专题15 力学实验 考题一———纸带类”实验 新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、探究加速度与力、质量的关系、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律.这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用： 1.由纸带确定时间 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算. 2.求解瞬时速度 利用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1所示，打n点时的瞬时速度vn＝. 图1 3.用“逐差法”求加速度 如图2所示，a＝. 图2 有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下： (1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v＝. (2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝. 例1 图3甲是“研究匀变速直线运动”的实验装置，图乙是该实验中获得的一条纸带.已知所用交流电源的频率为50 Hz，A、B、C、D、E、F是纸带上的计数点，相邻计数点间还有四个点没有画出. 图3 (1)实验时由于没有记录CD间的读数，根据图乙中已有的数据估算出CD间的距离约为_____ cm. (2)某同学在处理数据时将A点记为t＝0，B点记为t＝0.1 s，C点记为t＝0.2 s……，将AB间距离记为t＝0.1 s时的位移x1＝1.50 cm，BC间距离记为t＝0.2 s时的位移x2＝1.81 cm……，并根据图乙中的数据作出如图丙所示的x－t图象，该图线与纵坐标的交点表示的是_____；若该同学根据图象得出x－t图象的斜率为k(m/s)，则该纸带运动时的加速度大小是_____ m/s2(请用斜率k来表示，数值概不给分). (3)若将实验中的打点计时器拿掉，改用在水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砂桶，如图丁所示，可以用来验证“牛顿第二定律”，实验时，先测出小车、传感器和挡光板的总质量m，再让小车从靠近光电门1处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t.改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线，下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是_____. 解析 (1)由Δx＝aT2，即ED－CD＝CD－BC＝aT2， 得CD＝＝2.13 cm. (2)x－t图象与纵坐标的交点为OA的距离；由＝可知，且各段位移的时间均为0.1 s，故当纵坐标的位移除以0.1 s时，即为各段的平均速度值，则加速度大小a＝＝＝10×＝10k. (3)小车从靠近光电门1处由静止开始做匀加速运动，位移x＝at2.改变小车质量m，测得多组m、t的值，则加速度a＝，位移不变，故a与t2成反比，m与t2成正比，能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是C.故选C. 答案 (1)2.13 (2)OA之间的距离 10k (3)C 变式训练 1.在用图4所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度a与合力F的关系. 图4 (1)除了电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中必须使用的有_____(选填选项前的字母). A.220 V、50 Hz的交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(附砝码) (2)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是_____. A.调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行 B.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上 C.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上 (3)某同学得到了图5所示的一条纸带，由此得到小车加速度的大小a＝_____ m/s2. 图5 (4)在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力m ... ...
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