(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(mén)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(mén)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(mén)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(mén)的平均速度表示鋼球球心通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。測(cè)出兩光電門(mén)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(mén)的平均速度______(填“>”或“<”)鋼球球心通過(guò)光電門(mén)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(mén)的平均速度等于鋼球球心通過(guò)光電門(mén)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(mén)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(mén)的平均速度小于鋼球球心通過(guò)光電門(mén)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(mén)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(mén)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(pán)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(mén)1處導(dǎo)軌標(biāo)尺讀數(shù)為:20.0 cm,光電門(mén)2處導(dǎo)軌標(biāo)尺讀數(shù)為:70.0 cm, 故兩光電門(mén)中心之間的距離s=70.0 cm-20.0 cm=50.0 cm。 (2)由于光電門(mén)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(mén)1的瞬時(shí)速度為:v1=,滑塊通過(guò)光電門(mén)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(pán)所受的重力作為小車(chē)的拉力,故不需要滿足砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)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(huà)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(chē)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(chē)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(chē)、壓力式托盤(pán)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(pán)秤上,如圖(a)所示,托盤(pán)秤的示數(shù)為1.00 kg。 (2)將玩具小車(chē)靜置于凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí),托盤(pán)秤的示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為_(kāi)_______kg。 (3)將小車(chē)從凹形橋模擬器某一位置釋放,小車(chē)經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)。此過(guò)程中托盤(pán)秤的最大示數(shù)為m;多次從同一位置釋放小車(chē),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(chē)經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為_(kāi)_______N;小車(chē)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(pán)秤的示數(shù)為1.40 kg。 (4)小車(chē)5次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)托盤(pán)秤的示數(shù)平均值為m= kg=1.81 kg。小車(chē)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(chē)的質(zhì)量為m′=(1.40-1.00)kg=0.40 kg,小車(chē)經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力等于橋?qū)π≤?chē)的支持力,對(duì)小車(chē),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(xiě)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(pán)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(lèi)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(xiě)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(huà)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(huà)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(mén)=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(zhuān)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(mén)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(mén)的時(shí)間為t,則A端通過(guò)光電門(mén)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(chē)A、B放置在木板右端,用細(xì)線繞過(guò)滑輪組后與兩小車(chē)相連。兩條紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后分別與小車(chē)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(chē)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(chē)同時(shí)釋放。在小車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē) C.調(diào)整定滑輪的高度,使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)線與木板平行 D.平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力時(shí),將細(xì)線與小車(chē)連接起來(lái) 解析:(1)由題圖2可知,小車(chē)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(chē)B受的拉力等于小車(chē)A所受拉力的2倍,測(cè)出小車(chē)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(chē)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(chē)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(chē),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≤?chē)的細(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(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力時(shí),只讓小車(chē)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(huà)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(huà)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) ②5.0 (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′- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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