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

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1、热点专题突破系列(二)“板块装置”在实验中的应用【高考高考热热点概述点概述】由一个由一个长长木板和一个滑木板和一个滑块块(或小或小车车)组组成的成的“板板块块装置装置”在力学在力学实验实验中中应应用十分广泛用十分广泛,“,“板板块块装置装置”所涉及的所涉及的实验实验主要有研究匀主要有研究匀变变速直速直线线运运动动、验证验证牛牛顿顿运运动动定律、探究定律、探究动动能定理、能定理、验证验证机械能守恒定律。机械能守恒定律。“板板块块装置装置”在在验证验证牛牛顿顿运运动动定律、定律、验证验证机械能守恒定律机械能守恒定律实验实验及其及其创创新新实实验验中的中的应应用是高考的用是高考的热热点。点。【热热点

2、分点分类类突破突破】一、一、“板板块块装置装置”在在测测量滑量滑块块与木板与木板间动间动摩擦因数中的摩擦因数中的应应用用【例例证证1 1】(2014(2014山山东东高考高考)某某实验实验小小组组利用利用弹弹簧秤和刻度尺簧秤和刻度尺,测测量滑量滑块块在木板上运在木板上运动动的最大速度。的最大速度。实验实验步步骤骤：用用弹弹簧秤簧秤测测量橡皮泥和滑量橡皮泥和滑块块的的总总重力重力,记记作作G;G;将装有橡皮泥的滑将装有橡皮泥的滑块块放在水平木板上放在水平木板上,通通过过水平水平细绳细绳和固定和固定弹弹簧秤簧秤相相连连,如如图图甲所示。在甲所示。在A A端向右拉端向右拉动动木板木板,待待弹弹簧秤示

3、数簧秤示数稳稳定后定后,将将读读数数记记作作F;F;改改变变滑滑块块上橡皮泥的上橡皮泥的质质量量,重复步重复步骤骤;实验实验数据如下表所示：数据如下表所示：G/NG/N 1.501.50 2.002.00 2.502.50 3.003.00 3.503.50 4.004.00F/NF/N 0.590.59 0.830.83 0.990.99 1.221.22 1.371.37 1.611.61如如图图乙所示乙所示,将木板固定在水平桌面上将木板固定在水平桌面上,滑滑块块置于木板上左端置于木板上左端C C处处,细细绳绳跨跨过过定滑定滑轮轮分分别别与滑与滑块块和重物和重物P P连连接接,保持滑保持滑

4、块块静止静止,测测量重物量重物P P离地离地面的高度面的高度h;h;滑滑块块由静止由静止释释放后开始运放后开始运动动并最并最终终停在木板上的停在木板上的D D点点(未与滑未与滑轮轮碰撞碰撞),),测测量量C C、D D间间的距离的距离s s。完成下列作完成下列作图图和填空：和填空：(1)(1)根据表中数据在根据表中数据在给给定坐定坐标纸标纸上作出上作出F-GF-G图线图线。(2)(2)由由图线图线求得滑求得滑块块和木板和木板间间的的动动摩擦因数摩擦因数=_(=_(保留保留2 2位有效位有效数字数字)。(3)(3)滑滑块块最大速度的大小最大速度的大小v=_(v=_(用用h h、s s、和重力加速

5、和重力加速度度g g表示表示)。【精讲精析精讲精析】(1)(1)图像如图所示图像如图所示(2)(2)图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态，由平衡条件得图甲中滑块和橡皮泥处于平衡状态，由平衡条件得F=GF=G，即，即=；图像中斜率的大小就表示动摩擦因数，由图像可得；图像中斜率的大小就表示动摩擦因数，由图像可得=0.40=0.40。(3)(3)滑块运动位移为滑块运动位移为h h时速度最大，后一段滑块做匀减速直线运动，由时速度最大，后一段滑块做匀减速直线运动，由动能定理得：动能定理得：-mg(s-h)=0-mv-mg(s-h)=0-mv2 2，所以滑块运动的最大速度的大小，所以滑块运动的最大速度的大小答案

6、：答案：(1)(1)见精讲精析见精讲精析 (2)0.40 (3)(2)0.40 (3)【总结总结提升提升】本本实验实验的的误误差来源差来源来源一：来源一：细绳细绳与与长长木板不平行。木板不平行。来源二：橡皮泥和滑来源二：橡皮泥和滑块块的重力的重力测测量有量有误误差。差。来源三：木板上木来源三：木板上木块块的移的移动动距离距离测测量量读读数不准确。数不准确。二、二、“板板块块装置装置”在在验证验证机械能守恒定律机械能守恒定律实验实验中的中的应应用用【例例证证2 2】(2014(2014漳州模漳州模拟拟)某某实验实验小小组组利用如利用如图图甲所示的甲所示的实验实验装置装置来来验证钩码验证钩码和滑和

7、滑块块所所组组成的系成的系统统机械能守恒。机械能守恒。(1)(1)实验实验前需要前需要调调整气整气垫导轨垫导轨底座使之水平底座使之水平,利用利用现现有器材如何判断有器材如何判断导导轨轨是否水平是否水平?_?_。(2)(2)如如图图乙所示乙所示,用游用游标标卡尺卡尺测测得遮光条的得遮光条的宽宽度度d=_cm;d=_cm;实验时实验时将滑将滑块块从从图图示位置由静止示位置由静止释释放放,由数字由数字计时计时器器读读出遮光条通出遮光条通过过光光电门电门的的时时间间t=1.210t=1.210-2-2s,s,则则滑滑块经过块经过光光电门时电门时的瞬的瞬时时速度速度为为_m/s_m/s。在。在本次本次实

8、验实验中中还还需要需要测测量的物理量有：量的物理量有：钩码钩码的的质质量量m m、_和和_(_(文字文字说说明并用相明并用相应应的字母表示的字母表示)。(3)(3)本本实验实验通通过过比比较较_和和_在在实验误实验误差允差允许许的的范范围围内相等内相等(用用测测量的物理量符号表示量的物理量符号表示),),从而从而验证验证了系了系统统的机械能守的机械能守恒。恒。【精讲精析精讲精析】(1)(1)接通气源接通气源,将滑块静置于气垫导轨上将滑块静置于气垫导轨上,若滑块基本保若滑块基本保持静止持静止,则说明导轨是水平的则说明导轨是水平的(或轻推滑块或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运滑块能基本做匀速直线运

9、动动)。(2)d=5 mm+20.1 mm=5.2 mm=0.52 cm(2)d=5 mm+20.1 mm=5.2 mm=0.52 cm；滑块经过光电门时的瞬时速；滑块经过光电门时的瞬时速度为度为v=0.43 m/sv=0.43 m/s；根据机械能守恒定律，应该满足；根据机械能守恒定律，应该满足mgs=mgs=(m+M)()(m+M)()2 2，所以本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质，所以本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量量m m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s s和滑块的质量和滑块的质量M M。(3)(3)通过比较通过比较mgsmg

10、s和和 (m+M)()(m+M)()2 2在实验误差允许的范围内相等，从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。而验证了系统的机械能守恒。答案：答案：(1)(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静接通气源，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或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动)(2)0.52 0.43 (2)0.52 0.43 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s s 滑滑块的质量块的质量M (3)mgs (m+M)()M (3)mgs

11、(m+M)()2 2【总结提升总结提升】本实验的特点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。特点三：以整个运动的系统为研究对象。【专题专题强强化化训练训练】1.(20131.(2013新新课标课标全国卷全国卷)图图甲甲为测为测量物量物块块与水平桌面之与水平桌面之间动间动摩擦因摩擦因数的数的实验实验装置示意装置示意图图。实验实验步步骤骤如下：如下：用天平用天平

12、测测量物量物块块和遮光片的和遮光片的总质总质量量M M、重物的、重物的质质量量m;m;用游用游标标卡尺卡尺测测量遮光片的量遮光片的宽宽度度d;d;用米尺用米尺测测量两光量两光电门电门之之间间的距离的距离s;s;调调整整轻轻滑滑轮轮,使使细线细线水平水平;让让物物块块从光从光电门电门A A的左的左侧侧由静止由静止释释放放,用数字毫秒用数字毫秒计计分分别测别测出遮光片出遮光片经过经过光光电门电门A A和光和光电门电门B B所用的所用的时间时间ttA A和和ttB B,求出加速度求出加速度a;a;多次重复步多次重复步骤骤,求求a a的平均的平均值值 ;根据上述根据上述实验实验数据求出数据求出动动摩擦

13、因数摩擦因数。回答下列回答下列问题问题：(1)(1)测测量量d d时时,某次游某次游标标卡尺卡尺(主尺的最小分度主尺的最小分度为为1mm)1mm)的示数如的示数如图图乙所示乙所示,其其读读数数为为_cm_cm。(2)(2)物物块块的加速度的加速度a a可用可用d d、s s、ttA A和和ttB B表示表示为为a=_a=_。(3)(3)动动摩擦因数摩擦因数可用可用M M、m m、和重力加速度和重力加速度g g表示表示为为=_=_。(4)(4)如果如果细线细线没有没有调调整到水平整到水平,由此引起的由此引起的误误差属于差属于_(_(选选填填“偶然偶然误误差差”或或“系系统误统误差差”)。【解析解

14、析】(1)20(1)20分度游标卡尺的精确度为分度游标卡尺的精确度为0.05mm,0.05mm,主尺读数主尺读数0.9 cm,0.9 cm,游游标尺读数标尺读数=120.005 cm=0.060 cm,=120.005 cm=0.060 cm,所以游标卡尺的读数为所以游标卡尺的读数为0.960cm0.960cm。(2)(2)遮光片经过光电门遮光片经过光电门A A和和B B的平均速度分别表示的平均速度分别表示A A、B B位置的瞬时速度，位置的瞬时速度，又由速度位移公式得：又由速度位移公式得：(3)(3)对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：对遮光片、物块和重物由牛顿第二定律得：F-Mg=M F

15、-Mg=M ，mg-F=m mg-F=m ，即，即mg-Mg=(M+m)mg-Mg=(M+m)，所以，所以(4)(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。起的系统误差。答案：答案：(1)0.960 (2)(1)0.960 (2)(3)(4)(3)(4)系统误差系统误差2.2.为测为测定木定木块块与桌面之与桌面之间间的的动动摩擦因数摩擦因数,小亮小亮设计设计了如了如图图所示的装置所示的装置进进行行实验实验。实验实验中中,当木当木块块A A位于水平桌面上的位于水平桌面上的O O点点时时,重物重物B B刚刚好接

16、触好接触地面。将地面。将A A拉到拉到P P点点,待待B B稳稳定后由静止定后由静止释释放放,A,A最最终终滑到滑到Q Q点。分点。分别测别测量量OPOP、OQOQ的的长长度度h h和和s s。改。改变变h,h,重复上述重复上述实验实验,分分别记录别记录几几组实验组实验数据。数据。(1)(1)实验实验开始开始时时,发现发现A A释释放后会撞到滑放后会撞到滑轮轮。请请提出两个解决方法。提出两个解决方法。(2)(2)请请根据下表的根据下表的实验实验数据作出数据作出s-hs-h关系的关系的图图像。像。h/cmh/cm 20.020.0 30.030.0 40.040.0 50.050.0 60.06

17、0.0s/cms/cm 19.519.5 28.528.5 39.039.0 48.048.0 56.556.5(3)(3)实验测实验测得得A A、B B的的质质量分量分别为别为m=0.40 kgm=0.40 kg、M=0.50kgM=0.50kg。根据。根据s-hs-h图图像像可可计计算出算出A A木木块块与桌面与桌面间间的的动动摩擦因数摩擦因数=_=_。(结结果保留一果保留一位有效数字位有效数字)(4)(4)实验实验中中,滑滑轮轴轮轴的摩擦会的摩擦会导导致致的的测测量量结结果果_(_(选选填填“偏大偏大”或或“偏小偏小”)。【解析解析】(1)(1)为使为使A A不撞到滑轮不撞到滑轮,应设法

18、减小应设法减小B B落地瞬间落地瞬间A A的速度的速度,因而可因而可以减小以减小B B的质量的质量;增加细线的长度或增大增加细线的长度或增大A A的质量的质量;降低降低B B的起始高度。的起始高度。(2)(2)如图如图 (3)(3)对对A A木块应用动能定理，有木块应用动能定理，有(Mg-mg)=mgs,(M-m)(Mg-mg)=mgs,(M-m)=s,h=,h=,=s,h=,h=,由图可知由图可知k=,k=,代入数据代入数据可以解得：可以解得：=0.4=0.4。(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，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

19、结果偏大。造成实验结果偏大。答案：答案：(1)(1)减小减小B B的质量；增加细线的长度的质量；增加细线的长度(或增大或增大A A的质量；降低的质量；降低B B的的起始高度起始高度)(2)(2)见解析图见解析图 (3)0.4 (4)(3)0.4 (4)偏大偏大3.3.为为了了测测定滑定滑块块与木板与木板间间的的动动摩擦因数摩擦因数,将两将两块块相同的相同的长长木板用短小木板用短小的的圆圆弧弧连连接起来接起来,支在小木支在小木块块上。右板右端用螺旋支柱支起上。右板右端用螺旋支柱支起,左板左端左板左端落在水平面上。螺旋支柱可落在水平面上。螺旋支柱可调节连调节连接点的高度接点的高度(如如图图所示所示

20、),),小滑小滑块块(可可视为质视为质点点)从右板的右端由静止从右板的右端由静止释释放放,滑滑块块可在左板的某可在左板的某处处静止。静止。(不不计计空气阻力空气阻力)(1)(1)反复反复调调整螺旋支柱的高度整螺旋支柱的高度,使得滑使得滑块块能恰好停在左板的左端能恰好停在左板的左端,只用只用一把直尺一把直尺,测测出滑出滑块释块释放点的高度放点的高度h h和和_(_(只能是一次只能是一次测测量的量量的量),),则则滑滑块块与木板与木板间间的的动动摩擦因数摩擦因数=_=_。(2)(2)如果螺旋支柱的高度不合适如果螺旋支柱的高度不合适,使得滑使得滑块块只能停在左板中只能停在左板中间间某某处处,仍仍只用

21、一把直尺只用一把直尺,可否可否测测出滑出滑块块和木板和木板间间的的动动摩擦因数摩擦因数_(_(选选填填“可以可以”或或“不可以不可以”)。【解析解析】(1)(1)设木板的长为设木板的长为L,L,倾角为倾角为,则滑块从木板滑下克服摩擦力则滑块从木板滑下克服摩擦力做功为做功为W=mgcosL=mgsW=mgcosL=mgs水平水平,所以滑块从右板的右端由静止释放所以滑块从右板的右端由静止释放,停在左板的左端时停在左板的左端时,有有mgh-mgs=0,mgh-mgs=0,测出两木板的水平长度测出两木板的水平长度s,s,则则=。(2)(2)只要滑块停在左板上只要滑块停在左板上,测出停止点到右板右端的水

22、平距离测出停止点到右板右端的水平距离,就可以就可以测出动摩擦因数。测出动摩擦因数。答案：答案：(1)(1)两木板的水平长度两木板的水平长度s s (2)(2)可以可以4.4.物理小物理小组组在一次探究活在一次探究活动动中中测测量滑量滑块块与木板之与木板之间间的的动动摩擦因数。摩擦因数。实实验验装置如装置如图图甲所示甲所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定一端装有定滑滑轮轮,木板上有一滑木板上有一滑块块,其一端与其一端与电电磁打点磁打点计时计时器的器的纸带纸带相相连连,另一端另一端通通过过跨跨过过定滑定滑轮轮的的细线细线与托与托盘连盘连接。打点接。打点

23、计时计时器使用的交流器使用的交流电电源的源的频频率率为为50Hz50Hz。开始。开始实验时实验时,在托在托盘盘中放入适量砝中放入适量砝码码,滑滑块块开始做匀加速运开始做匀加速运动动,在在纸带纸带上打出一系列小点。上打出一系列小点。(1)(1)图图乙乙给给出的是出的是实验实验中中获获取的一条取的一条纸带纸带的一部分的一部分,0,0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7是是计计数点数点,每相每相邻邻两两计计数点数点间还间还有有4 4个打点个打点(图图中未中未标标出出),),计计数点数点间间的距离如的距离如图图乙所示。根据乙所示。根据图图中数据中数据计计算得加速度算得加速度a=_(

24、a=_(保留保留三位有效数字三位有效数字)。(2)(2)回答下列两个回答下列两个问题问题：为测为测量量动动摩擦因数摩擦因数,下列物理量中下列物理量中还应测还应测量的有量的有_。(填入所填入所选选物理量前的字母物理量前的字母)A.A.木板的木板的长长度度lB.B.木板的木板的质质量量m m1 1C.C.滑滑块块的的质质量量m m2 2D.D.托托盘盘和砝和砝码码的的总质总质量量m m3 3E.E.滑滑块块运运动动的的时间时间t t测测量量中所中所选选定的物理量定的物理量时时需要的需要的实验实验器材是器材是_。(3)(3)滑滑块块与木板与木板间间的的动动摩擦因数摩擦因数=_(=_(用被用被测测物理

25、量的字物理量的字母表示母表示,重力加速度重力加速度为为g)g)。与真。与真实值实值相比相比,测测量的量的动动摩擦因数摩擦因数_(选选填填“偏大偏大”或或“偏小偏小”)。写出支持你的看法的一个。写出支持你的看法的一个论论据：据：_。【解析解析】(1)(1)用逐差法进行数据处理用逐差法进行数据处理,取后六个数据取后六个数据,分成两组分成两组,根据根据x=aTx=aT2 2,整理得整理得a=0.497m/sa=0.497m/s2 2。(2)(2)根据牛顿第二定律得：根据牛顿第二定律得：m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a,)a,所以还需要测量的所以还需要测量的物理量

26、是滑块质量物理量是滑块质量m m2 2、托盘和砝码的总质量、托盘和砝码的总质量m m3 3。测量质量的实验器材是天平。测量质量的实验器材是天平。(3)(3)由由(2)(2)中的表达式得出动摩擦因数为中的表达式得出动摩擦因数为=。由于纸。由于纸带与限位孔之间有摩擦或托盘下落时受空气阻力带与限位孔之间有摩擦或托盘下落时受空气阻力,加速度加速度a a的真实值偏的真实值偏小小,所以实验测得的动摩擦因数与真实值相比偏大。所以实验测得的动摩擦因数与真实值相比偏大。答案：答案：(1)0.497m/s(1)0.497m/s2 2(0.495(0.4950.497m/s0.497m/s2 2均可均可)(2)C(

27、2)C、D D天平天平(3)(3)偏大纸带与限位孔间有摩擦偏大纸带与限位孔间有摩擦5.5.图图甲是某甲是某实验实验小小组验证钩码组验证钩码和滑和滑块组块组成的系成的系统统机械能守恒的机械能守恒的实验实验装装置置,图图中的气中的气垫导轨垫导轨被水平地固定在被水平地固定在实验实验台上。台上。(g(g为为已知已知)(1)(1)实验实验中中,用螺旋用螺旋测测微器微器测测量遮光条的量遮光条的宽宽度度d,d,测测量量结结果如果如图图乙所示乙所示,则则遮光条的遮光条的宽宽度度d=_mmd=_mm。(2)(2)实验时实验时将滑将滑块块从从图图示位置由静止示位置由静止释释放放,由光由光电计时电计时器器读读出遮光

28、条通出遮光条通过过光光电门电门所用的所用的时间时间t,t,钩码钩码的的质质量量m m已用天平已用天平测测得得,为为了了验证验证系系统统的的机械能守恒机械能守恒,在本次在本次实验实验中中还还需要需要测测量的物理量有量的物理量有_(_(文字文字说说明并用相明并用相应应的字母表示的字母表示)。(3)(3)在在实验误实验误差允差允许许的范的范围围内内,本本实验验证实验验证机械能守恒的关系式是机械能守恒的关系式是_(用用测测量的物理量符号表示量的物理量符号表示)。【解析解析】(1)(1)螺旋测微器的读数：螺旋测微器的读数：3.5mm+19.60.01mm=3.696mm3.5mm+19.60.01mm=3.696mm。(2)(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,所以需要所以需要知道滑块移动的位移知道滑块移动的位移x x、滑块的质量、滑块的质量M M。(3)(3)机械能守恒的关系式为机械能守恒的关系式为答案：答案：(1)3.696(1)3.696(2)(2)滑块移动的位移滑块移动的位移x x、滑块质量、滑块质量M M(3)(3)