第三板块 专题八 主题二 智能设备在力学实验中的应用（Word教参）-【新高考方案】2024年高考物理二轮复习专题增分方略（老教材）

主题二　智能设备在力学实验中的应用 应用(一)　利用光电传感器测重力加速度 [例1]　(2022·辽宁高考)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。 (1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要______(填“天平”或“刻度尺”)； (2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50 cm，记录时间间隔的数据如表所示， 编号 1遮光带 2透光带 3遮光带 … Δt/(×10－3s) 73.04 38.67 30.00 … 根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝________m/s(结果保留两位有效数字)； (3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔分别为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝________(用d、Δt1、Δt2表示)； (4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)实验中，我们不需要测质量，但需要测遮光带和透光带的宽度，故需要刻度尺； (2)根据平均速度定义得v3＝＝＝1.5 m/s； (3)可以考虑匀变速直线运动中平均速度为中间时刻速度，分别求出相邻两个遮光带(透光带)中间时刻速度后，根据加速度定义式表示g，即g＝，整理可得g＝； (4)空气阻力的影响或光栅板不沿竖直方向。 学科网（北京）股份有限公司 [答案]　(1)刻度尺　(2)1.5　(3) (4)见解析 [创新分析] 本实验利用光电传感器与计算机连接记录遮光带和透光带通过光电传感器的时间，再利用Δv＝gΔt，计算重力加速度的大小。　　 应用(二)　利用力传感器和加速度传感器测物体的质量 [例2]　(2022·山东等级考)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； 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； 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。 回答以下问题(结果均保留两位有效数字)： (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。 学科网（北京）股份有限公司 (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图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。 [解析]　(1)由题知，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。结合题图乙的F-t图像有Δx＝5.00 cm，F＝0.610 N 根据胡克定律k＝，计算出k ≈ 12 N/m。 (2)根据牛顿第二定律有F＝ma 则a -F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有＝ kg－1＝5 kg－1 则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20 kg。 (3)滑块上增加待测物体，同理，根据图丙中Ⅱ，则有＝ kg－1＝3 kg－1 则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为 m′≈0.33 kg 则待测物体的质量为Δm＝m′－m＝0.13 kg。 [答案]　(1)12　(2)0.20　(3)0.13 [创新分析] (1)利用力传感器测量滑块的合外力。 (2)利用加速度传感器直接测量滑块的加速度。 (3)利用a-F图像求解滑块的质量。　　 应用(三)　利用手机软件测量动摩擦因数 [例3]　(2023·汉中高三质检)某同学利用手机“声音图像”软件测量物块与长木板间的动摩擦因数μ。实验装置如图甲所示，长木板固定在水平桌面上，物块置于长木板上且两端分别通过跨过定滑轮的细线与小球A、B相连，实验前分别测量出小球A、B底部到地面的高度hA、hB