一套實驗器材 多種變形考法

張 宇

(山東省臨沂市第十八中學 276000)

一、高頻考點對比，掃清知識障礙

某次做實驗的時候，實驗員準備了以下器材：①小桶;②鉤碼;③毫米刻度尺;④一端附有滑輪的長木板;⑤小車及細線;⑥砝碼;⑦托盤天平;⑧紙帶;⑨電火花打點計時器.

問題1用以上器材可以做下列哪些實驗( ).

A.探究小車速度隨時間變化規律

B.探究加速度與力、質量的關系

C.探究求合力的方法

D.探究做功與速度變化的關系

E.驗證機械能守恒定律

答案:ABDE

問題2如圖1所示，下列說法正確的是( ).

圖1

A.該裝置做研究勻變速直線運動的實驗時，需要平衡小車和木板間的摩擦力

B.該裝置探究小車的加速度與質量關系時，每次改變小車的質量后必須重新平衡小車與木板間的摩擦力

C.該裝置探究功與速度變化關系實驗時，可以將木板帶有打點計時器的一端適當墊高，目的是消除摩擦力對實驗的影響

D.該裝置驗證機械能守恒的實驗時，需要平衡小車和木板間的摩擦力

分析本題考察實驗前是否需要平衡摩擦力的問題，A.探究小車的速度隨時間的變化規律時，只需保證小車做勻變速直線運動即可，摩擦力的存在并不影響小車的運動性質，因此不需要平衡摩擦力.

B.探究小車的加速度與力的關系時，小車受到重力、支持力、繩的拉力、摩擦力，由于摩擦力不易測量，我們必須通過建立斜面的方式，將摩擦力的影響消除掉，才能保證繩的拉力就是我們要找的合外力，因此也必須進行平衡摩擦力

C.探究功與速度變化關系時，由W合=F合l=FTl,因此也必須進行平衡摩擦力

D.探究機械能守恒守恒時，除重力與彈簧的彈力以外沒有其他力做功，因此必須要平衡摩擦力

答案:CD

問題3在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應采取的做法是____.

答案:將不帶滑輪的木板一端適當墊高，不掛鉤碼的情況下輕推小車，使小車恰好能夠做勻速直線運動.

問題4在實驗操作過程中，下列說法正確的是( ).

A.在研究勻變速直線運動的實驗時，需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量

B.在探究小車的加速度與質量關系時，需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量

C.在探究功與速度變化關系實驗時，需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量

D.在驗證機械能守恒定律實驗時，需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量

分析本題由于繩的拉力不易測量，小車及其配重質量為M，小桶及鉤碼質量為m，有mg-FT=ma，FT=Ma,當M?m時，才可近似的認為FT≈mg.

A.探究小車的速度隨時間的變化規律時，并未涉及到FT的具體數值，F合的大小并不影響小車的運動性質不需要滿足FT=mg.

BC.探究小車的加速度與力的關系時和探究功與速度變化關系時，都需要滿足FT≈mg.

答案:BC

問題5 利用上述裝置“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，當小車的質量不變時，小車的加速度與小車的合外力滿足( )圖2的關系.

圖2

分析隨著力F的增大，不再滿足M?m，小桶及砝碼的重力與繩的拉力的差值越來越大，因此曲線出現彎曲的現象.

答案:C

二、變式對比 跳出陷阱

變式1為探究加速度與合外力的關系，甲、乙、丙三個實驗小組分別采用圖3、圖4、圖5所示的實驗裝置,小車總質量用M表示(圖3中M為小車和與小車固定連接的小滑輪的質量和，圖4中M為小車與傳感器的質量和)，鉤碼總質量用m表示.重力加速度g已知，試回答下列問題:

(1)甲、乙、丙三組實驗中，必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小組是____(填 “甲”、“乙”、“丙”).

(2)甲、乙、丙三組實驗中必須滿足“M?m”的實驗小組是____(填“甲”、“乙”、“丙”).

(3)實驗時各組同學的操作均正確，甲、乙、 丙三組同學作出的a-F圖線如圖6所示(甲組同學所用F為彈簧測力計示數，乙組同學所用F為傳感器讀數)，則甲組實驗對應的圖線是____，乙組實驗對應的圖線是____，丙組實驗對應的圖線是____(填“A”、“B”、“C”).

答案:(1)甲；乙；丙 (2)丙 (3)A；B；C

變式2 某實驗小組利用如圖7所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恒.

圖7

(1)實驗前需要調整氣墊導軌底座使之水平,利用現有器材如何判斷導軌是否水平?

(2)遮光條的寬度為d，實驗時將滑塊從圖7所示位置由靜止釋放,由數字計時器讀出遮光條通過光電門1和2的時間分別為Δt1、Δt2,在本次實驗中還需要測量的物理量有:鉤碼的質量,____和____(文字說明并用相應的字母表示).

(3)本實驗通過比較____和____在實驗誤差允許的范圍內相等(用測量的物理量符號表示),從而驗證了系統的機械能守恒.

答案:(1)接通電源,將滑塊靜置于氣墊導軌上,若滑塊基本保持靜止,則說明導軌是水平的(或輕推滑塊,滑塊能基本做勻速直線運動).

(2)①兩光電門相距x，鉤碼的質量m