专题18　力学实验-2022年高三物理二轮复习（命题规律知识荟萃经典例题精选习题）(江苏专用)（原卷版）

这是一份专题18　力学实验-2022年高三物理二轮复习（命题规律知识荟萃经典例题精选习题）(江苏专用)（原卷版），共20页。
2022年高三物理二轮复习资料（命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题）
（江苏专用）
专题18　力学实验
【命题规律】
命题角度
（1）探究小车速度随时间变化的规律；
（2）探究加速度与物体受力、物体质量的关系；
（3）验证机械能守恒定律；
（4）验证动量守恒定律．
（5）探究弹簧弹力与形变量的关系；
（6）探究两个互成角度的力的合成规律；
（7）探究平抛运动的特点；
【知识荟萃】
★纸带的分析和数据处理　光电门的应用
1．两个关键点
（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”的说法是等效的，当打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz时，两相邻计数点间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.10 s.
（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．
2．记录的信息
纸带可以记录物体运动的时间和物体运动的位移（频闪照相和纸带记录的物理量相同）．与光电门相连的数字计时器记录时间．
3．求速度和加速度
纸带
测瞬时速度
做匀

变速直线运动的物体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．如图所示，求打某一点时物体的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝.
测加速度
①用“逐差法”求加速度如图所示

a＝.
②作出v－t图像，通过图像的斜率求物体运动的加速度，a＝.
光电门
测速度
光电门主要是测量速度的仪器，设小车上挡板的宽度为d，挡板遮住光电门光线的时间为Δt，则小车通过光电门的速度v＝.
测加速度
若已知两个光电门之间的距离为x，小车通过两个光电门时的速度分别为v1、v2，则a＝.

【技巧点拨】
1.纸带的信息和作用
（1）纸带记录的信息
纸带可以记录物体运动的时间和物体运动的位移.（频闪照相和纸带记录的物理量相同）
（2）纸带的三大应用
①判断物体运动性质：若在实验误差允许范围内Δx不为零且为定值，则可判定物体做匀变速直线运动.
②求解瞬时速度： vn＝.
③用“逐差法”求加速度，例如：a＝.
2.光电门的应用
（1）测速度
光电门主要是测量速度的仪器，设小车上挡板的宽度为d，挡板遮住光电门光线的时间为Δt，则小车通过光电门的速度v＝.
（2）测加速度
若已知两个光电门之间的距离为s，小车通过两个光电门时的速度分别为v1、v2，则a＝.
3.实验创新角度：
（1）器材创新：通过数码相机连拍、手机拍摄视频得到的分帧照片.
（2）转换测量物理量：通过研究匀变速直线运动的规律，测量加速度.
★探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1.平衡摩擦力
平衡摩擦力的目的是使细线的拉力作为小车的合外力.若使用气垫导轨，不必平衡摩擦力.
2.（1）钩码（砂和砂桶）的质量m远小于小车的质量M时，细线的拉力近似等于钩码（砂和砂桶）的总重力.
（2）当细线拉力可以直接测量时，如细线与拉力传感器连接（如图甲）或者细线绕过滑轮和弹簧测力计相连（如图乙），不需要满足m远小于M.


（3）若每取下一个钩码，都将钩码放到小车上，则M和m的总质量不变，可以将钩码和小车作为研究对象，由mg－FT＝ma， FT＝Ma，得mg＝（M＋m）a，没有系统误差，不需要满足m远小于M.
3.实验创新角度：通过验证牛顿第二定律，测量动摩擦因数.
★验证机械能守恒定律
1.验证单个物体机械能守恒ΔEp ＝ΔEk
不需要测量物体的质量，由于系统存在阻力做功，重力势能的减少量略大于动能的增加量.在误差允许的范围内，机械能守恒.
2.验证系统机械能守恒ΔE增 ＝ΔE减.
3.实验创新角度：通过验证机械能守恒，测量重力加速度.
★验证动量守恒定律
1.速度可以直接测量：通过光电门和计时器测量速度.
2.速度不能直接测量：测量其他物理量，例如将速度关系转换为位移关系.
3.实验创新角度：验证动量定理.
★探究弹簧弹力与形变量的关系
1.F－x与F－l的区别
（1）弹簧水平放置，F－x为一条过原点的直线，F－l为一条不过原点的直线，横轴截距表示弹簧原长.
（2）弹簧竖直放置不过原点，是由于弹簧自重的影响.
2.F－x与F－l的图像发生弯曲
弹簧超过了弹性限度.
★探究两个互成角度的力的合成规律

（1）利用力的等效性，验证力的平行四边形定则（如8所示）；
（2）实验时，明确两分力与合力，并记录各力的大小、方向；
（3）选取合适的标度，作出两分力F1、F2与合力F；
（4）根据平行四边形定则，作出两分力的合力F′；
（5）比较F与F′的大小与方向，验证平行四边形定则.
本实验的依据是合力与分力的等效性，在操作时要记住“三注意”和“七记录”
三注意
两次O点的位置必须相同
两个细绳套不要太短
夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜.
七记录
两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向和O点的位置（五记录）
一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向（二记录）

★探究平抛运动的特点
（1）应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接触.
（2）小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，斜槽的粗糙程度对该实验没有影响.在斜槽上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出.
（3）坐标原点（小钢球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点.
“探究平抛运动的特点”实验的操作关键
1．应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接触．
2．小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下，斜槽的粗糙程度对该实验没有影响．在斜槽上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出．
3．坐标原点（小钢球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点．
【经典例题】
【例题1】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带上由打点计时器打出的点计算出，在m