3 层级1 主题2 “纸带、光电门”类实验(Word教师用书)-【创新方案】2025年高考物理二轮复习专题辅导与测试(北京，江苏专版)

主题二　“纸带、光电门”类实验 主题精要归纳 1.由纸带确定时间 要注意区分打点计时器打出的点与人为选取的计数点,为便于测量和计算,一般每五个点取一个计数点,这样时间间隔为Δt=5×0.02 s=0.1 s。 2.求瞬时速度 做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,求纸带上某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1,则打n点时的速度vn=。 3.求加速度 (1)利用a=求解:在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx=xn+1-xn=aT2求加速度a。 (2)逐差法: 如图所示,由xn-xm=(n-m)aT2 可得a1=、a2=、a3=, 所以a==。 (3)两段法:把图中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相等(均为3T)的两大段,则由xⅡ-xⅠ=aT2得(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)=a(3T)2,解出的a与上面逐差法结果相等,但却要简单得多。 (4)图像法: ①由vn=,求出相应点的速度。 ②确定各计数点的坐标值(T,v1)、(2T,v2)、…、(nT,vn)。 ③画出v⁃t图像,图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。 [逐点验收评价] 1.(2024·昆山模拟)某学习小组利用图(a)所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 (1)实验中下列说法正确的是　　　　。  A.应先释放纸带,再接通电源 B.应确保纸带由静止竖直释放 C.需要称量重物的质量 D.利用公式v=gt或v=计算重物的速度 (2)实验中打点计时器打出了如图(b)所示的一条纸带,将依次打出的点分别标记为0、1、2、3、…,利用刻度尺分别测出点6、7、8、…到点0的距离为h6、h7、h8、…,打点计时器打点周期T=0.02 s,重力加速度g取9.8 m/s2。若机械能守恒,则减少的重力势能与增加的动能应满足关系gh7=　　　　(用h6、h8、T表示)。  (3)利用excel处理后的数据如表中所示(均为国际单位),其中h为下降的高度,m为重物的质量,ΔEp为减少的重力势能,ΔEk为增加的动能,ΔE为ΔEp与ΔEk的差值。 计数点 h 6 0.069 0.676 0.661 0.015 7 0.094 0.921 0.878 0.043 8 0.122 1.196 1.165 0.031 9 0.156 1.529 1.498 0.031 10 0.193 1.891 1.855 0.036 11 0.233 2.283 2.241 0.042 (4)从表中列的数据可以得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)为了充分利用纸带,应先接通电源,再释放纸带,故A错误;为了减小纸带与打点计时器间的摩擦,应确保纸带由静止竖直释放,故B正确;由于验证机械能守恒的表达式中,质量可以约去,所以不需要称量重物的质量,故C错误;不能利用公式v=gt或v=计算重物的速度,因为这样默认加速度为重力加速度,失去了验证的意义,故D错误。 (2)从0到7过程,减少的重力势能为ΔEp=mgh7,根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段位移的平均速度,则有v7=,则从0到7过程,增加的动能为ΔEk=m-0=若此过程机械能守恒,则有mgh7=则gh7= (4)从表中列的数据可以得出的结论是:因空气阻力与摩擦阻力的影响,导致重力势能的变化量总是略大于动能的增加量(或忽略空气阻力与摩擦阻力的影响下,可以认为重物下落过程机械能守恒)。 答案:(1)B　(2)　(4)因空气阻力与摩擦阻力的影响,导致重力势能的变化量总是略大于动能的增加量(或忽略空气阻力与摩擦阻力的影响下,可以认为重物下落过程机械能守恒) [细节提醒] (1)验证重物下落过程中机械能是否守恒,不能认为其加速度为重力加速度,即不能利用公式v=gt或v=计算重物的速度。 (2)从表格中获取信息,随着下降高度的增加,损失的机械能越来越多。 2.在研究小车做匀变速直线运动的实验中,使用了如图甲所示的装置: (1)在该实验中,下列做法正确的是　　　　。  A.先使小车运动,再接通电源 B.该实验需要平衡摩擦力 C.打点计时器可以使用8 V的直流学生电源 D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (2)如图乙所示为某同学在某次实验中打出纸带的一部分,纸带上的A、B、C为三个相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,A、B间的距离为x1,A、C间的距离为x2,则打B点时小车的速度大小vB=　　　　,小车的加速度大小a=　　　　。(用x1、x2和T表示)  (3)若打点计时器实际工作频率偏大,则根据表达式和题中数据计算出vB的结果与实际值相比　　　　(选填“相等”“偏大”或“偏小”)。  (4)若打点计时器额定电压为220 V,则实际使用的电源电压为215 V,则(2)中得出的小车速度与真实值相比　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析:(1)为了更好地利用纸带,应先接通交流电源,然后放开小车,让小车拖着纸带运动,选项A错误;本实验不需要平衡摩擦力,选项B错误;打点计时器只能使用交流电源,选项C错误;为了更好地利用纸带,应将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处,选项D正确。 (2)打B点时小车的速度大小vB=,小车的加速度大小a==。 (3)若打点计时器实际工作频率偏大,则相邻计数点间的实际时间间隔T偏小,根据vB=可知,若仍按之前的时间间隔计算,那么计算出vB的结果比实际值偏小。 (4)打点计时器的打点频率与打点计时器的电压大小无关,所以小车速度的测量值与真实值相比不变。 答案:(1)D　(2)　　(3)偏小 (4)不变 [细节提醒] (1)测量做匀变速直线运动物体的速度实验不需要平衡摩擦力。 (2)不清楚x1、x2的物理意义,易写出a=的错误结果。 (3)打点计时器的工作频率大小对测量结果有影响,而工作电压大小对测量结果无影响。 3.(2024·江西高考)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码。 (1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 (2)小车的质量为M1=320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车的加速度a。钩码所受重力记为F,作出a⁃F图像,如图(b)中图线甲所示。 (3)由图线甲可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比。为了进一步探究,将小车的质量增加至M2=470 g,重复步骤(2)的测量过程,作出a⁃F图像,如图(b)中图线乙所示。 (4)与图线甲相比,图线乙的线性区间　　　　,非线性区间　　　　。再将小车的质量增加至M3=720 g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如表所示(表中第9~14组数据未列出)。  序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力F/(×9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度a/(m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 钩码所受重力F/(×9.8 N) 0.120 0.140 0.160 … 0.300 小车加速度a/(m·s-2) 1.67 1.95 2.20 … 3.92 (5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线丙。 (6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量　　　　　　　　　　　　时,a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(4)根据题图(b)分析可知,与图线甲相比,图线乙的线性区间较大,非线性区间较小。 (5)在坐标系中进行描点,结合其他点用平滑的曲线拟合,使尽可能多的点在线上,不在线上的点均匀分布在线的两侧,如图所示。 (6)对钩码受力分析,根据牛顿第二定律有F-T=ma,对小车由牛顿第二定律得T=Ma,联立解得F=(M+m)a,变形得a=F,当m≪M时,可认为m+M≈M,则a=F,即a与F成正比。 答案:(4)较大　较小　(5)见解析图 (6)远大于钩码的质量　见解析 [细节提醒] (1)平衡小车所受摩擦力后,则钩码的重力等于钩码和小车整体受到的合外力。 (2)逐渐增大小车的质量,得到甲、乙、丙三条图线,线性区间逐渐增大,非线性区间逐渐减小,由此可知小车的质量远大于钩码质量时,小车的加速度与钩码所受重力成正比。 学科网（北京）股份有限公司 $$