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1、专题九 力学必考实验（二）考纲解读实验名称考试属性说明必考加试5.探究作用力与反作用力的关系1.不要求对研究平抛运动进行实验误差分析2不要求对验证机械能守恒定律进行定量分析实验误差.6.研究平抛运动7.探究做功与物体速度变化的关系8.验证机械能守恒定律探究作用力与反作用力的关系1用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系如图1甲所示，任取A、B两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着弹簧测力计A受到B的拉力FBA，弹簧测力计B受到A的拉力FAB.读出此时两个弹簧测力计的示数FA和FB，比较FA和FB的大小和方向如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B连接一块木块，A用手拉着探究在水平方向运
2、动时，FA和FB的大小和方向将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究图12用力传感器探究作用力与反作用力的关系如图2所示，用两只力传感器钩住对拉从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图线中读出不同时刻两只力传感器间的相互作用力FA和FB，比较FA和FB的大小和方向图23实验结论作用力与反作用力作用在两个物体上，大小相等、方向相反，同时产生，同时消失，性质相同作用力与反作用力之间的关系与运动状态无关4注意事项(1)使用弹簧测力计前，应先调节零刻度(2)弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上(3)实际的弹簧测力计往往存在一定的误差，发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见”也不能“武断定论”(4
3、)将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数比较确定两弹簧测力计拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法(5)同一实验步骤中，小泡沫塑料位置必须保持不变(6)用力传感器进行实验时，也需要调零(7)用力传感器对拉时要使作用力在同一直线上例1(2015浙江9月选考科目试题)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验(1)将两个传感器按图3甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是_，纵坐标代表的物理量是_图3(2)(多选)由图乙可得到的实验结论是()A两传感器间的作用力与反作用力大小相等B两传感器间的作用力与反作用力方向相同C两传感器间的作用
4、力与反作用力同时变化D两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上答案(1)时间(t)力(F)(2)AC变式题组1如图4所示，将两弹簧测力计a、b连接在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明()图4A这是两只完全相同的弹簧测力计B弹力的大小与弹簧的形变量成正比C作用力与反作用力大小相等、方向相反D力是改变物体运动状态的原因答案C解析a、b两弹簧测力计的示数分别显示b弹簧的拉力和a弹簧的拉力，这是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律得知，它们的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等、方向相反，与弹簧测力计无关，故两只弹簧测力计不
5、一定完全相同故A错误，C正确；此实验不能说明弹力的大小与弹簧的形变量成正比故B错误；弹簧测力计的运动没有改变，故此实验不能说明力是改变物体运动状态的原因故D错误研究平抛运动1实验目的(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹(2)用实验轨迹求解平抛物体的初速度2实验原理使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：xv0t和ygt2，可得v0x.3实验器材(以斜槽法为例)斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺4实验步骤(1)按图5甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好静止)图5(2)以水
6、平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴(3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点用同样方法，在小球运动路线上描下若干点(4)将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示5实验注意事项(1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平(2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直(3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板(4)要在斜槽上
7、适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差(5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点(6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算6判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有yax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值(2)验证方法方法一：代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入yax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数方法二：图象法建立yx2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标
8、值分别计算出对应y值的x2值，在yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值7计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因xv0t，ygt2，故v0x.(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图6所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则hhBChABgt2.所以t ，所以初速度v0x.图6例2某校科技活动开展了关于平抛运动的研究学习(1)学习小组甲为了探究影响平抛运动水平射程的因素，某同学
9、通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验，实验数据记录如下表.序号抛出点的高度(m)水平初速度(m/s)水平射程(m)10.202.00.4020.203.00.6030.204.00.8040.452.00.6050.454.01.2060.802.00.80若探究水平射程与初速度的关系，可用表中序号为_的三组实验数据进行分析若探究水平射程与高度的关系，可用表中序号为_的三组实验数据进行分析(2)学习小组乙在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图7所示的照片，已知每个小方格边长为9.8 cm，当地的重力加速度为g9.8 m/s2.图7若以
10、拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标为_小球平抛的初速度大小为_答案(1)1、2、31、4、6(2)(58.8 cm,58.8 cm)1.96 m/s解析(1)探究影响平抛运动水平射程的因素时，若探究水平射程和初速度的关系应保持抛出点高度不变，可用1、2、3的三组数据；若探究水平射程和高度的关系，应保持初速度不变，可用表中序号为1、4、6的三组实验数据(2)根据平抛运动的特点，水平方向的坐标为329.8 cm58.8 cm，竖直方向y(123)9.8 cm58.8 cm，故没有被拍摄到的小球位置坐标为(58.8 cm,58.8 cm)；由hgt2，得
11、t s0.1 s，v0 m/s1.96 m/s.变式题组2在“研究平抛运动”的实验中，小希同学采用如图8所示的装置来获得平抛运动的轨迹图8(1)为得到一条轨迹，需多次释放小球，每次释放小球的位置_(填“相同”或“任意”)(2)为了测得小球离开斜槽末端时的速度，该同学需测量的物理量是_A小球的质量B小球下落的时间C斜槽末端距落点间的水平距离和竖直高度D斜槽末端距释放点间的水平距离和竖直高度答案(1)相同(2)C解析(1)本实验要通过多次重复平抛小球来记录轨迹，所以每次的轨迹必须相同，因此要求每次将小球从轨道同一位置无初速度释放；(2)根据平抛运动规律，水平方向xv0t，竖直方向hgt2，解得小球
12、离开斜槽末端时的速度v0x，故需要测量的物理量是斜槽末端距落点间的水平距离x和竖直高度h，选项C正确探究做功与物体速度变化的关系实验方案一1实验原理图9重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重物所受的重力当作小车受到的牵引力如图9所示改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系2实验器材小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、天平、打点计时器、纸带、刻度尺等3实验步骤(1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡摩擦力(2)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码(
13、3)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源(4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作4注意事项(1)实验前必须首先平衡摩擦力(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力，这时钩码重力才近似等于小车所受的合外力5数据处理(1)小车受到的合外力F：大小近似等于所挂钩码的重力mg，故用天平测出钩码的质量m可求Fmg.(2)通过纸带测小车的位移l.(3)求出合力对小车做的功WFlmgl.(4)通过纸带求出对应位移l时，小车获得的速度v.6结论研究W与v的关系，发现合力对小车做的功W与小车速度的平方成正比，即满足Wv2.实验方案二1实验原理(如图10所示)图10(1)一根
14、橡皮筋作用在小车上移动距离x做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为3W.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系2实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、刻度尺、铁钉等3实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：用一条橡皮筋拉小车做功W.用两条橡皮筋拉小车做功2W.用三条橡皮筋拉小车做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的速度(4)分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3、图象，直到明确得出W和v的关系4注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分(3)橡皮
