专题11第1讲 力学实验与创新(教师用书)-【成功方案】2023年高考物理艺术生文化课总复习

第1讲　力学实验与创新 高考题型1　橡皮条、弹簧、碰撞类实验 【例1】　 某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数L0，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 (1)利用ΔLi＝Li＋3－Li计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝__________ cm，压缩量的平均值＝＝__________ cm； (2)上述是管中增加__________个钢球时产生的弹簧平均压缩量； (3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为__________ N/m。(结果保留3位有效数字) 【答案】　(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6 【解析】　(1)[1]根据压缩量的变化量为ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05) cm＝6.04 cm [2]压缩量的平均值为＝＝ cm≈6.05 cm (2)[3]因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量； (3)[4]根据钢球的平衡条件有3mgsin θ＝k· 解得k＝＝ N/m≈ 48．6 N/m 【技巧点拨】 　探究弹力和弹簧伸长量的关系 (1)实验原理 要测出每次悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长的长度x，建立F－x坐标系，描点作图探究。 (2)操作关键 ①实验中不能挂过多的钩码，会使弹簧超过弹性限度。 ②作图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在两侧。 1．如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置。 (1)请把下面的实验步骤补写完整 ①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动 ②把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答____________(选填“有”或“没有”，不必说明理由) ③记录__________________以及________________________。 ④三段绳子上的拉力FA、FB、FC可用钩码数量来表示，根据记录的数据作出力的图示FA、FB、FC ⑤以FA、FB互为邻边，画出平行四边形，如果平行边形的对角线所表示的力与____________(选填FA、FB、FC)近似相等，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则 (2)在图中A、B、C三段绳子上分别悬挂了5、4、5个钩码而静止不动，图中OA、OB两段绳子与竖直方向的夹角分别为α、β，如果本实验是成功的，那么应接近于____________。 【答案】　(1)没有　三段绳子悬挂的钩码个数　三段绳子的方向　FC　(2) 【解析】　(1)②实验中钩码都是相同的，一个钩码受到的重力为一个单位力，只要记钩码的个数即可，故没有必要测量钩码的重力。 ③该实验采用等效法，需要记录三段绳子上挂的钩码个数，以及三段绳子的方向； ⑤以FA、FB为邻边，画出平行四边形，如果FA、FB所夹的对角线与FC，近似共线等长，说明FA、FB所夹的对角线表示的力即为FA、FB的合力，即验证了力的平行四边形定则。 (2)作出几个力的关系如图所示： 根据正弦定理有：＝，且FA＝5mg，FB＝4mg，解得：＝＝。 2．气垫导轨是一种实验辅助仪器，利用它可以非常精确地完成多个高中物理实验，滑块在导轨上运动时，可认为不受摩擦阻力，现利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如下图。 (1)对导轨进行调节平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块a。调整调节旋钮，轻推滑块，观察滑块通过两光电门的时间，当____________时，说明导轨已经水平。 (2)使用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb，然后按如图所示方式放在气垫导轨上。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞并粘在一起，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式____________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 【答案】