2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套课件(二)-“板块装置”在实验中的应用

热点专题突破系列(二)“板块装置”在实验中的应用【高考热点概述】由一个长木板和一个滑块(或小车)组成的“板块装置”在力学实验中应用十分广泛,“板块装置”所涉及的实验主要有研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律。“板块装置”在验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律实验及其创新实验中的应用是高考的热点。【热点分类突破】一、“板块装置”在测量滑块与木板间动摩擦因数中的应用【例证1】(2014·山东高考)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤：①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。在A端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作F;③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;实验数据如下表所示：G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静止,测量重物P离地面的高度h;⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ=________(保留2位有效数字)。(3)滑块最大速度的大小v=________________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。【精讲精析】(1)图像如图所示(2)图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态，由平衡条件得F=μG，即μ=；图像中斜率的大小就表示动摩擦因数，由图像可得μ==0.40。(3)滑块运动位移为h时速度最大，后一段滑块做匀减速直线运动，由动能定理得：-μmg(s-h)=0-mv2，所以滑块运动的最大速度的大小答案：(1)见精讲精析(2)0.40(3)FG1.60.44.01.012v2g(sh)。2g(sh)【总结提升】本实验的误差来源来源一：细绳与长木板不平行。来源二：橡皮泥和滑块的重力测量有误差。来源三：木板上木块的移动距离测量读数不准确。二、“板块装置”在验证机械能守恒定律实验中的应用【例证2】(2014·漳州模拟)某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,利用现有器材如何判断导轨是否水平?____________。(2)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=_____cm;实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s,则滑块经过光电门时的瞬时速度为______m/s。在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、____________和____________(文字说明并用相应的字母表示)。(3)本实验通过比较____________和____________在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示),从而验证了系统的机械能守恒。【精讲精析】(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保持静止,则说明导轨是水平的(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动)。(2)d=5mm+2×0.1mm=5.2mm=0.52cm；滑块经过光电门时的瞬时速度为v==0.43m/s；根据机械能守恒定律，应该满足mgs=(m+M)()2，所以本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M。(3)通过比较mgs和(m+M)()2在实验误差允许的范围内相等，从而验证了系统的机械能守恒。dt12dt12dt答案：(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动)(2)0.520.43滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s滑块的质量M(3)mgs(m+M)()212dt【总结提升】本实验的特点特点一：是对教材实验或常见练习题进行器材和装置的改换而成的。特点二：滑块沿气垫导轨运动，整个运动过程几乎没有摩擦力。特点三：以整个运动的系统为研究对象。【专题强化训练】1.(2013·新课标全国卷Ⅰ)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;②调整轻滑轮,使细线水平;③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a;④多次重复步骤③,求a的平均值;⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。a回答下列问题：(1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图乙所示,其读数为________cm。(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a=_______。(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ=________。(4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于___________(选填“偶然误差”或“系统误差”)。【解析】(1)20分度游标卡尺的精确度为0.05mm,主尺读数0.9cm,游标尺读数=12×0.005cm=0.060cm,所以游标卡尺的读数为0.960cm。a(2)遮光片经过光电门A和B的平均速度分别表示A、B位置的瞬时速度，又由速度位移公式得：(3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：F-μMg=M，mg-F=m，即mg-μMg=(M+m)，所以(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差是实验原理不完善引起的系统误差。ABABddvvtt，，2222BABAvv1dda[()()2s2stt]。aaamg(Mm)aMg。答案：(1)0.960(2)(3)(4)系统误差22BA1dd[()()2stt]mg(Mm)aMg2.为测定木块与桌面之间的动摩擦因数,小亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中,当木块A位于水平桌面上的O点时,重物B刚好接触地面。将A拉到P点,待B稳定后由静止释放,A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h,重复上述实验,分别记录几组实验数据。(1)实验开始时,发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。(2)请根据下表的实验数据作出s-h关系的图像。h/cm20.030.040.050.060.0s/cm19.528.539.048.056.5(3)实验测得A、B的质量分别为m=0.40kg、M=0.50kg。根据s-h图像可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ=__________。(结果保留一位有效数字)(4)实验中,滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(选填“偏大”或“偏小”)。【解析】(1)为使A不撞到滑轮,应设法减小B落地瞬间A的速度,因而可以减小B的质量;增加细线的长度或增大A的质量;降低B的起始高度。(2)如图(3)对A木块应用动能定理，有(Mg-mμg)=mgμs,(M-mμ)=μs,h=,h=,由图可知k=,代入数据可以解得：μ=0.4。(4)考虑到滑轮的摩擦力做负功，实验中要克服滑轮的摩擦力做功，造成实验结果偏大。答案：(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度)(2)见解析图(3)0.4(4)偏大mhMmhMm(Mm)sMmMmsMmMms1hMm3.为了测定滑块与木板间的动摩擦因数,将两块相同的长木板用短小的圆弧连接起来,支在小木块上。右板右端用螺旋支柱支起,左板左端落在水平面上。螺旋支柱可调节连接点的高度(如图所示),小滑块(可视为质点)从右板的右端由静止释放,滑块可在左板的某处静止。(不计空气阻力)(1)反复调整螺旋支柱的高度,使得滑块能恰好停在左板的左端,只用一把直尺,测出滑块释放点的高度h和________(只能是一次测量的量),则滑块与木板间的动摩擦因数μ=________。(2)如果螺旋支柱的高度不合适,使得滑块只能停在左板中间某处,仍只用一把直尺,可否测出滑块和木板间的动摩擦因数________(选填“可以”或“不可以”)。【解析】(1)设木板的长为L,倾角为θ,则滑块从木板滑下克服摩擦力做功为W=μmgcosθ·L=μmgs水平,所以滑块从右板的右端由静止释放,停在左板的左端时,有mgh-μmgs=0,测出两木板的水平长度s,则μ=。(2)只要滑块停在左板上,测出停止点到右板右端的水平距离,就可以测出动摩擦因数。答案：(1)两木板的水平长度s(2)可以hshs4.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮,木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点。(1)图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。根据图中数据计算得加速度a=________(保留三位有效数字)。(2)回答下列两个问题：①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有________。(填入所选物理量前的字母)A.木板的长度lB.木板的质量m1C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3E.滑块运动的时间t②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是__________。(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=____________(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g)。与真实值相比,测量的动摩擦因数_____(选填“偏大”或“偏小”)。写出支持你的看法的一个论据：_________________________________。【解析】(1)用逐差法进行数据处理,取后六个数据,分成两组,根据Δx=aT2,整理得a==0.497m/s2。(2)①根据牛顿第二定律得：m3g-μm2g=(m2+m3)a,所以还需要测量的物理量是滑块质量m2、托盘和砝码的总质量m3。②测量质量的实验器材是天平。2222(3.393.884.37)10(1.892.402.88)10m/s90.1(3)由(2)中的表达式得出动摩擦因数为μ=。由于纸带与限位孔之间有摩擦或托盘下落时受空气阻力,加速度a的真实值偏小,所以实验测得的动摩擦因数与真实值相比偏大。答案：(1)0.497m/s2(0.495～0.497m/s2均可)(2)①C、D②天平(3)偏大纸带与限位孔间有摩擦3232mg(mm)amg3232mg(mm)amg5.图甲是某实验小组验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒的实验装置,图中的气垫导轨被水平地固定在实验台上。(g为已知)(1)实验中,用螺旋测微器测量遮光条的宽度d,测量结果如图乙所示,则遮光条的宽度d=________mm。(2)实验时将滑块从图示位置由静止释放,由光电计时器读出遮光条通过光电门所用的时间Δt,钩码的质量m已用天平测得,为了验证系统的机械能守恒,在本次实验中还需要测量的物理量有__________(文字说明并用相应的字母表示)。(3)在实验误差允许的范围内,本实验验证机械能守恒的关系式是____(用测量的物理量符号表示)。【解析】(1)螺旋测微器的读数：3.5mm+19.6×0.01mm=3.696mm。(2)本实验是验证钩码和滑块组成的系统机械能守恒的问题,所以需要知道滑块移动的位移x、滑块的质量M。(3)机械能守恒的关系式为21dmgx(Mm)()2t答案：(1)3.696(2)滑块移动的位移x、滑块质量M(3)21dmgx(Mm)()2t