微专题24新增力光学实验

微专题24新增力、光学实验【知识规律整合】实验名称实验装置实验过程实验考点探究平抛运动的特点①安装：斜槽末端伸出桌面外并调整至切线水平，定原点②描点：确定轨迹上多个点的位置③计算：计算初速度①考判断：平抛运动的轨迹是否为抛物线②考操作：从同一点释放、重垂线确定竖直线③考分析：水平、竖直方向的运动性质，轨迹是否为抛物线探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系①方法：控制变量法②操作：小球放对位置，皮带绕对塔轮、匀速转动③观察：标尺刻度①考装置：探究什么关系②考结果：得到什么结论③考操作：达到预定格数时，即保持转速均匀恒定④考作图：描点连线画图线⑤考创新：传感器探究验证动量守恒定律①安装：斜槽末端切线应水平②起点：斜槽末端上方某处③落点：用小圆圈中心表示④速度：应用小球平抛的水平位移替代①考装置：器材安装、小球选取、O点确定②考测量：小球质量的测量和小球平抛运动的水平位移的测量③考结论：根据实验数据判断两球碰撞过程中动量是否守恒用单摆测量重力加速度①制作单摆：上端固定在铁夹上，使摆线自由下垂②测摆长：摆球的直径d，则摆长为l＝l′＋eq\f(d,2)③测时间：单摆完成30次(或50次)全振动的时间，求一次全振动的时间①考读数：刻度尺和游标卡尺的读数②考求g值：利用斜率求重力加速度g③分析误差：摆长测量或时间测量引起的误差测量玻璃的折射率①画线：画一条线段AO作为入射光线②放置：长方形的玻璃砖放在白纸上③插针挡像：P3同时挡住P1和P2的像，P4挡住P3本身和P1、P2的像①考折射率折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)②考误差：玻璃砖移动带来的测量误差用双缝干涉测量光的波长①调对齐：光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上②加滤光片：通过目镜观察单色光的干涉条纹③求间距：Δx＝eq\f(a,n－1)，算出条纹间距①考读数：螺旋测微器测条纹间距②考装置：单缝、双缝、滤光片的放置以及怎么调节③考公式：求波长题型一探究平抛运动的特点【例1】(2022·江苏苏州高三阶段练习)在“探究平抛运动的特点”实验中。(1)采用如图1所示装置的实验过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是________。图1A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B．保证小球飞出时，初速度水平C．保证小球在空中运动的时间每次都相等D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线(2)甲同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛运动，将水平板依次放在如图2中1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中，小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是________。图2A．x2－x1＝x3－x2 B．x2－x1<x3－x2C．x2－x1>x3－x2 D．无法判断(3)乙同学通过正确的实验步骤及操作，在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹。部分运动轨迹如图3所示。图中水平方向与竖直方向每小格的长度均为L，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等。重力加速度为g。可求出小球从P1运动到P2所用的时间为__________，小球抛出时的水平速度为__________。图3(4)某同学利用图4甲所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图甲所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图乙中标出。则小球运动到图中位置A时，其速度的水平分量大小为________m/s；根据图中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2。甲乙图4答案(1)B(2)C(3)eq\r(\f(2L,g))3eq\r(\f(gL,2))(4)1.09.7解析(1)斜槽末端的切线必须水平，是为了确保初速度水平，以满足平抛运动的条件，故B正确。(2)因为做平抛运动的小球，在竖直方向上做自由落体运动，下落的速度越来越快，则下落相等位移的时间越来越短，水平方向上做匀速直线运动，所以x2－x1>x3－x2，故C正确，A、B、D错误。(3)因两段对应的水平距离相等，故两段运动的时间相等，而竖直位移分别为3L和5L，故在竖直方向由Δh＝gt2可得t＝eq\r(\f(2L,g))，水平速度v＝eq\f(3L,t)＝3eq\r(\f(gL,2))。(4)小球在水平方向做匀速直线运动，由图可知Δx＝5cm＝0.05m则水平分速度vx＝eq\f(Δx,Δt)＝1.0m/s小球在竖直方向做匀加速直线运动，由Δy＝gt2可知重力加速度g＝eq\f(13.4＋11.0－（8.6＋6.1）,（2×0.05）2)×10－2m/s2＝9.7m/s2。题型二探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系【例2】(2022·江苏扬州高三阶段练习)如图5所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置。转动手柄，可使两侧变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在左右两塔轮上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动，其向心力由挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么图5(1)下列实验的实验方法与本实验相同的是________。A．验证力的平行四边形定则B．验证牛顿第二定律C．伽利略对自由落体的研究(2)若长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。探究向心力和角速度的关系时，若将传动皮带套在两半径之比等于3∶1的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板________和挡板________处(选填“A”或“B”或“C”)，则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为________。若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与________成正比。(3)为了能探究向心力大小的各种影响因素，左右两侧塔轮________(选填“需要”或“不需要”)设置半径相同的轮盘。(4)你认为以上实验中产生误差的原因有____________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出一条即可)。(5)利用传感器升级实验装置，用力传感器测压力，用光电计时器测周期进行定量探究。某同学多次改变转速后，记录一组力与对应周期数据，他用图像法来处理数据，图6结果画出了如图6所示的图像，该图线是一条过原点的直线，请你分析它的图像横坐标x表示的物理量是________。A．TB.eq\f(1,T)C．T2D.eq\f(1,T2)答案(1)B(2)AC1∶9角速度的平方(3)需要(4)小球转动半径不严格相等引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差；皮带打滑引起的误差等(5)D解析(1)本实验所用的研究方法是控制变量法，与验证牛顿第二定律实验的实验方法相同，故B正确。(2)若探究向心力和角速度的关系时，则要保持质量和半径不变，即要将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C上；若将传动皮带套在两半径之比等于3∶1的轮盘上，因两轮盘边缘的线速度大小相同，则角速度之比为1∶3，则向心力之比为1∶9，则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为1∶9。若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与角速度的平方成正比。(3)为了能探究向心力大小的各种影响因素，因为要研究角速度一定时向心力与质量或半径的关系，则左右两侧塔轮需要设置半径相同的轮盘。(4)产生误差的原因有：小球转动半径不严格相等引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差；皮带打滑引起的误差等。(5)根据F＝meq\f(2π,T)2r＝4π2mreq\f(1,T2)，纵坐标表示向心力F，则图像横坐标x表示的物理量是eq\f(1,T2)，图线才能是过原点的直线，故D正确。题型三验证动量守恒定律【例3】(2022·江苏镇江模拟)小明用气垫导轨验证两个滑块碰撞中的动量守恒，实验装置如图7所示，滑块A的质量为m，滑块B的质量为M＝330g，上方安装有一个宽为d的遮光片。滑块A每次以相同的速度u向静止的滑块B运动，碰撞后粘为一体通过光电门，计时器记录遮光片经过光电门的时间Δt。通过改变B上砝码的质量m′进行多次实验。图7(1)碰撞后滑块B的速度大小为v＝______(用题中相关字母表示)。(2)小明多次实验后得到的实验数据如下表所示实验次数(M＋m′)/gv/10－2(m·s－1)eq\f(1,v)/102(s·m－1)13804.420.22624803.920.25535803.400.29446802.600.38558302.580.38869302.330.429图8根据表中数据，小明已在坐标纸中标出各数据点eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(M＋m′))，\f(1,v)))，请作出对应的图线。(3)若碰撞过程动量守恒，则(2)问中所作出图线的斜率应为________(用题中相关字母表示)。由图线可求得滑块A的初速度u＝________m/s(结果保留2位有效数字)。(4)在其他条件不变的情况下，小华同学所用滑块B的质量为300g，进行上述实验，则他最终得到的图线可能是图9中的______(图中②为小明实验得到的图线，图线②④平行)。图9答案(1)eq\f(d,Δt)(2)见解析图(3)eq\f(1,mu)0．13(0.12～0.14均可)(4)②解析(1)由于遮光片通过光电门的时间很短，所以碰撞后滑块B的速度大小为v＝eq\f(d,Δt)。(2)图像如图所示(3)若碰撞过程动量守恒，则有mu＝(M＋m′＋m)v变形得eq\f(1,v)＝eq\f(1,mu)(M＋m′)＋eq\f(1,u)结合图像可得斜率为k＝eq\f(1,mu)截距为0.08×102＝eq\f(1,u)可得u＝0.13m/s。(4)由上分析可知，改变B的质量，不会改变图像的斜率，A的初速度不变，所以图线仍不变，故选②。题型四用单摆测量重力加速度【例4】一端固定在房顶的一根细线垂到三楼窗沿下，某同学为了测量窗的上沿到房顶的高度，在线的下端系了一小球，发现当小球静止时，细线保持竖直且恰好与窗子上沿接触。打开窗子，让小球在垂直于窗口的竖直平面内摆动，如图10所示。图10(1)为了测小球摆动的周期，他打开里的计时器，在某次小球从窗外向内运动到达最低点时数1，同时开始计时，随后每次小球从外向内运动到最低点依次数2、3、4…，数到n时，上显示的时间为t，则小球摆动的周期T为________；(2)该同学用钢卷尺测量出摆动中小球球心到窗上沿的距离，记作L。则用小球摆动的周期T、L和当地的重力加速度g，可将窗的上沿到房顶的高度表示为h＝________。答案(1)eq\f(t,n－1)(2)eq\f(gT2－2πT\r(gL),π2)解析(1)从小球第1次通过图中的B点开始计时，第n次通过B点用时t，故周期为T＝eq\f(t,n－1)。(2)短摆长摆的周期为T1＝2πeq\r(\f(L,g))长摆长摆周期为T2＝2πeq\r(\f(L＋h,g))其中有T＝eq\f(1,2)(T1＋T2)联立解得h＝eq\f(gT2－2πT\r(gL),π2)。题型五测量玻璃的折射率【例5】如图11所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。图11(1)此后正确的操作步骤是________。A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P3以及P1和P2的像(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图11中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图12甲、乙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。图12答案(1)BD(2)乙eq\f(ED,FG)解析(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，选项B、D正确。(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图乙，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(ED,OD),\f(FG,OG))＝eq\f(ED,FG)。题型六用双缝干涉测量光的波长【例6】在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图13所示。图13(1)某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置B．干涉条纹与双缝垂直C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D．干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是________；(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图14甲所示，该读数为________mm；图14(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。答案(1)AD(2)0.700(3)大于解析(1)为了获得清晰的干涉条纹，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，A正确；由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密程度与单缝宽度无关，干涉条纹的间距与光的波长有关，C错误，D正确。(2)根据螺旋测微器的读数规则可得读数为0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm。(3)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值为Δx实＝Δxcosθθ为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故Δx实＜Δx。1．(2021·浙江1月选考)小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图15所示位置，并测出了玻璃的折射率。画出光路图，标出入射角i和折射角r，并写出折射率n的计算式________。图15答案见解析图n＝eq\f(sini,sinr)解析光路图如图所示根据折射定律可知n＝eq\f(sini,sinr)。2．(2021·浙江6月选考)图16所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中：图16(1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________(单选)。A．旋转测量头B．增大单缝与双缝间的距离C．调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________(单选)。A．减小单缝与光源间的距离B．减小单缝与双缝间的距离C．增大透镜与单缝间的距离D．增大双缝与测量头间的距离答案(1)C(2)D解析(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行，要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故C正确。(2)据Δx＝eq\f(l,d)λ知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d，故D正确。3．(2021·江苏卷)小明利用如图17所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量M＝200.0g，槽码和挂钩的总质量m＝50.0g。实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放，数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间Δt1和Δt2，以及这两次开始遮光的时间间隔Δt，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的变化量Δv。图17图18(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图18所示，其宽度d＝________mm；(2)打开气泵，待气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是_____________________________________________________；(3)多次改变光电门2的位置进行测量，得到Δt和Δv的数据如下表，请根据表中数据，在方格纸上作出Δv－Δt图线；Δt/s0.7210.7900.8540.9130.968Δv/eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m·s－1))1.381.521.641.751.86(4)查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2，根据动量定理，Δv－Δt图线斜率的理论值为________m/s2；(5)实验结果发现，图线斜率的实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因是________。A．选用的槽码质量偏小B．细线与气垫导轨不完全平行C．每次释放滑块的位置不同D．实验中Δt的测量值偏大答案(1)10.20(2)将气垫导轨调至水平(3)见解析图(4)1.96(5)BD或DB解析(1)游标卡尺的读数为10mm＋4×0.05mm＝10.20mm。(2)滑块保持静止，说明气垫导轨水平。(3)根据表格中数据描点并用直线连接得Δv－Δt图线如图。(4)根据动量定理FΔt＝MΔv变形得mgΔt＝(M＋m)Δv则Δv－Δt图线斜率的理论值k＝eq\f(mg,M＋m)m/s2＝1.96m/s2。(5)根据动量定理FΔt＝MΔv变形得eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(F,M)选用的槽码质量偏大，图线斜率的实验值偏小，A错误；细线与气垫导轨不平行，滑块实际所受合外力为F的水平分力，所以图线斜率的实验值偏小，B正确；滑块释放的位置与斜率相关的参量无关，C错误；Δt偏大，则eq\f(Δv,Δt)偏小，图线斜率偏小，D正确。1．(2022·江苏南京高三专题练习)用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。图1(1)下列实验条件必须满足的有________；A．斜槽轨道光滑B．斜槽轨道末端切线水平C．挡板高度等间距变化D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系；①取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的________(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为坐标原点；在确定y轴时________(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行；②若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则eq\f(y1,y2)________eq\f(1,3)(选填“大于”“等于”或“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为________(已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示)。图2(3)为了得到平拋物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是________；A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体______。A．在水平方向上做匀速直线运动B．在竖直方向上做自由落体运动C．在下落过程中机械能守恒答案(1)BD(2)①球心需要②大于xeq\r(\f(g,y2－y1))(3)AB(4)B解析(1)因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证钢球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证钢球从同一高度处无初速度释放并水平抛出，没必要要求斜槽轨道光滑，因此A错误，B、D正确；挡板高度可以不等间距变化，故C错误。(2)①因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点对应钢球球心，故将钢球静置于Q点，钢球的球心对应的白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。②由于平抛的竖直分运动是自由落体运动，故相邻相等时间内竖直方向上的位移之比为1∶3∶5∶…，故两相邻相等时间内竖直方向上的位移之比越来越大，因此eq\f(y1,y2)大于eq\f(1,3)；由y2－y1＝gT2，x＝v0T，联立解得v0＝xeq\r(\f(g,y2－y1))。(3)将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔受摩擦力作用，且不一定能保证铅笔水平，铅笔将不能始终保持垂直白纸板运动，铅笔将发生倾斜，故不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C不可行，A、B可行。(4)从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，可认为做平抛运动，因此不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样，这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动，故选项B正确。2．(2022·江苏无锡高三专题练习)某同学用图3甲所示的装置探究物体做圆周运动的向心力大小与半径、线速度、质量的关系。用一根细线系住钢球，另一端连接在固定于铁架台上端的力传感器上，钢球静止于A点，将光电门固定在A的正下方。钢球底部竖直地粘住一片宽度为x的遮光条。图3(1)用天平测出钢球质量，用刻度尺测出摆线长度，用游标卡尺测出钢球直径，示数如图乙所示，钢球直径d＝________mm。(2)将钢球拉至不同位置由静止释放，读出钢球经过A点时力传感器的读数F及光电门的遮光时间t，算出钢球速度的平方值，具体数据如下表：12345F/N0.1240.1430.1620.1810.200v2/(m2·s－2)2.04.05.88.010.1请在下面的坐标图4中，画出F－v2的关系图像。图4(3)由图像可知，钢球的重力为________N。(4)若图像的斜率为k，小球质量为m，重力加速度为g，则F与v2的关系式为________(用所给物理量的符号表示)。(5)某同学通过进一步学习知道了向心力的公式，发现实验中使用公式meq\f(v2,r)求得小球经过A点的向心力比测量得到的向心力大，你认为产生误差的主要原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)11.50(2)见解析图(3)0.107(0.105～0.108都对)(4)F＝kv2＋mg(5)光电门测出的是遮光条通过光电门时的速度，大于钢球球心通过最低点的速度解析(1)钢球直径d＝11mm＋10×0.05mm＝11.50mm。(2)画出F－v2的关系图像如图(3)根据F－mg＝meq\f(v2,l)可得F＝mg＋eq\f(m,l)v2由图像的截距可知，钢球的重力为mg＝0.107N。(4)若图像的斜率为k，小球质量为m，重力加速度为g，则F与v2的关系式为F＝kv2＋mg。(5)产生误差的主要原因是光电门测出的是遮光条通过光电门时的速度，大于钢球球心通过最低点的速度。3．(2022·江苏淮安高三阶段练习)某学习小组在斜面上做研究动量守恒实验，采用了如图5所示的实验装置，甲、乙两小车间有一锁定的压缩弹簧，解除锁定，小车在弹簧作用下由静止向相反方向运动。图5(1)设两车的质量分别为m1、m2，弹开过程中某时刻的速度大小分别为v1、v2，则该小组需要验证的表达式是________________；(2)现进行以下操作①用天平测甲、乙两车的质量分别为m1＝0.20kg，m2＝0.40kg；②打开实验模板，启动传感器；③点击“开始”，解除锁定，传感器记录小车的各个时刻的速度如下表所示，其中甲车的v－t图像已由计算机绘出，请你根据表格中所给的数据做出图6中乙车的v－t图像；图6时间t(s)甲车v(m/s)乙车v(m/s)0.010.100－0.0490.020.155－0.0770.030.195－0.0970.040.225－0.1100.050.250－0.1200.060.260－0.1100.070.270－0.1000.080.280－0.0900.090.290－0.0800.10.300－0.070(3)根据两车的v－t图像及动量守恒条件，你认为选择________时间研究更合适。A．0～0.04sB．0.06～0.10sC．任意时段均可(4)进一步分析实验数据，可以得到的结论是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)关于实验的操作与反思，下列说法正确的是________。A．实验中需要平衡摩擦力B．更换劲度系数更大的弹簧，有利于减小实验误差C．该学习小组需多次改变斜面倾角进行实验得出最后结论答案(1)m1v1－m2v2＝0或m1v1＝m2v2(2)见解析图(3)A(4)误差允许范围内，弹开最初的一小段时间内系统动量守恒(5)BC解析(1)解除锁定前，系统动量为零，解除锁定后，两小车在弹簧作用下向相反方向运动的一小段时间内系统动量守恒，则有m1v1－m2v2＝0也即m1v1＝m2v2。(2)乙车的v－t图像如图(3)从图像上看，在0.05s后乙车速度开始减小，说明受到外界阻力作用，动量不再守恒，所以应选择0～0.04s时间研究更合适，故A正确。(4)分析实验数据，可以得到的结论是：误差允许的范围内，解除锁定后的一小段时间内系统动量守恒。(5)实验研究两小车在弹簧弹力作用下，一小段时间内系统动量近似守恒，内力(弹簧弹力)远大于引力，实验中不需要平衡摩擦力，故A错误；更换劲度系数更大的弹簧，使内力更大，有利于减小实验误差，故B正确；改变斜面倾角，排除偶然因素，多次进行实验得出最后结论，使之具有普遍性，故C正确。4．在“利用单摆测重力加速度”的实验中：(1)某同学尝试用DIS测量周期。如图7所示，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方。图中磁传感器的引出端A接到数据采集器上。使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于最低点。若测得连续N(N从“0”开始计数)个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为____________(地磁场和磁传感器的影响可忽略)。图7(2)由于器材所限，无法测量磁性小球的直径，对实验进行了如下调整：让单摆在不同摆线长度的情况下做简谐运动，测量其中两次实验时摆线的长度l1、l2和对应的周期T1、T2，通过计算也能得到重力加速度大小的测量值。请你写出该测量值的表达式g＝____________。(3)通过实验获得以下数据摆线长l(cm)48.0058.0078.00108.00周期T2(s2)2.002.403.204.40当T2＝4.2s2时，l＝________m；重力加速度g＝________m/s2(小数点后保留2位)。(4)实验后同学们进行了反思，他们发现由单摆周期公式可知周期与摆角无关，而实验中却要求摆角较小。请你简要说明其中的原因：_____________________________________________________________________。答案(1)eq\f(2t,N)(2)eq\f(4π2（l1－l2）,Teq\o\al(2,1)－Teq\o\al(2,2))(3)1.039.87(4)见解析解析(1)由题意N(N从“0”开始计数)个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，即eq\f(N,2)·T＝t，所以单摆周期的测量值为T＝eq\f(2t,N)。(2)设小球半径为r，由单摆周期公式得T＝2πeq\r(\f(l＋r,g))则T1＝2πeq\r(\f(l1＋r,g))T2＝2πeq\r(\f(l2＋r,g))整理得g＝eq\f(4π2（l1－l2）,Teq\o\al(2,1)－Teq\o\al(2,2))。(3)由图表可得eq\f(Δl,ΔT2)＝eq\f(（108.00－48.00）×10－2,4.40－2.00)m/s2＝0.25m/s2所以当T2＝4.2s2时，摆线长为eq\f(l－0.78,4.2－3.2)m/s2＝0.25m/s2解得l＝1.03mg＝4π2·0.25m/s2＝9.87m/s2。(4)因为摆角太大就不可以看作简谐运动了，所以实验中要求摆角在5°以内。5．(1)如图8所示，用插针法测量玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是()图8A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些D．若P1、P2的连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像(2)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图9所示，从图线可知玻璃砖的折射率是________。图9(3)该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线P1O、折射光线OO′的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图10甲所示，则玻璃的折射率n＝________(用图中线段两端的字母表示)；进一步测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm，则该玻璃砖的折射率数值为________。图10(4)在用插针法测量玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)C(2)1.5(3)eq\f(AC,BD)1.5(4)偏小不变解析(1)为减少测量误差，入射角应适当大一些，即P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量大些，B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，C正确；由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，折射光线不会在玻璃砖的bb′面发生全反射，A、D错误。(2)由折射率公式得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)代入数据可得n＝eq\f(0.3,0.2)＝1.5。(3)设圆的半径为r，入射角为α，则有sinα＝eq\f(AC,r)设折射角为β，则有sinβ＝eq\f(BD,r)故可得玻璃的折射率为n＝eq\f(AC,BD)测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm，则该玻璃砖的折射率数值为n＝eq\f(AC,BD)＝eq\f(1.68,1.12)＝1.5。(4)甲同学测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比偏小；乙同学测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。6．如图11所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l。然后接通电源使光源正常工作。图11(1)如图12为拨杆，请问它是按照下列哪种方式安装和操作的________；图12A．拨杆A丫字叉套在单缝所在处的支柱上并以之为轴，手持拨杆的C端，通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝B．拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱上并以之为轴，手持拨杆的C端，通过手的左右拨动来调节A丫字叉套住的单缝C．拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱上并以之为轴，手持拨杆的C端，通过手的上下拨动来调节A丫字叉套住的单缝(2)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，如图13所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，最终波长测量值________实际值(选填“大于”“小于”或“等于”)。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是________。图13A．仅转动透镜 B．仅转动双缝C．仅转动手轮 D．仅转动测量头(3)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．使用间距更小的双缝D．转动手轮(4)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图14所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图中A、B位置时，游标尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________。图14答案(