塊遮光片通過光電門的速度,因此需要測量遮光片的寬度x,速度v=,選項D正確. 【創(chuàng)新/改進點分析】 實驗方案創(chuàng)新:利用三個物塊運動中的ΔEp減=ΔEk增驗證,需用三個光電門測出三個物塊的速度.