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经典翻新
——力学实验考查新常态

2016-03-21湖北朱木清

教学考试(高考物理) 2016年6期
关键词:轻绳钩码计时器

湖北 朱木清

经典翻新
——力学实验考查新常态

湖北 朱木清

经典源于沉淀,精妙在于变式。

一、2016年高考力学实验题汇总

省份 考查实验内容全国课标卷Ⅰ用打点计时器测自由落体的加速度和阻力全国课标卷Ⅱ用打点计时器测弹簧的弹性势能全国课标卷Ⅲ用传感器探究物体的加速度与外力的关系海南卷 用打点计时器测物体的速度和加速度江苏卷 用光电门验证单摆的机械能守恒浙江卷 研究互成角度的二力合成及弹力与伸长的关系上海卷 用DIS 验证落体的机械能守恒北京卷 用打点计时器验证落体的机械能守恒天津卷 用打点计时器研究匀变速直线运动四川卷 用光电门测弹簧的弹性势能

可见,利用打点纸带或光电门测速度与加速度,利用能的转化研究弹性势能、验证机械能守恒定律,成为2016年力学实验题的主旋律,经典翻新形成常态。

二、典例品读

(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离。

A.钢球在A点时的顶端

B.钢球在A点时的球心

C.钢球在A点时的底端

(3)下表为该同学的实验结果:

ΔEp/(×10-2J)4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk/(×10-2J)5.04 10.1 15.1 20.0 29.8

他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。

(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。

(3)比较该同学实验结果,每次均为ΔEp<ΔEk,表明存在系统误差,不是偶然误差。空气阻力做负功,只会使ΔEp>ΔEk,与结果不符。

【答案】(1)B

(2)1.50(1.49~1.51) 1.50(1.49~1.51)

(3)不同意,因为空气阻力会使ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp。

【点评】本题重在考查实验原理和测量方法,数据处理和误差分析,基本仪器读数穿插其中。误差分析是一大亮点,不仔细研究很难发现。题目还留有遐想,如①对于该同学实验结果,如何计算这5组测量结果的相对误差平均值?②验证机械能守恒定律,还有哪些方法?

【例2】(2016·全国卷Ⅲ)某物理课外小组利用图3中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010kg。实验步骤如下:

(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。

(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移x,绘制x-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。

(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的x-t图象如图4所示,由图4求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。

n1 2 3 4 5a/m·s-20.20 0.58 0.78 1.00

(4)利用表中的数据在图5中补齐数据点,并作出a-n图象。从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。

(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为______kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8m·s-2)。

(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)。

A.a-n图线不再是直线

B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点

C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大

(4)补齐数据点,画出拟合直线,如图6所示。

(5)实验步骤(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑,则有μ=tanθ;

对整体(M+5m),将n个钩码挂在轻绳右端,根据牛顿第二定律得

(6)若事前未平衡摩擦力(板水平),对整体

nmg-F′f=(5m+M)a′,F′f=μ[(5-n)m+M]g,

【答案】(3)0.39

(4)如图6所示

(5)0.45

(6)BC

【启示】同一装置可完成不同内容的实验,不同装置也可完成同样内容的实验。一定要掌握课本介绍的基本实验模型,注重原理的理解、迁移和拓展,活化实验方法技能。如:

①验证牛顿第二定律实验,并非一定要m远小于M。当拉力用力传感器直接测出,或把悬挂物和小车看作整体时,就无须m远小于M。

②什么时候需要平衡小车的滑动摩擦力?如用本题装置探究动能定理,当以悬挂物重力作为系统合力时,则需要平衡摩擦力;如测量小车与长木板间的摩擦因数,就无须平衡摩擦力。

(作者单位:湖北省武汉市黄陂区第一中学)

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