1、专题六 实验技能与创新 第1讲 力学实验 建体系论要点_知识串联_熟记核心要点 思维导图思维导图 考情分析考情分析 1.系统误差：系统误差： 由于由于仪器本身不精密、 实验方法粗略或实验原理不完善仪器本身不精密、 实验方法粗略或实验原理不完善而产而产 生的误差生的误差。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、 完善原理和精确实验的方法来减小。完善原理和精确实验的方法来减小。 2.偶然误差：偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确，作图不规范造成的误由各种偶然因素如测量、读数不准确，作图不规范造成的误 差差。偶然误差表现为重
2、复做同一实验时总是时而偏大时而偏小。偶然误。偶然误差表现为重复做同一实验时总是时而偏大时而偏小。偶然误 差可用多次测量取平均值或作图的方法来减小。差可用多次测量取平均值或作图的方法来减小。 3.有效数字：有效数字： 带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。 有效数字从左有效数字从左 边第一个不为零的数字算起边第一个不为零的数字算起，如，如 0.012 5 为三位有效数字，中学阶段一般为三位有效数字，中学阶段一般 取取 2 位或位或 3 位有效数字位有效数字。 4.时间测量类仪器时间测量类仪器 (1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为打点计时器：每打两个点
3、的时间间隔为 0.02 s，一般每五个点取一个，一般每五个点取一个 计数点，则时间间隔为计数点，则时间间隔为 t0.025 s0.1 s。 (2)频闪照相机：用相等时间间隔获取图像信息的方法，将物体在不同时频闪照相机：用相等时间间隔获取图像信息的方法，将物体在不同时 刻的位置记录下来。刻的位置记录下来。 (3)光电门计时器：记录遮光时间光电门计时器：记录遮光时间 t，可以求瞬时速度。把遮光条，可以求瞬时速度。把遮光条(宽度为宽度为 d)通过光电门的时间通过光电门的时间 t 内的平均速度看作物体内的平均速度看作物体经过光电门的瞬时速度，经过光电门的瞬时速度， 即即 v d t。 。 5.利用纸带
4、求瞬时速度的方法利用纸带求瞬时速度的方法 在匀变速直线运动中，利用在匀变速直线运动中，利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻 的瞬时速的瞬时速度求解度求解。 测出与第测出与第 n 点相邻的前、后两段相等时间点相邻的前、后两段相等时间 T 内的距离内的距离 xn和和 xn 1，由公式，由公式 vnx n xn 1 2T 算出。算出。 6.利用纸带求加速度的方法利用纸带求加速度的方法 (1)利用利用 ax T2 求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利 用用 xxn 1xnaT2求加速度求加速度
5、a。 (2)利用利用 v- t 图像求解：画出图像求解：画出 v- t 图像，图像，图线的斜率为物体做匀变速直线运图线的斜率为物体做匀变速直线运 动的加速度动的加速度。 (3)利用光电门求加速度利用光电门求加速度 若两个光电门之间的距离为若两个光电门之间的距离为 L，则，则利用速度与位移的关系利用速度与位移的关系可求加速度，可求加速度， 即即 av 2 2 v2 1 2L 。 考向一 长度的测量及读数 研考向提能力_考向研析_掌握应试技能 游标卡尺游标卡尺(不估读不估读) (1)读数：测量值主尺读数读数：测量值主尺读数 (mm)精度精度游标尺上对齐游标尺上对齐 刻线数值刻线数值(mm)。 (2
6、)常用精确度：常用精确度：10 分度游标，分度游标， 精度精度 0.1 mm； 20 分度游标，精度分度游标，精度 0.05 mm； 50 分度游标，精度分度游标，精度 0.02 mm 螺旋测微器螺旋测微器(需估读需估读) 测量值固定刻度可动刻测量值固定刻度可动刻 度度(带估读值带估读值)0.01 mm 典例典例 1 (1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为 9 mm 长长 10 等分、等分、19 mm 长长 20 等分、等分、49 mm 长长 50 等分，它们的读数依等分，它们的读数依 次为次为_ mm、_ mm、_ mm
7、。 (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为_ mm。 解析 (1)甲图读数：整毫米数是17 mm，不足1毫米数是20.1 mm0.2 mm，最后读数是17 mm0.2 mm 17.2 mm；乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是70.05 mm0.35 mm，最后读数是23 mm0.35 mm 23.35 mm；丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是190.02 mm0.38 mm，最后读数是10 mm0.38 mm10.38 mm。 (2)半毫米刻度线已经露出，固定刻度示数为6.5 mm，由螺旋测微器的读数方法，可知
8、金属丝的直径d6.5 mm 20.00.01 mm6.700 mm。 答案 (1)17.2 23.35 10.38 (2)6.700(6.6996.701均正确) 易错警示 游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 (1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有 2位。 (2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。游标卡尺读数不估读。 (3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错，如典例中游标卡尺的读数，看清“0”刻度线。 (4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出，如典
9、例中半毫米刻度线已经露出； 要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即结果若用mm为单位，则小数点后必须保留三位数字。 1图中游标卡尺的读数为_ mm，螺旋测微器的读数为_ mm。 答案：52.35 1.990(1.8991.991均正确) 解析：解析：游标卡尺的读数为游标卡尺的读数为 l52 mm7 1 20 mm 52.35 mm； 螺旋测微器的读数为螺旋测微器的读数为 d1.5 mm49.00.01 mm1.990 mm。 2(1)图甲中游标卡尺游标尺的每小格比主尺的每小格小_ mm；该游标卡尺的读数应为_ mm。 (2)图乙中螺旋测微器的读数应为_ mm。 解析：(1)主尺每小
10、格的长度为1 mm，而游标尺上的刻度是把9 mm分成了10份，每一份为0.9 mm，所以游标尺 的每小格比主尺的每小格小 0.1 mm；游标卡尺读数为1 mm00.1 mm1.0 mm。 (2)固定刻度上读数为0.5 mm，可动刻度与固定刻度中心线对齐的是14.2，所以螺旋测微器读数为0.5 mm 14.20.01 mm0.642 mm。 答案：(1)0.1 1.0 (2)0.642(0.6410.643均可) 考向二 “纸带类”问题的处理 1常规计时仪器的测量 计时仪器计时仪器 测量方法测量方法 秒表秒表 秒表的读数方法：测量值秒表的读数方法：测量值(t)短针读数短针读数(t1)长针读数长针
11、读数(t2)，无，无 估读估读 打点计时器打点计时器 (1)tnT(n表示打点的时间间隔的个数，表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期表示打点周期) (2)打点频率打点频率(周期周期)与所接交流电的频率与所接交流电的频率(周期周期)相同相同 2.两个关键点 (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。 3纸带的三大应用 (1)判断物体运动性质。 若x0，则可判定物体在实验
12、误差允许的范围内做匀速直线运动。 若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。 (2)求解瞬时速度。求解瞬时速度。 做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速 度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前、后各取相度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前、后各取相 同时间间隔同时间间隔 T 的两段位移的两段位移 xn和和 xn 1，则打，则打 n 点时的速度点时的速度 vnx n xn 1 2T 。 (3)求加速度。求加速度。 如图所示， 有连续的偶数段数据：如图所示，
13、有连续的偶数段数据： a（ （x4x5x6）（）（x1x2x3） （3T）2 。 如 图 所 示 ， 连 续 的 奇 数 段 数 据 ， 去 掉 最 短 的如 图 所 示 ， 连 续 的 奇 数 段 数 据 ， 去 掉 最 短 的x1： a （x4x5）（）（x2x3） （2T）2 。 如图所示，不连续的两段数据：如图所示，不连续的两段数据：a xn mxn （nmn）T2 x n mxn mT2 。 典例2 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在 其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计
14、时器接频率 f50 Hz 的交流电源。 (1)打下E点时纸带的速度vE_(用给定字母表示)； (2)若测得d665.00 cm，d319.00 cm，物体的加速度a_ m/s2； (3)如果当时交变电流的频率f50 Hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比 _(选填“偏大”或“偏小”)。 解析解析 (1)由于图中每相邻两个计数点间还有由于图中每相邻两个计数点间还有 4 个点没有画出，所以相个点没有画出，所以相 邻的计数点之间的时间间隔为邻的计数点之间的时间间隔为 5T，利用匀变速直线运动的推论得，利用匀变速直线运动的推论得 vE d5d3 10T （ （d5d3）f 1
15、0 。 (2)根据匀变速直线运动的推论根据匀变速直线运动的推论 xaT2可得可得 a xDGxAD （35T）2 （d6d3）d3 （30.1 s）2 3.00 m/s2。 (3)如果在某次实验中，交流电的频率如果在某次实验中，交流电的频率 f50 Hz，则实际打点周期变小，则实际打点周期变小， 根据运动学公式根据运动学公式 xaT2得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏 小。小。 答案答案 (1)（ （d5d3）f 10 (2)3.00 (3)偏小偏小 3某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带
16、的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的 点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是_点。在打出C点时物块的速度大小为 _m/s(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字)。 解析：解析：物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打 A 点。点。 C 点的速度点的速度 vCxBD 2T 4.65 10 2 20.1 m/s0.233 m/s。 由图知由图知 xAB1.20 cm xBCxACxAB1.95 cm xCDxADxAC2.70 c
17、m xDExAExAD3.45 cm 由逐差法得由逐差法得 ax DE xCD（xABxBC） 4T2 0.75 m/s2。 答案：答案：A 0.233 0.75 4某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器 的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的 一部分如图(b)所示。 该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。 (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时， 重物下落的速度大小为_，打出C点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大
18、小为 _。 (2)已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm，当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻 力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_Hz。 解析：解析：(1)利用做匀变利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于这速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于这 段时间中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出段时间中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出 B 点时重物下落的速点时重物下落的速 度度 vBs 1 s2 2T （ （s1s2）f 2 ；打出；打出 C 点时重物下落的速度点时重物下落的速度 vCs 2 s3 2T （s2s3）
19、f 2 。根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为。根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为 av C vB T (vCvB)f（ （s3s1）f2 2 。 (2)根据题述，重物下落受到的阻力为根据题述，重物下落受到的阻力为 0.01mg，由牛顿第二定律得，由牛顿第二定律得 mg 0.01mgma，解得，解得 a0.99g，由，由（ （s3s1）f2 2 0.99g，解得，解得 f40 Hz。 答案：答案：(1)1 2f(s1 s2) 1 2f(s2 s3) 1 2f 2(s 3 s1) (2)40 5(2020高考全国卷)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，
20、挂上钩码， 钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。 已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB _m/s，打出P点时小车的速度大小为vP_m/s。(结果均保留两位小数) 若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为 _。 解析：解析：纸带上某点的瞬时速度可用相邻两点纸带上某点的瞬时速度可用相邻两点间的平均速度来替代。间的平均速度来替代。 vB（ （4.002.56）10 2 0.04 m/s0.36 m/s vP（ （57.8650.
21、66）10 2 0.04 m/s1.80 m/s 根据实验原理根据实验原理 Fx1 2mv 2 P 1 2mv 2 B，需测量的物理量有钩码的质量，小车 ，需测量的物理量有钩码的质量，小车 的质量，的质量，B、P 之间的距离和之间的距离和 B、P 点的速度。点的速度。 答案：答案：0.36 1.80 B、P 之间的距离之间的距离 6某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中动量的变化规律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动 小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动。他设计 的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，打点计时器的工作频率为50
22、Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦 力。 (1)若已得到如图乙所示的打点纸带，测得各计数点间距离并标在图上，点1为打下的第一个点，则应选_ 段来计算小车A的碰前速度，应选_段来计算小车A和小车B碰后的共同速度。(均选填“12”“2 3”“34”或“45”) (2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，由以上的测量结果可得，碰前两小车的总动量为 _ kgm/s，碰后两小车的总动量为_ kgm/s。由此可得出的实验结论是_。 解析：解析：(1)因小车做匀速运动，应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度，因小车做匀速运动，应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度， 碰前碰前 23
23、 段点迹均匀，碰后段点迹均匀，碰后 45 段点迹均匀，故取段点迹均匀，故取 23 段计算碰前小段计算碰前小 车车 A 的速度，的速度，45 段计算碰后小车段计算碰后小车 A、B 的共同速度。的共同速度。 (2)碰前小车碰前小车 A 的速度的速度 vAx23 T 10.50 10 2 0.025 m/s1.05 m/s，其动量，其动量 pA mAvA0.420 kg m/s； 碰后两小车的共同速度为； 碰后两小车的共同速度为 vABx45 T 6.95 10 2 0.025 m/s 0.695 m/s，其总动量，其总动量 pAB(mAmB)vAB0.417 kg m/s。由计算结果可。由计算结果
24、可 知，在实验允许的误差范知，在实验允许的误差范围内碰撞前、后总动量不变。围内碰撞前、后总动量不变。 答案：答案：(1)23 45 (2)0.420 0.417 在实验允许的误差范围内碰撞在实验允许的误差范围内碰撞 前、后总动量不变前、后总动量不变 考向三 “轻绳、橡皮条、弹簧类”实验 1“四点注意” (1)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，处理实验数据时一般选用图像法。 (2)胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成 立。 (3)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0
25、.1 N，则要 估读，即有两位小数，如分度值为0.2 N，则小数点后只能有一位小数。 (4)轻绳绕过定滑轮时，轻绳上的弹力大小处处相等。 2图像法的“五点要求” (1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。 (2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。 (3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧。 (4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图像线性化，即“变曲为直”。 (5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始。 典例3 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐
26、标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表 示1 mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于 y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如 图(b)所示，F的大小为_ N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两 个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N。 ()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O
27、点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画 出它们的合力F合； ()F合的大小为_ N，F合与拉力F的夹角的正切值为_。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。 解析解析 (1)由测力计的读数规则可知，读数为由测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N。 (2)()利用平行四边利用平行四边形定则作图，如图所示。形定则作图，如图所示。 ()由图可知F合4.0 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长 度为20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。 答案
28、 (1)4.0 (2)()图见解析 ()4.0 0.05 易错警示 验证力的平行四边形定则的操作关键 (1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。 (2)记下每次各力的大小和方向。 (3)画力的图示时应选择适当的标度。 7(2018高考全国卷)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主 尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为 1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对
29、准指针，标尺示数如图(b)所 示，其读数为_cm。当地的重力加速度大小为 9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留三位有效数字)。 解析：解析：标尺的游标为标尺的游标为 20 分度，精确度为分度，精确度为 0.05 mm，游标的第，游标的第 15 个刻度个刻度 与主尺刻度对齐，则读数为与主尺刻度对齐，则读数为 37 mm150.05 mm37.75 mm 3.775 cm。 弹簧形变量弹簧形变量 x(3.7751.950)cm1.825 cm， 砝码平衡时，砝码平衡时，mgkx， 所以劲度系数所以劲度系数 kmg x 0.100 9.80 1.82510 2 N/m53.7 N/m
30、。 答案：答案：3.775 53.7 8某同学在做“验证平行四边形定则”的实验中，遇到了以下问题。请帮助该同学解答。 (1)物理学中有很多物理方法，本实验采用的是_。 A类比实验法 B等效替代法 C控制变量法 D极限法 (2)在做实验之前，该同学发现有一只弹簧测力计如图甲所示，则在使用前应该对弹簧测力计_。 (3)如图乙所示的四个力中，力_(填图中字母)是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的。 (4)该同学已经作出了两个分力的力的图示，如图丙所示，方格中每边的长度表示0.5 N，请帮助该同学用作图法 作出合力F的图示，并求出合力的大小为_ N。(结果保留两位有效数字) 解析：(1)“验证平行四边
31、形定则”的实验中采用的是等效替代法，故选B。 (2)在使用前应该对弹簧测力计进行校零。 (3)由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋时，力的方向与OA重合，可知题图乙所示的四个力中，力F是由一只弹簧测 力计直接拉橡皮筋测得的。 (4)合力F的图示如图所示。由图可知合力的大小为3.5 N。 答案：答案：(1)B (2)校零校零 (3)F (4)图见解析图见解析 3.5 9. (2020高考全国卷)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端 分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测 量小球B运动的加速度。 令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B 释放时的高度h00.590 m，下降一段距离后的高度h
32、0.100 m；由h0下降至h所用的时间T0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a_m/s2(保留三位有效数 字)。 从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g9.80 m/s2。根据 牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a_m/s2(保留三位有效数字)。 可以看出，a与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：_。 解析：解析：B 小球在小球在 0.730 s 时间内下落距离时间内下落距离 s0.590 m0.100 m0.490 m 初始时速度为零，初始时速度为零， 据据 s1 2aT 2 得得
33、a2s T2 2 0.490 0.7302 m/s21.84 m/s2。 已知两小球的重力，据牛顿第二定律已知两小球的重力，据牛顿第二定律 对对 B 球有：球有：mBgFTmBa 对对 A 球有：球有：mAgFTmA(a) 联立联立两式得两式得 am B mA mAmBg （ （150.0100.0）10 3 （100.0150.0）10 39.8 m/s2 1.96 m/s2。 可见实验结果比理论结果小一些， 可能是滑轮的轴不光滑或滑轮有质量。可见实验结果比理论结果小一些， 可能是滑轮的轴不光滑或滑轮有质量。 答案：答案：1.84 1.96 滑轮的轴不光滑滑轮的轴不光滑(或滑轮有质量或滑轮有
34、质量) 考向四 “光电门类”实验 1光电门的结构 光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接。 2光电门的原理 当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时 间计算物体运动的速度。 (1)计算速度：如果挡光片的宽度为计算速度：如果挡光片的宽度为 d，挡光时间为，挡光时间为 t，则物体经过光电，则物体经过光电 门时的瞬时速度门时的瞬时速度 v d t。 。 (2)计算加速度：利用两光电门的距离计算加速度：利用两光电门的距离 L 及及 av 2 2 v2 1 2L 计算加速度。计算加速度。 3涉及光电门的常见实验
35、涉及光电门的常见实验 验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守 恒定律。恒定律。 典例4 (2020福建南平高三第一次质检)某实验小组用图甲实验装置验证钩码与滑块组成的系统机械能守恒， 主要步骤如下： 钩码的质量为m，用天平测量滑块和遮光条的总质量M，用游标卡尺测量遮光条的宽度d，用刻度尺测量两光 电门之间的距离s； 调节旋钮使气垫导轨水平，同时调节轻滑轮使细线水平； 释放滑块，用计时器分别测出遮光条经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB。 请回答下列问题：请回答下列问题： (1)测遮光条的宽度测遮光条的宽
36、度 d 时，游标卡尺的示数如图乙所示，则时，游标卡尺的示数如图乙所示，则 d _cm。 (2)若系统机械能守恒，则若系统机械能守恒，则 mgs_(用用 M、m、 d、tA和和 tB表示表示)。 解析解析 (1)由题图乙可知由题图乙可知 d0.5 cm0.1 mm20.52 cm。 (2)遮光条经过光电门遮光条经过光电门 A 和光电门和光电门 B 的速度分别为的速度分别为 vA d tA， ，vB d tB 要验证的关系式为要验证的关系式为 mgs1 2(M m)v2 B 1 2(M m)v2 A 即即 mgs1 2(M m)( d2 t2 B d2 t2 A)。 。 答案答案 (1)0.52
37、(2)1 2(M m)( d2 t2 B d2 t2 A) 10某兴趣小组利用如图所示弹射装置将小球竖直向上抛出 来验证机械能守恒定律。一部分同学用游标卡尺测量出小 球的直径为d，并在A点以速度vA竖直向上抛出；另一部分 同学团结协作，精确记录了小球通过光电门B时的时间为t， 用刻度尺测出光电门A、B间的距离为h。已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g，回答下列问题： (1)小球在B点时的速度大小为_； (2)小球从A点到B点的过程中，动能减少量为_； (3)在误差允许范围内，若等式_成立，就可以验证机械能守恒定律(用题目中给出的物理量符号 表示)。 解析：解析：(1)小球在小球在 B 点的
38、瞬时速度大小点的瞬时速度大小 vB d t。 。 (2)小球从小球从A点到点到B点， 动能的减小量点， 动能的减小量Ek1 2mv 2 A 1 2mv 2 B 1 2mv 2 A 1 2m d2 t2。 。 (3)重力势能的增加量为重力势能的增加量为 mgh， 若， 若 mgh1 2mv 2 A 1 2m d2 t2， 即 ， 即 gh1 2(v 2 A d2 t2)， ， 机械能守恒定律成立。机械能守恒定律成立。 答案：答案：(1) d t (2) 1 2mv 2 A 1 2m d2 t2 (3)gh 1 2(v 2 A d2 t2) 11(2020辽宁葫芦岛高三第一次模拟)气垫导轨是常用的
39、一种实验仪器，它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。现用带竖直挡板的气垫导轨和带有挡 光片的滑块1和2验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示。实验步骤如下： a用天平分别测出滑块1、2的质量m1、m2； b用游标卡尺测出滑块1、2上的挡光片的宽度d1、d2； c调整气垫导轨使导轨处于水平状态； d在滑块1、2间放入一个被压缩的轻弹簧(图中未画出)，用电动卡销锁定，静止放置在两光电门之间的气垫导 轨上； e按下电钮松开卡销记录滑块1通过光电门1的挡光时间t1以及滑块2通过光电门2的挡光时间t2。 (1)实验中测量的挡光片的宽度d1如图乙所示，则d1_mm。 (2)由步骤b知d1d2，则利用上述测量的实验数据验证动量守恒定律的表达式为_(用对应 的物理量的符号表示)。 解析：解析： (1)由图示游标卡尺可知， 其示数由图示游标卡尺可知， 其示数 d10 mm50.1 mm0.5 mm。 (2)滑块滑块 1、2 经过光电门时的速度分别为经过光电门时的速度分别为 v1d1 t1 ，v2d2 t2 ，系统动量守恒，系统动量守恒， 由动量守恒定律得由动量守恒定律得 m1v1m2v20，整理得，整理得m1 t1 m2 t2 。 答案：答案：(1)0.5 (2)m1 t1 m2 t2
