内容正文:
第1讲 力学实验
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二轮· 物理
知识必备 基础落实
核心素养 能力提升
创新应用 思维拓展
限时训练 巩固提高
核心知识:1.各种测量工具的读数规则(刻度尺、千分尺、游标尺、测力计、天平等)。2.力学中各种运动规律及应用条件。3.应用各种规律列出相关图像的方程。4.相关测量和实验中的误差产生与降低。
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[示例] (2022·山东卷)在天宫课堂中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发,某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
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②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨;
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
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④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
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回答以下问题(结果均保留2位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为________N/m。
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示,由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图线Ⅱ,则待测物体的质量为________kg。
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0.20
0.13
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分析说明:(1)本题目的:测物体质量。
(2)原理:牛顿第二定律。
(3)测量工具:力的传感器测合力F、加速度传感器测加速度a(现代技术手段)
(4)解决方案:传感器解决合力F和加速度a的测量。
(5)数据处理:图像及图像转化(由Ft、at转化为aF)。
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(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为___________________,钩码的动能增加量为___________,钩码的重力势能增加量为________。
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(2)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图3所示。由图3可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因是。
答案:(2)见解析
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解析:(2)钩码机械能的增加量,即钩码动能和重力势能增加量的总和,若无阻力做功则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能