纸带类---高三实验专题复习

高三实验复习复习高三实验复习复习 纸带类纸带类 2 探究加速度与力 质量之间的关系探究加速度与力 质量之间的关系 考纲解读 1 学会用控制变量法研究物理规律 2 学会灵活运用图象法处理物理问题的方法 3 探 究加速度与力 质量的关系 并验证牛顿第二定律 考点一 对实验原理和误差分析的考查 例 1 用如图 1 所示装置做 探究物体的加速度跟力的关系 的实验 实验时保持小车的 质量不变 用钩码所受的重力作为小车受到的合力 用打点计时器和小车后端拖动的纸 带测出小车运动的加速度 图 1 1 实验时先不挂钩码 反复调整垫木的左右位置 直到小车做匀速直线运动 这样做 的目的是 2 图 2 为实验中打出的一条纸带的一部分 从比较清晰的点迹起 在纸带上标出了连 续的 5 个计数点 A B C D E 相邻两个计数点之间都有 4 个点迹没有标出 测出 各计数点到 A 点之间的距离 如图所示 已知打点计时器接在频率为 50 Hz 的交流电源 两端 则此次实验中小车运动的加速度的测量值 a m s2 结果保留两位有效 数字 图 2 3 实验时改变所挂钩码的质量 分别测量小车在不同外力作用下的 加速度 根据测得的多组数据画出 a F 关系图线 如图 3 所示 此图线的 AB 段明显偏离直线 造成此现象的主要原因可能是 选填下列选项的序号 图 3 A 小车与平面轨道之间存在摩擦 B 平面轨道倾斜角度过大 C 所挂钩码的总质量过大 D 所用小车的质量过大 解析 1 使平面轨道的右端垫起 让小车重力沿斜面方向的分力与它受的摩擦阻力平 衡 才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的拉力 所以这样做的目的是平衡小车 运动中所受的摩擦阻力 2 由 x aT2和逐差法可知 a xDE xCD xAB xBC 4T2 xCE xAC 4T2 m s2 1 0 m s2 21 60 8 79 8 79 10 2 4 0 1 2 3 在实验中认为细绳的张力 F 就是钩码的重力 mg 实际上 细绳张力 F Ma mg F ma 即 F mg M M m a mg F 1 M m 1 M m 所以当拉力 F 变大时 m 必定变大 必定减小 当 M m 时 a F 图象为直线 1 M m 当不满足 M m 时 便有 a F 图象的斜率逐渐变小 选项 C 正确 答案 1 平衡小车运动中所受的摩擦阻力 2 1 0 3 C 考点二 对实验步骤和数据处理的考查 例 2 2012 全国 23 图 4 为验证牛顿第二定律的实验装置示意图 图中打点计时器的电 源为 50 Hz 的交流电源 打点的时间间隔用 t 表示 在小车质量未知的情况下 某同 学设计了一种方法用来探究 在外力一定的条件下 物体的加速度与其质量间的关系 图 4 1 完成下列实验步骤中的填空 平衡小车所受的阻力 小吊盘中不放物块 调整木板右端的高度 用手轻拨小车 直 到打点计时器打出一系列 的点 按住小车 在小吊盘中放入适当质量的物块 在小车中放入砝码 打开打点计时器电源 释放小车 获得带有点列的纸带 在纸带上标出小车中砝码的 质量 m 按住小车 改变小车中砝码的质量 重复步骤 在每条纸带上清晰的部分 每 5 个间隔标注一个计数点 测量相邻计数点的间距 s1 s2 求出与不同 m 相对应的加速度 a 以砝码的质量 m 为横坐标 为纵坐标 在坐标纸上作出 m 关系图线 若加速度 1 a 1 a 与小车和砝码的总质量成反比 则 与 m 应成 关系 填 线性 或 非线性 1 a 2 完成下列填空 i 本实验中 为了保证在改变小车中砝码的质量时 小车所受的拉力近似不变 小吊盘 和盘中物块的质量之和应满足的条件是 ii 设纸带上三个相邻计数点的间距为 s1 s2和 s3 a 可用 s1 s3和 t 表示为 a 图 5 为用米尺测量某一纸带上的 s1 s3的情况 由图可读出 s1 mm s3 mm 由此求得加速度的大小 a m s2 图 5 iii 图 6 为所得实验图线的示意图 设图中直线的斜率为 k 在纵轴上的截距为 b 若牛顿定律成立 则小车受到的拉力 为 小车的质量为 图 6 解析 1 平衡小车阻力后 小车可做匀速直线运动 所以打出的点是等间距的 设小 车质量为 M 由于加速度与小车和砝码的总质量成反比 则有 a k 为常数 变 k M m 形得 由于 k M 不变 故 与 m 为线性关系 1 a M k m k 1 a 2 i 根据牛顿第二定律 对小吊盘和盘中物块 m0g F m0a 对小车 F M a 所以 F m0g m0g M M m0 1 1 m0 M 当 m0 M 时 F m0g 所以要保证小车和车中砝码所受的拉力近似不变 小吊盘和盘 中物块的质量之和 m0要远小于小车和车中砝码的总质量 M ii 由运动学推论 sm sn m n aT2可得 s3 s1 2aT2 本题中 T 5 t 所以 a s3 s1 2 5 t 2 s3 s1 50 t2 从刻度尺可读出 s1 36 6 mm 12 4 mm 24 2 mm s3 120 0 mm 72 7 mm 47 3 mm 代入上述公式求得 a 1 16 m s2 iii 设小车质量为 M 拉力为 F 则有 F M m a m 由题可知 k b 1 a M m F M F 1 F 1 F M F 故 F M bF 1 k b k 答案 1 等间距 线性 2 i 远小于小车和砝码的总质量 填 远小于小车的质量 同样给分 ii 24 2 答案范围在 23 9 24 5 之间均给分 s3 s1 50 t2 47 3 答案范围在 47 0 47 6 之间均给分 1 16 答案范围在 1 13 1 19 之间均给分 iii 1 k b k 2 验证牛顿运动定律 的实验 主要的步骤有 A 将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上 取两个质量相等的小车 放在光滑的水 平长木板上 B 打开夹子 让两个小车同时从静止开始运动 小车运动一段距离后 夹上夹子 让它 们同时停下来 用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小 C 分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关 系 从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系 D 在小车的后端也分别系上细绳 用一只夹子夹住这两根细绳 E 在小车的前端分别系上细绳 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘 盘内分别放着数 目不等的砝码 使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 分别用天平测出两个砝 码盘和盘内砝码的总质量 上述实验步骤 正确的排列顺序是 解析 此题考查的是实验步骤 对于实验的一些常识 必须牢记于心 结合本实验的实验 步骤 不难排列出正确的顺序 答案 AEDBC 3 用如实图 4 1 所示的装置来探究物体的加速度与力 质量的关系 实验时 小盘和砝码 牵引小车 使小车做初速度为零的匀加速运动 实图 4 1 1 此实验中可以不测量小车加速度的具体值 原因是 2 通过改变 就可以改变小车所受的合力 3 在探究加速度与质量关系时 分别以 为纵坐标 为横坐标作图象 这 样就能直观地看出二者关系 答案 1 探究的是加速度与其他量之间的比例关系 其他解答只要合理即可 如 初速度为 零的匀加速运动 在相同的时间内 位移与加速度成正比 2 砝码的数量 3 a 或 或 a 1 m 1 m 6 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采用了 加速度与 物体质量 物体受力关系 的实验装置 如实图 4 4 所示 实验时 平衡小车与木板之间的 摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 实图 4 4 1 往砝码盘中加入一小砝码 在释放小车 选填 之前 或 之后 接通打点计 时器的电源 在纸带上打出一系列的点 2 从纸带上选取若干计数点进行测量 得出各计数点的时间 t 与速度 v 的数据如下表 时间 t s00 501 001 502 002 50 速度 v m s 1 0 120 190 230 260 280 29 请根据实验数据在实图 4 5 作出小车的 vt 图象 实图 4 5 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将变 大 你是否同意他的观点 请根据 vt 图象简要阐述理由 解析 3 由速度图象的斜率可以看出速度越大 加速度越小 所以该同学分析合理 答案 1 之前 2 如图所示 3 同意 在 vt 图象中 速度越大时 加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受空气阻 力越大 1 在利用打点计时器和小车来做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 下列说法中 正确的是 A 平衡摩擦力时 应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B 连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 C 平衡摩擦力后 长木板的位置不能移动 D 小车释放前应靠近打点计时器 且应先接通电源再释放小车 答案 BCD 解析 选项 A 中平衡摩擦力时 不能将砝码盘及盘内砝码通过细绳拴在小车上 A 错 选项 B C D 符合正确的操作方法 B C D 对 2 如图 13 所示为 探究加速度与物体受力和质量的关系 实验装置图 图中 A 为小车 B 为装有砝码的小盘 C 为一端带有定滑轮的长木板 小车通过纸带与电火花打点计时 器相连 计时器接 50 Hz 交流电 小车的质量为 m1 小盘 及砝码 的质量为 m2 图 13 1 下列说法正确的是 A 每次改变小车质量时 应重新平衡摩擦力 B 实验时应先释放小车后接通电源 C 本实验 m2应远大于 m1 D 在用图象探究加速度与质量关系时 应用 a 图象 1 m1 2 实验时 某同学由于疏忽 遗漏了平衡摩擦力这一步骤 他测量 得到的 a F 图象如图 14 所示 可能是图中的图线 选填 甲 乙 丙 图 14 答案 1 D 2 丙 解析 2 当没有平衡摩擦力时 a F 图线不过原点 且 a 即 a 0 时 F m Ff m F 0 图线为丙 3 2012 安徽理综 21 图 15 为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 砂和砂桶的 总质量为 m 小车和砝码的总质量为 M 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小 车拉力的大小 图 15 1 实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 先调节长木板一端滑轮 的高度 使细线与长木板平行 接下来还需要进行的一项操作是 A 将长木板水平放置 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 给打点计时器通电 调节 m 的大小 使小车在砂和砂桶的牵引下运动 从打出的纸带判断小车是否做 匀速运动 B 将长木板的一端垫起适当的高度 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 撤去砂 和砂桶 给打点计时器通电 轻推小车 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C 将长木板的一端垫起适当的高度 撤去纸带以及砂和砂桶 轻推小车 观察判断小 车是否做匀速运动 2 实验中要进行质量 m 和 M 的选取 以下最合理的一组是 A M 200 g m 10 g 15 g 20 g 25 g 30 g 40 g B M 200 g m 20 g 40 g 60 g 80 g 100 g 120 g C M 400 g m 10 g 15 g 20 g 25 g 30 g 40 g D M 400 g m 20 g 40 g 60 g 80 g 100 g 120 g 3 图 16 为实验中得到的一条纸带 A B C D E F G 为 7 个相邻的计数点 相 邻的两个计数点之间还有四个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 sAB 4 22 cm sBC 4 65 cm sCD 5 08 cm sDE 5 49 cm sEF 5 91 cm sFG 6 34 cm 已知 打点计时器的工作频率为 50 Hz 则小车的加速度 a m s2 结果保留两位有效 数字 图 16 答案 1 B 2 C 3 0 42 解析 1 在 验证牛顿第二定律 的实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受 的合外力 则需要平衡摩擦力 并使细线与长木板平行 平衡摩擦力的方法是只让小车 牵引纸带 撤去砂及砂桶 纸带穿过打点计时器 并垫高长木板不带滑轮的一端 打点 计时器接通电源工作 如果纸带上打出的点迹分布均匀 则说明小车做匀速运动 故选 项 B 正确 选项 A C 错误 2 在 验证牛顿第二定律 的实验中 为使细线对小车的拉力等于砂及砂桶的总重力 则 M m 且尽可能地多测几组数据 故选项 C 最合理 3 根据题意 相邻两计数点间的时间间隔为 T 0 1 s 根据 s aT2 得 sDE sAB 3a1T2 sEF sBC 3a2T2 sFG sCD 3a3T2 所以小车的加速度 a a1 a2 a3 3 sDE sEF sFG sAB sBC sCD 9T2 0 42 m s2 5 2012 山东理综 21 1 某同学利用如图 20 甲所示的实验装置 探究物块在水平桌面上的 运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落地后 物块再运动一段距离停在桌面 上 尚未到达滑轮处 从纸带上便于测量的点开始 每 5 个点取 1 个计数点 相邻计数 点间的距离如图乙所示 打点计时器电源的频率为 50 Hz 图 20 通过分析纸带数据 可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减 速 计数点 5 对应的速度大小为 m s 计数点 6 对应的速度大小为 m s 保留三位有效数字 物块减速运动过程中加速度的大小为 a m s2 若用 来计算物块与桌面间的动 a g 摩擦因数 g 为重力加速度 则计算结果比动摩擦因数的真实值 填 偏大 或 偏小 答案 6 7 或 7 6 1 00 1 20 2 00 偏大 解析 从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差 x 2 00 cm 在 6 7 计数点间 的位移比 5 6 计数点间的位移增加了 12 28 11 01 cm 1 27 cmm2 1 2 是两个光电门 用此装置验证机械能守恒定律 实图 6 2 1 实验中除了记录物块 B 通过两光电门时的速度 v1 v2外 还需要测量的物理量是 2 用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式 解析 A B 运动过程中 若系统的机械能守恒 则有 m1gh m2gh m1 m2 v v 1 22 22 1 所以除了记录物体 B 通过两光电门时的速度 v1 v2外 还需要测的物理量有 m1和 m2 两光电门之间的距离 h 答案 1 A B 两物块的质量 m1和 m2 两光电门之间的距离 h 2 m1 m2 gh m1 m2 v v 1 22 22 1 4 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律 频闪仪每隔 0 05 s 闪光一次 实图 6 3 中所标数据为实际距离 该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表 当地重力加 速度取 9 8 m s2 小球质量 m 0 2 kg 结果保留三位有效数字 实图 6 3 时刻t2t3t4t5 速度 m s 5 595 084 58 1 由频闪照片上的数据计算 t5时刻小球的速度 v5 m s 2 从 t2到 t5时间内 重力势能增量 Ep J 动能减少量 Ek J 3 在误差允许的范围内 若 Ep与 Ek近似相等 从而验证了机械能守恒定律 由上述计 算得 Ep Ek 选填 或 造成这种结果的主要原因是 解析 1 由 v5 m s 4 08 m s 21 66 19 14 10 2 0 05 2 2 从 t2到 t5时间内 Ep mg h 0 2 9 8 26 68 24 16 21 66 10 2 J 1 42 J Ek m v v 0 2 5 592 4 082 J 1 46 J 1 22 22 5 1 2 3 由于空气阻力的存在 故 EP Ek 答案 1 4 08 2 1 42 1 46 3 或 Ek 这是因为实验中存在着阻力 通过实验分析可知 1 22 B 在实验误差允许范围内 重物的机械能守恒 答案 1 先放开纸带后接通电源 2 左 0 98 m s 0 49 J 0 48 J 实验 中存在着阻力 在实验误差允许范围内 重物的机械能守恒 1 关于 验证机械能守恒定律 的实验中 以下说法正确的是 A 实验中摩擦是不可避免的 因此纸带越短越好 因为纸带越短 克服摩擦力做的功 就越少 误差就越小 B 实验时需称出重物的质量 C 纸带上第 1 2 两点间距若不接近 2 mm 则无论怎样处理实验数据 实验误差都一 定较大 D 处理打点的纸带时 可以直接利用打点计时器打出的实际点迹 而不必采用 计数 点 的方法 答案 D 解析 A 选项中 纸带过短 长度测量的相对误差较大 故 A 错误 由 mv2 mgh 知 1 2 只需验证 v2 gh 即可 不必测重物质量 故 B 错 对 C 选项中的纸带 可选点迹清 1 2 晰 距离合适的任意两点 M N 通过计算 Ek mv mv与 mghMN比较 实验误 1 22 N 1 22 M 差不一定大 故 C 错误 由于自由落体加速度较大 因此除去 1 2 两点距离可能很小 其他相邻两点间的距离均大于或远大于 2 mm 用毫米刻度尺测量完全可以 不必采用 计数点 法 故 D 正确 2 下列有关实验的描述中 正确的是 A 在 验证力的平行四边形定则 实验中 选测力计时 水平对拉两测力计 示数应 该相同 B 在 探究弹簧弹力和弹簧伸长关系 的实验中 作出弹力和弹簧长度的图象也能求 出弹簧的劲度系数 C 在 探究功与物体速度变化的关系 的实验中 放小车的长木板应该使其水平 D 在 验证机