重难点13 力学实验-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（全国通用）

重难点13 力学实验 力学实验时高中实验的基础，涉及到很多实验方法，像控制变量法，等效替代法；涉及到很多实验数据的处理方法，像多次测量求平均值法，图像法。力学实验要首先根据实验原理，设计实验，正确处理实验数据，得出实验结论。力学实验还是很多基本物理量的测量问题，像长度的测量，时间的测量，速度的测量，加速度的测量，力的测量，动能的测量， 重力势能的测量，动量的测量。 例题1. 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，可输出交流电和直流电．重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律． (1)下列几个操作步骤中： A．按照图示，安装好实验装置 B．将打点计时器接到电源的“交流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点 E．测量纸带上某些点间的距离 F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 没有必要的是________，操作错误的是________．(填步骤前相应的字母) (2)在使用质量为m的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图所示，纸带上所打的点记录了重锤在不同时刻的位置，那么纸带的________(填“左”或“右”)端与重锤相连．设打点计时器的打点周期为T，且“0”为打下的第一个点，当打点计时器打点“3”时，重锤的动能表达式为________________，若以重锤的运动起点“0”为参考点，当打点“3”时重锤的机械能表达式为________________． 题2. 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片． (1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是_________． (2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行． 第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为Δt2，滑块B通过光电门2的时间为Δt3. 第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为Δt5. 为完成该实验，还必须测量的物理量有________(填选项前的字母)． A．挡光片的宽度d B．滑块A的总质量m1 C．滑块B的总质量m2 D．光电门1到光电门2的距离L (3)在第二次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为________________(用已知量和测量量表示)． (4)在第一次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中机械能守恒，则应该满足的表达式为________________(用已知量和测量量表示)． 一、速度与加速度的测量 ①利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝. ②利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝＝. ③利用速度—时间图像求加速度 a．作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度； b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度． 二、胡克定律实验原理 (1)如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等． (2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与形变量间的关系． 三、平行四边形定则实验原理 (1)等效法：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示． (2)平行四边形定则：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示． (3)验证：比较F和F′的大小和方向，若在误差允许的范围内相等，则验证了力的平行四边形定则． 四、牛顿第二定律实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出a－F图像和a－图像，确定a与F、m的关系． 五、平抛运动实验原理 计算平抛物体的初速度 情景1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝gt2即可求出多个初速度v0＝x，最后求出初速度的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度． 情景2：若原点O不是抛出