2017届高考物理第二轮考点复习教案22.docVIP

考51　力学创新实验的分析技巧 例　一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系． (1)首先，让一砝码在一个比较光滑的平面上做半径r为0.08 m的圆周运动，数字实验系统得到若干组向心力F和对应的角速度ω，他们根据实验数据绘出了F－ω的关系图像如图1中B图线所示，兴趣小组的同学猜测r一定时，F可能与ω2成正比．你认为，可以通过进一步转换，做出________关系图像来确定他们的猜测是否正确． (2)将同一砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04 m、0.12 m，又得到了两条F－ω图像，如图中A、C图线所示．通过对三条图线的比较、分析、讨论，他们得出ω一定时，F∝r的结论，你认为他们的依据是____________． (3)通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F＝kω2r，其中比例系数k的单位是________． 图1解析　(1)通过对图像的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比．可以通过进一步的转换，通过绘出F与ω2关系图像来确定他们的猜测是否正确，如果猜测正确，做出的F与ω2的关系式应当是一条过原点的倾斜直线． (2)在证实了F∝ω2之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04 m、0.12 m，又得到了两条F—ω图像，取任意相同ω，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3∶2∶1，与其对应半径之比相同．如果比例成立则说明向心力与物体做圆周运动的半径成正比． (3)表达式F＝kω2r中F、ω、r的单位分别是N、rad/s、m，又由v＝ωr有：1 m/s＝1(rad/s)·m，由F＝ma，有1 N＝1 kg·m/s2，则得：1 N＝k×(1 rad/s)2×1 m＝k·m/s2；则得k的单位是kg. 答案　(1)F与ω2　(2)取任意相同ω，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3∶2∶1，与其对应半径之比相同　(3)kg ．(201·广东·34(2))某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系． ①如图(a)所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________ N/m.(g取9.8 m/s2) 　　 图砝码质量/g 50 100 150 弹簧长度/cm 8.62 7.63 6.66 ②取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________． ③用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________． ④重复③中的操作，得到v与x的关系如图(c)，由图可 知，v与x成________关系．由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比． 答案　①50　②相等　③滑块的动能　④正比　压缩量的二次方 解析　①加50 g砝码时，弹簧弹力F1＝mg＝k(l0－l1)，加100 g砝码时F2＝2mg＝k(l0－l2)，ΔF＝F2－F1＝k(l1－l2)，则k≈49.5 N/m，同理由加100 g砝码和加150 g砝码的情况可求得k50.5 N/m，则劲度系数＝＝50 N/m. ②使滑块通过两个光电门时的速度大小相等，就可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动． ③弹性势能转化为滑块的动能． ④图线是过原点的直线，所以v与x成正比，整个过程弹性势能转化为动能，即E弹＝Ek＝mv2，弹性势能与速度的二次方成正比，则弹性势能与弹簧压缩量x的二次方成正比． ．(201·山东·21)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1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； 图1③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/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如图所示，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； 图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)根据表中数据在如图给定坐标纸上作出F—G图线． 图(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