专题17力学实验一纸带类和光电门类实验（讲义）

专题17力学实验一纸带类和光电门类实验01专题网络·思维脑图02考情分析·解密高考03高频考点·以考定法04核心素养·难点突破05创新好题·轻松练考点内容学习目标探究小车加速度随时间变化规律1.掌握加速度随时间变化的规律及打点计时器的用法、纸带的处理方法；2.掌握牛顿第二定律探究过程中的基础操作，如平衡摩擦及物体和小车质量关系以及图像处理方法；3.掌握验证机械能守恒定律及动量守恒实验的书本原型实验和创新实验探究加速度与力、质量的关系验证机械能守恒定律验证动量守恒定律纸带类和光电门类实验实验装置图实验操作数据处理探究小车速度随时间变化的规律1.细绳与长木板平行2.释放前小车应靠近打点计时器3.先接通电源，再释放小车，打点结束先切断电源，再取下纸带4.钩码质量适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.利用平均速度求瞬时速度3.利用逐差法求平均加速度4.作速度—时间图像，通过图像的斜率求加速度探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.补偿阻力，垫高长木板使小车能匀速下滑2.在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，实验过程中不用重复补偿阻力3.实验必须保证的条件：小车质量m≫槽码质量m′4.释放前小车要靠近打点计时器，应先接通电源，后释放小车1.利用逐差法或v－t图像法求a2.作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系验证机械能守恒定律1.竖直安装打点计时器，以减少摩擦阻力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2mm的纸带，用mgh＝eq\f(1,2)mv2进行验证1.应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)计算某时刻的瞬时速度2.判断mghAB与eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2是否在误差允许的范围内相等3.作出eq\f(1,2)v2－h图像，求g的大小验证动量守恒定律1.开始前调节导轨水平2.用天平测出两滑块的质量3.用光电门测量碰前和碰后的速度1.滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)2.验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′考向一：探究小车速度随时间变化的规律【探究重点】1．实验器材的改进及速度的测量方法(如图)2．获得加速度方法的改进靠重物的拉力获得加速度→长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙所示．3．用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器录像代替打点计时器．通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度．【高考解密】(2023·全国·统考高考真题)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s．以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移填到表中，小车发生对应位移和平均速度分别为和，表中________cm，________。位移区间ABACADAEAF6.6014.6034.9047.3066.073.087.394.6(2)根据表中数据得到小车平均速度随时间的变化关系，如图(c)所示。在答题卡上的图中补全实验点_____。(3)从实验结果可知，小车运动的图线可视为一条直线，此直线用方程表示，其中________，________cm/s。(结果均保留3位有效数字)(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小________，小车的加速度大小________。(结果用字母k、b表示)【答案】24.0080.0

70.059.0b2k【详解】(1)[1]根据纸带的数据可得[2]平均速度为(2)[3]根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得(3)[4][5]从实验结果可知，小车运动的图线可视为一条直线，图像为此直线用方程表示，由图像可知其中，(4)[6][7]小球做匀变速直线运动，由位移公式，整理得即故根据图像斜率和截距可得，【考向预测】(2023·江苏省泰州中学高三开学考试)实验室中某同学用如图甲所示的滴水法测量小车在斜面上运动时的加速度．实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴水(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；然后撤去浅盘并同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标志小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开．(1)关于本实验，下列说法中正确的是________；A．本实验中还需要用到停表记录时间B．在斜面上做实验是为了补偿小车下滑过程中的阻力C．小车的质量越大，运动时加速度就越大D．滴水计时器的计时原理和打点计时器的计时原理类似(2)经多次实验后发现，测量每个点迹到放开小车时的点迹的距离x和对应的时间t，以x为纵横、t2为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，连线后总能得到如图乙所示的图像，这________(选填“可以”或“不能”)说明运动中小车的速度随时间均匀变化，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3)白纸上部分点迹如图丙所示，从图中读出A、B两点间距s＝________m；小车运动的加速度为________m/s2.【答案】(1)D(2)可以由图乙可知小车运动的x∝t2，则小车做初速度为0的匀加速直线运动，则运动中小车的速度随时间均匀变化(3)0.00700.05【解析】(1)滴水计时器的计时原理与打点计时器计时原理类似，无需再用停表计时，故A项错误，D正确；在斜面上做实验是为了使小车的重力沿斜面方向的分力大于小车下滑过程中的阻力，从而使小车做匀加速运动，进而测量小车加速度，故B项错误；设斜面倾角为θ，则小车运动过程中的加速度a＝eq\f(mgsinθ－μmgcosθ,m)＝gsinθ－μgcosθ，与小车质量无关，故C项错误．(2)由题图乙知x∝t2，则小车做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为定值，因此运动中小车的速度随时间均匀变化．(3)由题图丙知A、B两点间距s＝7.0mm＝0.0070m小车运动的加速度为a＝eq\f(xCD－xBC,T2)＝0.05m/s2.考向二：探究加速度与力、质量的关系【探究重点】实验器材：小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等．实验原理保持质量不变，探究加速度与合外力的关系．保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系．实验过程测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能匀速下滑．操作：槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.描点作图，作a－F的图像．保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq\f(1,m)图像．数据处理利用逐差法或v－t图像法求a.以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．以a为纵坐标，eq\f(1,m)为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．注意事项开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力．在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．实验过程中不用重复补偿阻力．实验必须保证的条件：m≫m′.一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．误差分析实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力．补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．【高考解密】(2023·天津·高考真题)某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下列做法正确的是()A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量__________________木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”、“远小于”或“近似等于“)(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲______μ乙。(填“大于”、“小于”或“等于”)【答案】AD远小于小于大于【详解】(1)[1]A．为了保证滑块受到的绳子拉力是恒力，需要调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，A正确；B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上，B错误；C．实验时，先接通打点计时器的电源再放开木块，C错误；D．平衡摩擦力后，每次改变木块上的砝码质量时，只要保持倾角不变，不需要重新调节木板倾斜度，D正确。故选AD；(2)[2]为了保证在改变木块上的砝码质量时，木块所受的拉力近似不变，以木块和木块上砝码为对象，根据牛顿第二定律可得以砝码桶及桶内砝码为对象，根据牛顿第二定律可得联立可得可知在改变时，为了使绳子拉力几乎等于砝码桶及桶内砝码总重力，需要砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量；(3)[3][4]根据牛顿第二定律可得解得由图像的斜率和纵轴截距大小关系可得可知小于，大于。【考向预测】（2023·江苏省南京市高三下学期三模）小明用如图甲所示装置测量滑块与轨道间的动摩擦因数。他将光电门固定在水平直轨道上，拉力传感器固定在滑块上，不可伸长的细线跨过定滑轮将滑块与小桶（内装砝码）相连，由静止释放滑块，测得拉力F和遮光条的挡光时间为t，多次改变小桶内砝码的质量，仍从同一位置由静止释放滑块重复实验。（1）用游标卡尺测出遮光条宽度d的示数如图乙，则___________mm。（2）由遮光条的宽度d和挡光时间t求出滑块的速度v，并进一步算出，下面的表格记录了拉力F和对应的。请在图丙的坐标纸上作出的图像___________。0.890.981.061.141.210.170.480.771.041.23（3）测得滑块位移，即遮光条右端到光电门距离L为，重力加速度g取，结合图像可求得动摩擦因数___________。（结果保留两位有效数字）（4）若小明仅改变滑块的质量重复实验，则两次实验作出的的图像会是下面哪幅图___________。A.B.C.（5）有同学认为，小明在实验中测量滑块位移L时未考虑遮光条的宽度d，用图像法计算的动摩擦因数会偏小。请判断该观点是否正确。简要说明理由___________。【答案】①.20.55②.③.0.23④.B⑤.见详解【解析】（1）[1]遮光条宽度为（2）[2]图像如图所示（3）[3]根据动能定理得图线斜率和纵坐标截距分别，得（4）[4]由（3）可知，质量越大，图线斜率和图线与纵轴截距越大，且当F为0时，不影响图线与横轴交点。故选B。（5）[5]由题意可知，可视为遮光条通过光电门的过程中时间中点的速度，该位置对应的滑块位移大于L，即L的测量值小于真实值，结合（3）可知，动摩擦因数的测量值小于真实值，该观点正确。考向三：验证机械能守恒定律【探究重点】1．实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．2．实验器材：打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线．3．实验过程安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连．打纸带：用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带．选纸带：从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带．进行数据处理并验证．4．数据处理求瞬时速度：由公式vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、….验证守恒方案一：利用起始点和第n点计算：代入mghn和eq\f(1,2)mvn2，如果在实验误差允许的范围内，mghn和eq\f(1,2)mvn2相等，则验证了机械能守恒定律．注意：应选取最初第1、2两点间距离接近2mm的纸带(电源频率为50Hz)．方案二：任取两点计算：1）任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.2）算出eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2的值．3）在实验误差允许的范围内，若mghAB＝eq\f(1,2)mvB2－eq\f(1,2)mvA2，则验证了机械能守恒定律．方案三：图像法：测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算对应速度v，然后以eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq\f(1,2)v2－h图像．若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．5．注意事项打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．重物应选用质量大、体积小、密度大的．应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝eq\f(hn＋1－hn－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt来计算．此实验中不需要测量重物的质量．【高考解密】(2023·天津·统考高考真题)验证机械能守恒的实验如图放置实验器材，接通电源，释放托盘与砝码，并测得：作者的备注：此处绘图粗糙，连接遮光片小车与托盘砝码的绳子应与桌面平行；原卷中已说明，遮光片与小车位于气垫导轨上(视为无摩擦力)，这里没有画出。a．遮光片长度db．遮光片小车到光电门长度lc．遮光片小车通过光电门时间td．托盘与砝码质量m1，小车与遮光片质量m2(1)小车通过光电门时的速度为_________；(2)从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为_________，动能增加量为_________；(3)改变l，做多组实验，做出如图以l为横坐标。以为纵坐标的图像，若机械能守恒成立，则图像斜率为_________。【答案】m1gl【解析】(1)[1]小车通过光电门时的速度为(2)[2]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为Ep=m1gl[3]从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统动能增加量为(3)[4]改变l，做多组实验，做出如图以l为横坐标。以为纵坐标的图像，若机械能守恒成立有整理有则图像斜率为。【考向预测】（2023·浙江省诸暨市高三下学期第三次适应性考试）在“验证机械能守恒定律”的实验中。（1）利用图1所示装置进行实验，得到图2所示的纸带，打点计时器频率为50Hz，每两个点取一个计数点，已知重物的质量为300g。则纸带上的A和F两点，打点计时器先打是_________（填“A”或“F”）点；当打点计时器打D点时重物的速度为_________。（保留三位有效数字）（2）利用如图3所示的装置验证机械能守恒，将弹簧秤固定在导轨的左侧，用细线连接弹簧秤钩子与小车，向右拉伸弹簧，小车靠近打点计时器，接通打点计时器电源，静止释放小车，改变弹簧拉伸的长度进行多次重复实验，（已知弹簧秤弹性势能）。①下列有关说法正确的是_________。A．实验前不需要平衡摩擦力B．小车先做匀加速运动，然后做匀速运动C．小车的最终速度与弹簧的伸长量成正比②利用图4所示的量程为2.5N和5N的弹簧秤分别进行实验，且两弹簧秤均拉伸到读数为2N处释放，则相同小车获得最终速度的大小_________（填“相同”或“不同”）。【答案】①.A②.2.46③.C④.不同【解析】（1）[1]依题意，知重锤拖着纸带做匀加速直线运动，由纸带可看出从A到F点，相邻计数点间的距离在均匀增大，则打点计时器先打A点；[2]每两个点取一个计数点，则相邻计数点之间的时间间隔为可得当打点计时器打D点时重物的速度为（2）①[3]A．由于本实验为验证机械能守恒，需要满足系统机械能守恒的条件，所以实验前需要平衡摩擦力，否则无法验证，故A错误；B．由于开始时小车受到的合外力，即弹簧弹力是变力，而当弹簧恢复原长后，小车受到的合外力为零，则小车先做变加速运动，然后做匀速运动，故B错误；C．若系统机械能守恒，则有可得小车的最终速度即与弹簧的伸长量成正比，故C正确；故选C。②[4]由图4可知两弹簧秤均拉伸到读数为2N处释放，弹簧形变量不同，弹簧的劲度系数也不同，则由可知相同小车获得最终速度的大小不同。考向四：验证动量守恒定律【探究重点】实验原理：在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等．案例一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1．实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．2．实验过程测质量：用天平测出滑块的质量．安装：正确安装好气垫导轨，如图所示．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后的速度．改变条件，重复实验：1）改变滑块的质量；2）改变滑块的初速度大小和方向．验证：一维碰撞中的动量守恒．3．数据处理滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.注意事项：若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平．碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．案例二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1．实验器材：斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等．2．实验过程测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．安装：按照如图甲所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置O.放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤(4)中的高度)自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示.验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．整理：将实验器材放回原处．3．数据处理：验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.4.注意事项①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．【高考解密】（2022·全国甲卷·T23）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为的滑块A与质量为的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小和，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：（1）调节导轨水平；（2）测得两滑块的质量分别为和。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为______kg的滑块作为A；（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离与B的右端到右边挡板的距离相等；（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和；（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如下表所示；123450.490.671.011.221.390.150.210.330.400.460.310.330.330.33（6）表中的______（保留2位有效数字）；（7）的平均值为______；（保留2位有效数字）（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为______（用和表示），本实验中其值为______（保留2位有效数字），若该值与（7）中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。【答案】①.0.304②.0.31③.0.32④.⑤.0.33【解析】（2）[1]应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选0.304kg的滑块作为A。（6）[2]由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得（7）[3]平均值为（8）[4][5]弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得联立解得代入数据可得【考向预测】(2023·江苏省阜宁中学高三检测)某同学利用如图所示装置研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒．(1)下列要求和操作正确的是________；A．斜槽末端要水平B．斜槽表面要光滑C．小球落到的地面要水平D．用秒表记录小球下落时间(2)入射小球1与被碰小球2应该选择：质量m1________m2、半径R1________R2(均选填“大于”“等于”或“小于”)；(3)小球1、2的质量分别为m1、m2，用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度L1、L2、L3，当满足关系式________时，说明碰撞过程中动量守恒；(4)将小球1从斜槽上某点(作标记)滚下，直接离开斜槽落地称为第一次操作；小球1从斜槽上原位置(标记处)滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽落地称为第二次操作；如果在第二次操作时，发现在第一次操作中槽的末端是不水平的，有些向上倾斜，于是把它调为水平，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同．然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确，且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计．该实验可能会得到怎样的结果并说明理由_______________．【答案】(1)AC(2)大于等于(3)m1L2＝m1L1＋m2L3(4)碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量见【解析】【解析】(1)为了保证小球做平抛运动，斜槽末端需要调节水平，故A正确；只要保证小球每次从斜槽同一位置由静止释放，小球碰撞前的速度就一样，斜槽轨道是否光滑不影响，故B错误；本实验需要测量小球做平抛运动的水平位移，故小球落到的地面要水平，故C正确；小球做自由落体运动的高度一样，所用时间一样，不需要用秒表记录小球下落时间，故D错误．(2)为了保证入射小球1与被碰小球2碰撞后，入射小球1不会反弹，需要选择m1大于m2；为了保证入射小球1与被碰小球2发生对心碰撞，需要选择半径R1等于R2.(3)根据平抛运动规律可知，落地高度相同，则运动时间相同，设下落时间为t，则v0＝eq\f(OP,t)＝eq\f(L2,t)，v1＝eq\f(OM,t)＝eq\f(L1,t)，v2＝eq\f(ON,t)＝eq\f(L3,t)而动量守恒的表达式为m1v0＝m1v1＋m2v2联立可得当满足关系式m1L2＝m1L1＋m2L3，说明碰撞过程中动量守恒．(4)该实验可能会得到的结果是：碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量；由于槽的末端不是水平的，而是有些向上倾斜，那么小球抛出后做斜抛运动，水平速度变小，且小球在空中运动时间的变化可忽略不计，所以第一次小球的水平位移变小，即L2′<L2，则有m1L2′<m1L2＝m1L1＋m2L3，故可能会得到碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量．(2023·北京市师范大学附属中学高三月考)小涵利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律．(1)利用打点计时器完成实验的过程中，要使用________电源(选填“交变”或“直流”)，打点计时器频率为50Hz，则在纸带上直接打出的相邻两个计时点间的时间间隔为________s．若小车做加速运动，则图中纸带的__________(选填“左”或“右”)端与小车相连．(2)得到纸带后，小涵每隔4个计时点取1个计数点，把刻度尺的零刻线对准某个点，读出各个计数点对应的刻度值(xn)，并用某个计数点前后两个计数点间的平均速度代表这个计数点的瞬时速度(vn)，记录在下面的表格中．各计数点刻度值xn(cm)x0x1x2x3x4x5x65.009.0114.0220.026.9835.0143.90各计数点对应的时刻tn(s)0A小车在各计数点的瞬时速度vn(m/s)/B/a.在对各计数点刻度值xn的记录中，一定有错误的是________(选填“x0”“x1”“x2”“x3”“x4”“x5”或“x6”)．b．“各计数点对应的时刻tn”一行中的A应填为__________；“小车在各计数点的瞬时速度vn”一行中的B应填为______________．c．以tn为横坐标，vn为纵坐标，作小车运动的速度－时间图像如图，可判断小车做________________________________运动．d．小涵发现，如果以tn为横坐标，以eq\f(xn,tn)为纵坐标，得到的图像也是一条直线．请你帮他分析其中的原因，并说明图像斜率的含义：__________________________.【答案】(1)交变0.02左(2)a.x3b．0.40.451c．匀加速直线d．见解析【解析】(1)利用打点计时器完成实验的过程中，要使用交变电源；在纸带上直接打出的相邻两个计时点间的时间间隔为0.02s；若小车做加速运动，则题图中纸带的左端与小车相连．(2)a.在对各计数点刻度值xn的记录中，结果都保留了两位小数，只有x3保留了一位小数，故一定有错误的是x3.b．由题意知每隔四个计时点取一个计数点，所以计数点间的时间间隔为0.1s，x4是取的第5个计数点，第一个计数点时间为0，所以第5个为0.4s；由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度得v1＝eq\f(x2－x0,2×0.1s)＝eq\f(14.02－5.00,2×0.1)×10－2m/s＝0.451m/s.c．由题图可知，小车的速度与时间的关系为线性关系，且不断增大，小车做匀加速直线运动．d．由匀变速直线运动位移时间关系x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，整理得eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at，可知如果以tn为横坐标，以eq\f(xn,tn)为纵坐标，得到的图像也是一条直线，图像斜率的含义为k＝eq\f(a,2)，即加速度的一半．(2023·江苏省泗洪县洪翔中学高三开学考试)某实验小组欲“探究加速度与合力的关系”，为了更准确地测出小车所受合力的情况，该小组将实验装置改装成了如图所示的装置，其具体操作步骤如下：①按图所示安装好实验器材，长木板放在水平桌面上，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；②挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，根据纸带求出小车的加速度；③改变钩码的数量，重复步骤②，求得小车在不同合力作用下的加速度．(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．A．实验过程中应保证小车的质量不变B．钩码的质量应远小于小车的质量C．与小车相连的细线与长木板一定要平行D．弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半(2)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像应为________．(3)如图所示为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz.根据纸带可求出小车在计时器打B点时的速度大小为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)【答案】(1)AC(2)B(3)1.63.2【解析】(1)本实验采用控制变量法，“探究加速度与合力的关系”时，应保持小车的质量不变，故A正确；本实验方案采用弹簧测力计测量细线上拉力大小，而不是利用钩码的重力约等于细线上拉力，因此不需要满足钩码的质量远小于小车质量的条件，故B错误；实验应保证细线上拉力与小车运动方向相同，即细线应与长木板平行，故C正确；当钩码静止时，细线上拉力等于钩码重力的一半，当钩码匀加速下降时，重力与细线上拉力的合力提供加速度，故而此时细线上拉力不等于钩码重力的一半，故D错误．(2)本实验设计利用细线上拉力充当合力，但实验步骤中未补偿阻力，所以只有当细线上拉力大于最大静摩擦力时，小车才会被拉动，故而实验图像应存在横轴截距，故A、C、D错误，B正确．(3)由题知T＝eq\f(1,f)＝0.02s，B点瞬时速度为vB＝eq\f(sAC,4T)＝eq\f(6.19＋6.70,0.08)×10－2m/s≈1.6m/s利用逐差法可求出小车的加速度为a＝eq\f(sCE－sAC,4×2T2)＝eq\f(7.72＋7.21－6.70－6.19,0.0064)×10－2m/s2≈3.2m/s2.(2022·河北张家口市高三期末)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证系统机械能守恒定律，当地的重力加速度g＝9.80m/s2，操作步骤如下：①用天平测量物块a的质量m1和物块b的质量m2；②把打点计时器、定滑轮固定在铁架台上，用跨过定滑轮的轻质细线连接物块a和物块b；③把固定在物块a上的纸带穿过打点计时器的限位孔，让物块a靠近打点计时器，先________________，再________________；④实验过程中打出的一条纸带如图乙所示；⑤更换物块重复实验．(1)请把步骤③补充完整；(2)所用交变电源的频率为50Hz，测得计数点O、A、B、C、D、E、F相邻两点间的距离分别为x1＝6.00cm、x2＝8.39cm、x3＝10.81cm、x4＝13.20cm、x5＝15.59cm、x6＝18.01cm，相邻两个计数点间还有4个点未画出，打下计数点A时物块a和物块b运动的速度大小vA＝________m/s，打下计数点E时物块a和物块b运动的速度大小vE＝________m/s；(结果均保留三位有效数字)(3)用天平测出物块a和物块b的质量分别为m1、m2(m1<m2)，从打计数点A到E的过程中，物块a和物块b组成的系统减小的重力势能ΔEp＝______，增加的动能为ΔEk＝______，在误差允许的范围内，物块a和物块b组成的系统机械能守恒．(结果用m1、m2、vA、vE、g、x2、x3、x4、x5表示)【答案】(1)接通电源释放物块a和物块b(2)0.7201.68(3)(m2－m1)g(x2＋x3＋x4＋x5)eq\f(1,2)(m1＋m2)vE2－eq\f(1,2)(m1＋m2)vA2【解析】(1)实验过程中应先接通电源，再释放物块a和物块b；(2)由题可知，每相邻计数点间的时间间隔为T＝0.02s×5＝0.1s打下计数点A时物块a和物块b运动的速度大小v