世纪金榜·2016高考物理一轮配套课件：热点专题突破系列2-“板块装置”在实验中的应用

1、热点专题突破系列(二)“板块装置”在实验中的应用【高考热点概述高考热点概述】由一个长木板和一个滑块由一个长木板和一个滑块( (或小车或小车) )组成的组成的“板块装置板块装置”在力学实在力学实验中应用十分广泛验中应用十分广泛,“,“板块装置板块装置”所涉及的实验主要有研究匀变速直所涉及的实验主要有研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律。线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律。“板块装置板块装置”在验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律实验及其创在验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律实验及其创新实验中的应用是高考的热点。新实验中的应用是高考的热点

2、。【热点分类突破热点分类突破】一、一、“板块装置板块装置”在测量滑块与木板间动摩擦因数中的应用在测量滑块与木板间动摩擦因数中的应用【例证例证1 1】(2014(2014山东高考山东高考) )某实验小组利用弹簧秤和刻度尺某实验小组利用弹簧秤和刻度尺, ,测量滑测量滑块在木板上运动的最大速度。块在木板上运动的最大速度。实验步骤：实验步骤：用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力, ,记作记作G;G;将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上, ,通过水平细绳和固定弹簧秤通过水平细绳和固定弹簧秤相连相连, ,如图甲所示。在如图甲所示。在A A端向右拉动木

3、板端向右拉动木板, ,待弹簧秤示数稳定后待弹簧秤示数稳定后, ,将读数将读数记作记作F;F;改变滑块上橡皮泥的质量改变滑块上橡皮泥的质量, ,重复步骤重复步骤; ;实验数据如下表所示：实验数据如下表所示：G/NG/N 1.501.50 2.002.00 2.502.50 3.003.00 3.503.50 4.004.00F/NF/N 0.590.59 0.830.83 0.990.99 1.221.22 1.371.37 1.611.61如图乙所示如图乙所示, ,将木板固定在水平桌面上将木板固定在水平桌面上, ,滑块置于木板上左端滑块置于木板上左端C C处处, ,细细绳跨过定滑轮分别与滑块和

4、重物绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P P连接连接, ,保持滑块静止保持滑块静止, ,测量重物测量重物P P离地离地面的高度面的高度h;h;滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D D点点( (未与滑轮碰未与滑轮碰撞撞),),测量测量C C、D D间的距离间的距离s s。完成下列作图和填空：完成下列作图和填空：(1)(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出根据表中数据在给定坐标纸上作出F-GF-G图线。图线。(2)(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数=_(=_(保留保留2 2位有效位有效数字数字) )。(3)(3)滑块

5、最大速度的大小滑块最大速度的大小v=_(v=_(用用h h、s s、和重力加速和重力加速度度g g表示表示) )。【精讲精析精讲精析】(1)(1)图像如图所示图像如图所示(2)(2)图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态，由平衡条件得图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态，由平衡条件得F=GF=G，即，即= = ；图像中斜率的大小就表示动摩擦因数，由图像可得；图像中斜率的大小就表示动摩擦因数，由图像可得=0.40=0.40。(3)(3)滑块运动位移为滑块运动位移为h h时速度最大，后一段滑块做匀减速直线运动，由时速度最大，后一段滑块做匀减速直线运动，由动能定理得：动能定理得：-mg(s-h)=0- mv-mg

6、(s-h)=0- mv2 2，所以滑块运动的最大速度的大小，所以滑块运动的最大速度的大小答案：答案：(1)(1)见精讲精析见精讲精析 (2)0.40 (3)(2)0.40 (3)FG1.60.44.0 1.012v2 g(sh)。2 g(sh)【总结提升总结提升】本实验的误差来源本实验的误差来源来源一：细绳与长木板不平行。来源一：细绳与长木板不平行。来源二：橡皮泥和滑块的重力测量有误差。来源二：橡皮泥和滑块的重力测量有误差。来源三：木板上木块的移动距离测量读数不准确。来源三：木板上木块的移动距离测量读数不准确。二、二、“板块装置板块装置”在验证机械能守恒定律实验中的应用在验证机械能守恒定律实验

7、中的应用【例证例证2 2】(2014(2014漳州模拟漳州模拟) )某实验小组利用如图甲所示的实验装置某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。(1)(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平实验前需要调整气垫导轨底座使之水平, ,利用现有器材如何判断导利用现有器材如何判断导轨是否水平轨是否水平?_?_。(2)(2)如图乙所示如图乙所示, ,用游标卡尺测得遮光条的宽度用游标卡尺测得遮光条的宽度d=_cm;d=_cm;实验时将滑实验时将滑块从图示位置由静止释放块从图示位置由静止释放, ,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时由数

8、字计时器读出遮光条通过光电门的时间间t=1.2t=1.21010-2-2s,s,则滑块经过光电门时的瞬时速度为则滑块经过光电门时的瞬时速度为_m/s_m/s。在。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m m、_和和_(_(文字说明并用相应的字母表示文字说明并用相应的字母表示) )。(3)(3)本实验通过比较本实验通过比较_和和_在实验误差允许的在实验误差允许的范围内相等范围内相等( (用测量的物理量符号表示用测量的物理量符号表示),),从而验证了系统的机械能守从而验证了系统的机械能守恒。恒。【精讲精析精讲精析】(1)(1)接通气源接通气源, ,将

9、滑块静置于气垫导轨上将滑块静置于气垫导轨上, ,若滑块基本保若滑块基本保持静止持静止, ,则说明导轨是水平的则说明导轨是水平的( (或轻推滑块或轻推滑块, ,滑块能基本做匀速直线运滑块能基本做匀速直线运动动) )。(2)d=5 mm+2(2)d=5 mm+20.1 mm=5.2 mm=0.52 cm0.1 mm=5.2 mm=0.52 cm；滑块经过光电门时的瞬时；滑块经过光电门时的瞬时速度为速度为v= =0.43 m/sv= =0.43 m/s；根据机械能守恒定律，应该满足；根据机械能守恒定律，应该满足mgs=mgs= (m+M)( ) (m+M)( )2 2，所以本次实验中还需要测量的物理

10、量有：钩码的质，所以本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量量m m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s s和滑块的质量和滑块的质量M M。(3)(3)通过比较通过比较mgsmgs和和 (m+M)( )(m+M)( )2 2在实验误差允许的范围内相等，从在实验误差允许的范围内相等，从而验证了系统的机械能守恒。而验证了系统的机械能守恒。dt12dt12dt答案：答案：(1)(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的止，则说明导轨是水平的( (或轻推滑块，滑块能基本做匀

11、速直线运动或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动) ) (2)0.52 0.43 (2)0.52 0.43 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s s 滑滑块的质量块的质量M (3)mgs (m+M)( )M (3)mgs (m+M)( )2 212dt【总结提升总结提升】本实验的特点本实验的特点特点一：是对教材实验或常见练习题进行器材和装置的改换而成的。特点一：是对教材实验或常见练习题进行器材和装置的改换而成的。特点二：滑块沿气垫导轨运动，整个运动过程几乎没有摩擦力。特点二：滑块沿气垫导轨运动，整个运动过程几乎没有摩擦力。特点三：以整个运动的系统为研究对象。

12、特点三：以整个运动的系统为研究对象。 【专题强化训练专题强化训练】1.(20131.(2013新课标全国卷新课标全国卷)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：数的实验装置示意图。实验步骤如下：用天平测量物块和遮光片的总质量用天平测量物块和遮光片的总质量M M、重物的质量、重物的质量m;m;用游标卡尺测用游标卡尺测量遮光片的宽度量遮光片的宽度d;d;用米尺测量两光电门之间的距离用米尺测量两光电门之间的距离s;s;调整轻滑轮调整轻滑轮, ,使细线水平使细线水平; ;让物块从光电门让物块从光电门A A的左侧由静止释放的左侧由静止释放

13、, ,用数字毫秒计分别测出遮光片用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门经过光电门A A和光电门和光电门B B所用的时间所用的时间ttA A和和ttB B, ,求出加速度求出加速度a;a;多次重复步骤多次重复步骤, ,求求a a的平均值的平均值 ; ;根据上述实验数据求出动摩擦因数根据上述实验数据求出动摩擦因数。a回答下列问题：回答下列问题：(1)(1)测量测量d d时时, ,某次游标卡尺某次游标卡尺( (主尺的最小分度为主尺的最小分度为1mm)1mm)的示数如图乙所示的示数如图乙所示, ,其读数为其读数为_cm_cm。(2)(2)物块的加速度物块的加速度a a可用可用d d、s s、ttA A和

14、和ttB B表示为表示为a=_a=_。(3)(3)动摩擦因数动摩擦因数可用可用M M、m m、 和重力加速度和重力加速度g g表示为表示为=_=_。(4)(4)如果细线没有调整到水平如果细线没有调整到水平, ,由此引起的误差属于由此引起的误差属于_(_(选填选填“偶然误差偶然误差”或或“系统误差系统误差”) )。【解析解析】(1)20(1)20分度游标卡尺的精确度为分度游标卡尺的精确度为0.05mm,0.05mm,主尺读数主尺读数0.9 cm,0.9 cm,游游标尺读数标尺读数=12=120.005 cm=0.060 cm,0.005 cm=0.060 cm,所以游标卡尺的读数为所以游标卡尺的

15、读数为0.960cm0.960cm。a(2)(2)遮光片经过光电门遮光片经过光电门A A和和B B的平均速度分别表示的平均速度分别表示A A、B B位置的瞬时速度，位置的瞬时速度， 又由速度位移公式得：又由速度位移公式得：(3)(3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：F-Mg=M F-Mg=M ，mg-F=m mg-F=m ，即，即mg-Mg=(M+m) mg-Mg=(M+m) ，所以，所以(4)(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差是实验原理不完善引如果细线没有调整到水平，由此引起的误差是实验原理不完善引起的系统误差。起的系统误差。ABABdd

16、vvtt，2222BABAvv1dda()()2s2stt。aaamg(Mm)aMg 。答案：答案：(1)0.960 (2)(1)0.960 (2)(3) (4)(3) (4)系统误差系统误差22BA1dd()()2sttmg(Mm)aMg2.2.为测定木块与桌面之间的动摩擦因数为测定木块与桌面之间的动摩擦因数, ,小亮设计了如图所示的装置小亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中进行实验。实验中, ,当木块当木块A A位于水平桌面上的位于水平桌面上的O O点时点时, ,重物重物B B刚好接触刚好接触地面。将地面。将A A拉到拉到P P点点, ,待待B B稳定后由静止释放稳定后由静止释放,A,A

17、最终滑到最终滑到Q Q点。分别测量点。分别测量OPOP、OQOQ的长度的长度h h和和s s。改变。改变h,h,重复上述实验重复上述实验, ,分别记录几组实验数据。分别记录几组实验数据。(1)(1)实验开始时实验开始时, ,发现发现A A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。(2)(2)请根据下表的实验数据作出请根据下表的实验数据作出s -hs -h关系的图像。关系的图像。h/cmh/cm 20.020.0 30.030.0 40.040.0 50.050.0 60.060.0s/cms/cm 19.519.5 28.528.5 39.039.0 48.0

18、48.0 56.556.5(3)(3)实验测得实验测得A A、B B的质量分别为的质量分别为m=0.40 kgm=0.40 kg、M=0.50kgM=0.50kg。根据。根据s -hs -h图像图像可计算出可计算出A A木块与桌面间的动摩擦因数木块与桌面间的动摩擦因数=_=_。( (结果保留一结果保留一位有效数字位有效数字) )(4)(4)实验中实验中, ,滑轮轴的摩擦会导致滑轮轴的摩擦会导致的测量结果的测量结果_(_(选填选填“偏大偏大”或或“偏小偏小”) )。【解析解析】(1)(1)为使为使A A不撞到滑轮不撞到滑轮, ,应设法减小应设法减小B B落地瞬间落地瞬间A A的速度的速度, ,因

19、而可因而可以减小以减小B B的质量的质量; ;增加细线的长度或增大增加细线的长度或增大A A的质量的质量; ;降低降低B B的起始高度。的起始高度。(2)(2)如图如图 (3)(3)对对A A木块应用动能定理，有木块应用动能定理，有(Mg-mg) =mgs,(M-m)(Mg-mg) =mgs,(M-m)=s,h= ,h= ,=s,h= ,h= ,由图可知由图可知k= ,k= ,代入数据代入数据可以解得：可以解得：=0.4=0.4。(4)(4)考虑到滑轮的摩擦力做负功，实验中要克服滑轮的摩擦力做功，考虑到滑轮的摩擦力做负功，实验中要克服滑轮的摩擦力做功，造成实验结果偏大。造成实验结果偏大。答案：

20、答案：(1)(1)减小减小B B的质量；增加细线的长度的质量；增加细线的长度( (或增大或增大A A的质量；降低的质量；降低B B的的起始高度起始高度) (2) (2)见解析图见解析图 (3)0.4 (4)(3)0.4 (4)偏大偏大mhMmhMm(Mm)sMmMmsMmMms1hMm3.3.为了测定滑块与木板间的动摩擦因数为了测定滑块与木板间的动摩擦因数, ,将两块相同的长木板用短小将两块相同的长木板用短小的圆弧连接起来的圆弧连接起来, ,支在小木块上。右板右端用螺旋支柱支起支在小木块上。右板右端用螺旋支柱支起, ,左板左端左板左端落在水平面上。螺旋支柱可调节连接点的高度落在水平面上。螺旋支

21、柱可调节连接点的高度( (如图所示如图所示),),小滑块小滑块( (可可视为质点视为质点) )从右板的右端由静止释放从右板的右端由静止释放, ,滑块可在左板的某处静止。滑块可在左板的某处静止。( (不不计空气阻力计空气阻力) )(1)(1)反复调整螺旋支柱的高度反复调整螺旋支柱的高度, ,使得滑块能恰好停在左板的左端使得滑块能恰好停在左板的左端, ,只用只用一把直尺一把直尺, ,测出滑块释放点的高度测出滑块释放点的高度h h和和_(_(只能是一次测量的量只能是一次测量的量),),则滑块与木板间的动摩擦因数则滑块与木板间的动摩擦因数=_=_。(2)(2)如果螺旋支柱的高度不合适如果螺旋支柱的高度

22、不合适, ,使得滑块只能停在左板中间某处使得滑块只能停在左板中间某处, ,仍仍只用一把直尺只用一把直尺, ,可否测出滑块和木板间的动摩擦因数可否测出滑块和木板间的动摩擦因数_(_(选填选填“可以可以”或或“不可以不可以”) )。【解析解析】(1)(1)设木板的长为设木板的长为L,L,倾角为倾角为,则滑块从木板滑下克服摩擦力则滑块从木板滑下克服摩擦力做功为做功为W=mgcosL=mgsW=mgcosL=mgs水平水平, ,所以滑块从右板的右端由静止释放所以滑块从右板的右端由静止释放, ,停在左板的左端时停在左板的左端时, ,有有mgh-mgs=0,mgh-mgs=0,测出两木板的水平长度测出两木

23、板的水平长度s,s,则则= = 。(2)(2)只要滑块停在左板上只要滑块停在左板上, ,测出停止点到右板右端的水平距离测出停止点到右板右端的水平距离, ,就可以就可以测出动摩擦因数。测出动摩擦因数。答案：答案：(1)(1)两木板的水平长度两木板的水平长度s s (2)(2)可以可以hshs4.4.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示验装置如图甲所示, ,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上一表面粗糙的木板固定在水平桌面上, ,一端装有定一端装有定滑轮滑轮, ,木板上有一滑块木板上有一滑块, ,其一端与电

24、磁打点计时器的纸带相连其一端与电磁打点计时器的纸带相连, ,另一端另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为率为50Hz50Hz。开始实验时。开始实验时, ,在托盘中放入适量砝码在托盘中放入适量砝码, ,滑块开始做匀加速运滑块开始做匀加速运动动, ,在纸带上打出一系列小点。在纸带上打出一系列小点。(1)(1)图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0,0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7是计数点是计数点, ,每相邻两计数点间还有每相邻两计数点间

25、还有4 4个打点个打点( (图中未标出图中未标出),),计数点计数点间的距离如图乙所示。根据图中数据计算得加速度间的距离如图乙所示。根据图中数据计算得加速度a=_(a=_(保留保留三位有效数字三位有效数字) )。(2)(2)回答下列两个问题：回答下列两个问题：为测量动摩擦因数为测量动摩擦因数, ,下列物理量中还应测量的有下列物理量中还应测量的有_。( (填入所填入所选物理量前的字母选物理量前的字母) )A.A.木板的长度木板的长度lB.B.木板的质量木板的质量m m1 1C.C.滑块的质量滑块的质量m m2 2D.D.托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m m3 3E.E.滑块运动的时间滑块运

26、动的时间t t测量中所选定的物理量时需要的实验器材是测量中所选定的物理量时需要的实验器材是_。(3)(3)滑块与木板间的动摩擦因数滑块与木板间的动摩擦因数=_(=_(用被测物理量的字用被测物理量的字母表示母表示, ,重力加速度为重力加速度为g)g)。与真实值相比。与真实值相比, ,测量的动摩擦因数测量的动摩擦因数_( (选填选填“偏大偏大”或或“偏小偏小”) )。写出支持你的看法的一个论据：。写出支持你的看法的一个论据：_。【解析解析】(1)(1)用逐差法进行数据处理用逐差法进行数据处理, ,取后六个数据取后六个数据, ,分成两组分成两组, ,根据根据x=aTx=aT2 2, ,整理得整理得a

27、= =0.497m/sa= =0.497m/s2 2。(2)(2)根据牛顿第二定律得：根据牛顿第二定律得：m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a,)a,所以还需要测量的所以还需要测量的物理量是滑块质量物理量是滑块质量m m2 2、托盘和砝码的总质量、托盘和砝码的总质量m m3 3。测量质量的实验器材是天平。测量质量的实验器材是天平。2222(3.393.884.37) 10(1.892.402.88) 10m/s9 0.1(3)(3)由由(2)(2)中的表达式得出动摩擦因数为中的表达式得出动摩擦因数为= = 。由于纸。由于纸带与限位孔之间有摩擦或托盘下落时受空气阻力带与限位孔之间有摩擦或托盘下落时受空气阻力, ,加速度加速度a a的真实值偏的真实值偏小小, ,所以实验测得的动摩擦因数与真实值相比偏大。所以实验测得的动摩擦因数与真实值相比偏大。答案：答案：(1)0.497m/s(1)0.497m/s2 2(0.495(0.4950