专题3 光电门等现代技术在力学实验中应用实验解答总结-【实验攻略】备战2024年高考物理各类实验解答总结

专题1 专题3 光电门等现代技术在力学实验中应用实验解答总结 【本专题涉及到的常见的实验】 1、实验：探究小车速度随时间变化的规律 2、实验：探究加速度与力、质量的关系 3、实验：测量动摩擦因数 4、实验：探究平抛运动的特点 5、实验：验证动能定理（探究做功与速度变化的关系） 6、实验：验证机械能守恒定律 7、实验：验证动量守恒定律 8、实验：研究自由落体运动 9、实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 【方法总结提升】 1、遮光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的平均速度大小，即v＝＝。 用两个光电门测量加速度常用方法： ①知道遮光条通过光电门1的时间是、光电门1的时间是、通过两个光电门的时间是，则加速度是 ②知道遮光条通过光电门1的时间是、光电门1的时间是、两个光电门的距离是L，则加速度是 2、用频闪照相的方法、手机录像代替打点计时器．其数据处理方法与纸带类实验处理方法类似。 通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度。 【例题1】利用如图所示装置做“探究加速度与力和质量的关系”的实验，附有滑轮的长木板平放在实验桌面上，将细绳一端拴在滑块上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码使滑块在钩码的牵引下运动。 （1）在进行实验时，需要先将长木板倾斜适当的角度，这样做的目的是 ；还要求重物的质量远小于滑块的质量，这样做的目的是 。 A．使滑块获得较大的加速度 B．使细线的拉力等于滑块受到的合外力 C．使纸带上点迹清晰，便于进行测量 D．使钩码的重力近似等于细线的拉力 （2）根据实验测得的数据，以小车运动的加速度a为纵轴，力F为横轴，得到如图所示的a-F图像如图中图线A所示，现仅增大木板与水平方向夹角，得到的图像可能是图中的 （图中所示的A、B、D、E图线相互平行）。 （3）为进行更精确的实验，对上述装置进行改进，实验装置如图所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门，滑块上固定一遮光片，光电门可以记录下遮光片通过光电门时所用的时间Δt1和Δt2，以及两次开始遮光的时间间隔Δt，用此装置得到的数据绘制图像，探究加速度与力的关系，除了上述已测得的物理量，还需要测量或记录的数据有 。 A．遮光片的宽度d B．钩码的质量m C．滑块和遮光片的总质量M D．滑块的初始位置到光电门1的距离L1 【例题2】某学习小组的同学应用自由落体运动知识测当地重力加速度g，将实验器材如图组装。 实验步骤如下： A．测出金属球的直径d； B．测出光电门与B点（球心等高点）之间的高度h，记录金属小球通过光电门的遮光时间； C．逐步下调光电门的位置，测出多组数据，以为横坐标，为纵坐标，绘制出图像。 （1）金属球过光电门的速度 。 （2）正确操作后绘制出如图所示的图像，则重力加速度g= m/s2。（结果保留两位小数） （3）若未考虑金属小球的半径，从图中的A点开始测量下落高度，仍然用上述方法，则测出的重力加速度与小问2相比 （填偏大、偏小或不变）。 【例题3】某班级同学在探究向心力大小的表达式实验时： 第一小组采用甲图所示的装置进行探究，两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。 第二小组采用用乙图所示的装置进行探究，滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力的大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测得旋转半径为。滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力和角速度的数据。 （1）下列实验中与这两组同学采用的科学方法不同是 。 A．探究加速度与力、质量的关系 B．探究影响通电导线受力的因素 C．探究两个互成角度的力的合成规律 （2）第一组同学在某次实验时，两个钢球质量和转动半径相等，图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为 。 ②第二组同学实验时，以为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条如图乙所示直线，图线斜率为，则滑块的质量为 （用、、d表示）。 【例题4】如图1所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，和为两个光电门，、均为弹性滑块，质量分别为、，且选择大于，两遮光片沿运动方向的宽度均为，实验过程如下；