适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习第一编核心专题突破专题7物理实验第一讲力学实验课件

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考点一　纸带类和光电门类实验
命题角度1探究小车速度随时间变化的规律(1)根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,测出不同时刻的瞬时速度,然后绘制v-t图像,分析运动规律。(2)根据纸带用逐差法直接测量加速度或由v-t图像斜率求加速度。
充分利用数据,减小误差
命题角度2探究加速度与物体受力、物体质量的关系(1)平衡阻力,垫高长木板使不挂槽码的小车能匀速下滑,不用重复平衡阻力。(2)实验必须保证的条件:小车质量m≫槽码质量m'。特别提醒一定理解实验原理,有些创新实验方案中不需要满足以上两条。命题角度3验证机械能守恒定律(1)竖直安装打点计时器,以减少摩擦力。(2)选用质量大、体积小、密度大的材料。
(3)选取第1、2两点间距离接近2 mm的纸带,用mgh= mv2进行验证。
命题角度4验证动量守恒定律(1)利用气垫导轨和光电门测出物体碰撞前后的速度,验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'或m1v1=(m1+m2)v2。(2)利用等长摆球完成一维碰撞,测出摆球速度,验证的表达式:m1v1=m1v1'+m2v2'。(3)利用斜槽滚球水平射程的测量,验证的表达式:m1lOP=m1lOM+m2lON。
深化拓展1.纸带问题的两个关键点(1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点,计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的。 (2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放纸带。
2.纸带数据的处理方法
典例剖析例1　(命题角度4)(2023辽宁卷)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中OA为水平段,选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2),将硬币甲放置在斜面上某一位置,标记此位置为B。由静止释放甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处,左侧与O点重合,将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON,保持释放位置不变,重复实验若干次,得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。(1)在本实验中,甲选用的是　　　　(选填“一元”或“一角”)硬币; (2)碰撞前,甲到O点时速度的大小可表示为　　　　(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g); 
(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒,则 =　　　　　　(用m1和m2表示),然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒; (4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1,写出一条产生这种误差可能的原因:　　　 　　　　　　　　　　　　。 
存在空气阻力;硬币大小不能忽略,不可视为质点等
解析 (1)甲碰撞乙,为了使碰撞后甲的速度方向不变,则甲的质量应该大于乙的质量,已知一元硬币的质量大于一角硬币的质量,所以甲选用的是一元硬币。(2)对甲,从O到P做匀减速直线运动,设甲到O 点时的速度大小为v0,加速度
(4)存在空气阻力;硬币大小不能忽略,不可视为质点等。
练真题·明考向1.(命题角度4)(2022浙江1月选考)探究碰撞中的不变量的实验装置如图所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。
(1)实验应进行的操作有　　　　。 A.测量滑轨的长度B.测量小车的长度和高度C.碰撞前将滑轨调成水平
(2)下表是某次实验时测得的数据:
由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是_________　　　　kg·m/s。(结果保留3位有效数字) 
解析 (1)碰撞前将滑轨调成水平,保证碰撞前后A、B两车做匀速直线运动即可,没有必要测量滑轨的长度和小车的长度、高度,故选C。(2)由表中数据可知小车A的质量小于小车B的质量,则碰后小车A反向运动,设碰前小车A的运动方向为正方向,则可知碰后系统的总动量大小为p'=mBvB-mAvA',解得p'=0.200 kg·m/s。
2.(命题角度1、2)(2022浙江6月选考)(1)探究小车速度随时间变化的规律实验装置如图1所示,长木板水平放置,细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分,以计数点O为位移测量起点和计时起点,则打计数点B时小车位移大小为　　　　cm。由图3中小车运动的数据点,求得加速度为　　　　m/s2(保留2位有效数字)。 
(2)利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验,需调整的是　　　　。 A.换成质量更小的车B.长木板的倾斜程度C.把钩码更换成砝码盘和砝码D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角
解析 (1)依题意,打计数点B时小车位移大小为6.20 cm,考虑到偶然误差,6.15~6.25 cm均可;由图3中小车运动的数据点,有 a= m/s2=1.9 m/s2,考虑到偶然误差,1.7~2.1 m/s2均可。(2)利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,需要满足小车质量远大于钩码质量,所以不需要换质量更小的车,A错误;利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,需要利用小车的重力沿斜面向下的分力平衡其摩擦力,所以需要将长木板安装打点计时器一端适当垫高一些,B正确;以系统为研究对象,依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实
知m1≈4m2,而利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂质量远小于小车质量,即m2≪m1,可知目前实验条件不满足,所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时,需将钩码更换成砝码盘和砝码,以满足小车质量远大于所悬挂物体的质量,C正确;实验过程中,连接砝码盘和小车的细绳需跟长木板始终保持平行,与之前的相同,D错误。
练模拟·提能力1.(命题角度2)(2023山东临沂一模)某同学用如图甲所示装置验证小车加速度与力的关系。小车通过轻绳与钩码相连,固定在小车上的挡光片宽度为d,光电门固定在轨道上。实验时,将小车从某一位置由静止释放,通过光电门测出挡光片的挡光时间Δt,实验中小车从同一位置由静止释放,记录弹簧测力计的示数F。改变动滑轮下悬挂的钩码个数,进行多次测量,测得多组Δt和F,根据测得的数据在坐标系 -F中,得到如图乙所示的点和一条过原点的直线。
(1)下列关于该实验的说法正确的是　　　; A.实验操作过程中需要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力B.该实验中,钩码的质量需远小于小车质量C.小车加速时,弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半D.在误差允许的范围内,小车加速度与悬挂的钩码所受的重力大小的一半成正比
(2)在实验操作完全正确的情况下,若小车的位移为x,小车的质量为m,请写出 关于F的函数表达式　　　　　　　　　; (3)该同学实验后发现图像在纵轴上有一正截距,原因可能是　　　　　　　　　。 
解析 (1)为了使弹簧测力计的读数等于小车所受的合力,实验操作过程中需要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力,A正确;该实验中,由于有弹簧测力计测量小车的拉力,则不需要钩码的质量远小于小车质量,B错误;小车加速时,钩码失重,则弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半,C正确;由于弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半,则小车加速度与悬挂的钩码所受的重力大小的一半不是成正比,D错误。
(3)图线在纵轴上有一正截距,说明没有加力F时,小车已经运动,据此可知木板一端抬得过高,小车平衡摩擦力过度。
2.(命题角度3)一学习小组利用给定的器材验证机械能守恒定律,步骤如下:(1)分别测量给定的两物块的质量,质量大的为物块1,其质量记为m1;质量小的为物块2,其质量记为m2。(2)按图甲所示组装器材:物块1、2由跨过轻质定滑轮的细绳连接,物块2下端与打点计时器纸带相连,初始时,托住物块1,两物块保持静止,且纸带竖直绷紧,打点计时器所用的交流电源频率为50 Hz,相邻两次打点的时间间隔记为Δt。
(3)接通打点计时器的电源,释放物块1,两物块开始运动,打出的纸带中的一段经整理后如图乙所示,每两个相邻的点之间还有4个打出的点未画出,将相邻点的间距依次记为s1、s2、s3、s4和s5,测量并记下它们的大小。(4)利用上述表示各物理量的符号和重力加速度的大小g完成下列填空:在打出图乙中B点时,物块的运动速度大小为　　　　;从打出B点到打出E点,系统动能增加量为ΔEk=　　　 　,系统的重力势能减少量为ΔEp=　 　　　。 
(s2+s3+s4)(m1-m2)g
(5)该小组的实测数据为m1=0.250 kg,m2=0.200 kg,s1=16.4 mm,s2=27.2 mm, s3=39.8 mm,s4=49.6 mm,s5=59.0 mm,取g=9.80 m/s2,则ΔEk=　　　J,ΔEp=　　　J,两者的相对偏差δ= =　　　　%,如果δ