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(共20张PPT)
专题十四　力学、热学实验
考向1　测量类实验
研透真题·破题有方
(2020·北京等级考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是:　　　　(选填选项前的字母)。?
A.小车质量相同,钩码质量不同
B.小车质量不同,钩码质量相同
C.小车质量不同,钩码质量不同
(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与
质量M的7组实验数据,如表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,
请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-
图象。
次数
1
2
3
4
5
6
7
a/(m·s-2)
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
M/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是:　　　　　(选填选项前的字母)。?
A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力
B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力
C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力
D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
【解析】(1)为了探究加速度与质量的关系,必须控制小车所受拉力相同,而让小
车的质量不同,所以钩码质量相同,故B正确。
(2)数据描点和a-
图象如图所示:
(3)受力图如图所示:
使小车沿倾角合适的斜面运动,小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力,则小车受力可等效为只受绳的拉力,故A正确;若斜面倾角过大,重力沿斜面的分力大于摩擦力,小车所受合力将大于绳的拉力,不利于简化“力”的测量,B错误;由牛顿第二定律可知,无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都大于绳的拉力,C错误;当小车的质量远大于砂和桶的质量时,砂和桶的重力近似等于绳的拉力,D错误,故选A。
答案:(1)B　(2)见解析　(3)图见解析　A
【真题解码】
(1)审题破题眼:
(2)命题陷阱点:对探究加速度与力的关系中的力理解不到位
实验中需要的测量的力是小车受到的合力,只有当绳的拉力就是小车所受合力时才容易测量;另一方面,只有当小车质量远远的大于砂和桶的质量时,绳的拉力才可近似看作砂和桶的重力。
必备知能·融会贯通
【核心必备】测量型实验的处理方法
1.明确题目要求的测量数据,做到准确测量和读数。
2.了解各个测量数据的物理意义。
3.结合物理知识和规律分析数据。
1.(探究胡克定律)如图所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有:_____________。?
(2)实验中需要测量的物理量有:__________________。?
(3)为完成该实验,设计实验步骤如下:
多维猜押·制霸考场
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:________________________。?
【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量;
(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度);
(3)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
答案:(1)刻度尺
(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)　(3)CBDAEFG
2.(探究动量守恒)气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。
采用的实验步骤如下:
①用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。
②调整气垫导轨,使导轨处于水平。
③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上。
④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。
⑤按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量是　　　　　。?
(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是　　　　　　　　,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因是
　　　　　　　　;?
(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小?若能,请写出表达式:　　　　　　　　　　　　　　　　。?
2.【解析】(1)验证动量守恒,需要知道物体的运动速度,在已经知道运动时间
的前提下,需要测量运动物体的位移,即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2。
(2)由于运动前两物体是静止的,故总动量为零,运动后两物体是向相反方向运
的,设向左运动为正,则有mAvA-mBvB=0,即mA
-mB
=0。造成误差的原因:一是
测量本身就存在误差,如测量质量、时间、距离等存在误差;二是空气阻力或者
是导轨不是水平的等。
(3)根据能量守恒知,两运动物体获得的动能之和就是弹簧的弹性势能,所以能
测出。故有ΔEp=
(mA
+mB
)。
答案:(1)B的右端至D板的距离L2
(2)mA
-mB
=0　原因见解析
(3)见解析专题十四　力学、热学实验
考向1　测量类实验
(2020·北京等级考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:
(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是:　　　　(选填选项前的字母)。?
A.小车质量相同,钩码质量不同
B.小车质量不同,钩码质量相同
C.小车质量不同,钩码质量不同
(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-图象。
次数
1
2
3
4
5
6
7
a/(m·s-2)
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
M/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是:　　　　　(选填选项前的字母)。?
A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力
B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力
C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力
D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
(1)审题破题眼:
(2)命题陷阱点:对探究加速度与力的关系中的力理解不到位
实验中需要的测量的力是小车受到的合力,只有当绳的拉力就是小车所受合力时才容易测量;另一方面,只有当小车质量远远的大于砂和桶的质量时,绳的拉力才可近似看作砂和桶的重力。
测量型实验的处理方法
1.明确题目要求的测量数据,做到准确测量和读数。
2.了解各个测量数据的物理意义。
3.结合物理知识和规律分析数据。
1.(探究胡克定律)如图所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有:________________________________。?
(2)实验中需要测量的物理量有:___________________________________。?
(3)为完成该实验,设计实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:
____________________________。?
2.(探究动量守恒)气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。
采用的实验步骤如下:
①用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。
②调整气垫导轨,使导轨处于水平。
③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上。
④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。
⑤按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量是　　　　　。?
(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是　　　　　　　　,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因是　;?
(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小?若能,请写出表达式:_____________________________________________________。?
专题十四　力学、热学实验
考向1
///研透真题·破题有方///
　【解析】(1)为了探究加速度与质量的关系,必须控制小车所受拉力相同,而让小车的质量不同,所以钩码质量相同,故B正确。
(2)数据描点和a-图象如图所示:
(3)受力图如图所示:
使小车沿倾角合适的斜面运动,小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力,则小车受力可等效为只受绳的拉力,故A正确;若斜面倾角过大,重力沿斜面的分力大于摩擦力,小车所受合力将大于绳的拉力,不利于简化“力”的测量,B错误;由牛顿第二定律可知,无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都大于绳的拉力,C错误;当小车的质量远大于砂和桶的质量时,砂和桶的重力近似等于绳的拉力,D错误,故选A。
答案:(1)B　(2)见解析　(3)图见解析　A
///多维猜押·制霸考场///
1.【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量;
(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度);
(3)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
答案:(1)刻度尺
(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)　(3)CBDAEFG
2.【解析】(1)验证动量守恒,需要知道物体的运动速度,在已经知道运动时间的前提下,需要测量运动物体的位移,即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2。
(2)由于运动前两物体是静止的,故总动量为零,运动后两物体是向相反方向运动的,设向左运动为正,则有mAvA-mBvB=0,即mA-mB=0。造成误差的原因:一是测量本身就存在误差,如测量质量、时间、距离等存在误差;二是空气阻力或者是导轨不是水平的等。
(3)根据能量守恒知,两运动物体获得的动能之和就是弹簧的弹性势能,所以能测出。故有ΔEp=(mA+mB)。
答案:(1)B的右端至D板的距离L2
(2)mA-mB=0　原因见解析
(3)见解析

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