一套实验器材 多种变形考法

张 宇

(山东省临沂市第十八中学 276000)

一、高频考点对比，扫清知识障碍

某次做实验的时候，实验员准备了以下器材：①小桶;②钩码;③毫米刻度尺;④一端附有滑轮的长木板;⑤小车及细线;⑥砝码;⑦托盘天平;⑧纸带;⑨电火花打点计时器.

问题1用以上器材可以做下列哪些实验( ).

A.探究小车速度随时间变化规律

B.探究加速度与力、质量的关系

C.探究求合力的方法

D.探究做功与速度变化的关系

E.验证机械能守恒定律

答案:ABDE

问题2如图1所示，下列说法正确的是( ).

图1

A.该装置做研究匀变速直线运动的实验时，需要平衡小车和木板间的摩擦力

B.该装置探究小车的加速度与质量关系时，每次改变小车的质量后必须重新平衡小车与木板间的摩擦力

C.该装置探究功与速度变化关系实验时，可以将木板带有打点计时器的一端适当垫高，目的是消除摩擦力对实验的影响

D.该装置验证机械能守恒的实验时，需要平衡小车和木板间的摩擦力

分析本题考察实验前是否需要平衡摩擦力的问题，A.探究小车的速度随时间的变化规律时，只需保证小车做匀变速直线运动即可，摩擦力的存在并不影响小车的运动性质，因此不需要平衡摩擦力.

B.探究小车的加速度与力的关系时，小车受到重力、支持力、绳的拉力、摩擦力，由于摩擦力不易测量，我们必须通过建立斜面的方式，将摩擦力的影响消除掉，才能保证绳的拉力就是我们要找的合外力，因此也必须进行平衡摩擦力

C.探究功与速度变化关系时，由W合=F合l=FTl,因此也必须进行平衡摩擦力

D.探究机械能守恒守恒时，除重力与弹簧的弹力以外没有其他力做功，因此必须要平衡摩擦力

答案:CD

问题3在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是____.

答案:将不带滑轮的木板一端适当垫高，不挂钩码的情况下轻推小车，使小车恰好能够做匀速直线运动.

问题4在实验操作过程中，下列说法正确的是( ).

A.在研究匀变速直线运动的实验时，需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量

B.在探究小车的加速度与质量关系时，需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量

C.在探究功与速度变化关系实验时，需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量

D.在验证机械能守恒定律实验时，需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量

分析本题由于绳的拉力不易测量，小车及其配重质量为M，小桶及钩码质量为m，有mg-FT=ma，FT=Ma,当M≫m时，才可近似的认为FT≈mg.

A.探究小车的速度随时间的变化规律时，并未涉及到FT的具体数值，F合的大小并不影响小车的运动性质不需要满足FT=mg.

BC.探究小车的加速度与力的关系时和探究功与速度变化关系时，都需要满足FT≈mg.

答案:BC

问题5 利用上述装置“探究加速度与力、质量的关系”实验中，当小车的质量不变时，小车的加速度与小车的合外力满足( )图2的关系.

图2

分析随着力F的增大，不再满足M≫m，小桶及砝码的重力与绳的拉力的差值越来越大，因此曲线出现弯曲的现象.

答案:C

二、变式对比 跳出陷阱

变式1为探究加速度与合外力的关系，甲、乙、丙三个实验小组分别采用图3、图4、图5所示的实验装置,小车总质量用M表示(图3中M为小车和与小车固定连接的小滑轮的质量和，图4中M为小车与传感器的质量和)，钩码总质量用m表示.重力加速度g已知，试回答下列问题:

(1)甲、乙、丙三组实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是____(填 “甲”、“乙”、“丙”).

(2)甲、乙、丙三组实验中必须满足“M≫m”的实验小组是____(填“甲”、“乙”、“丙”).

(3)实验时各组同学的操作均正确，甲、乙、 丙三组同学作出的a-F图线如图6所示(甲组同学所用F为弹簧测力计示数，乙组同学所用F为传感器读数)，则甲组实验对应的图线是____，乙组实验对应的图线是____，丙组实验对应的图线是____(填“A”、“B”、“C”).

答案:(1)甲；乙；丙 (2)丙 (3)A；B；C

变式2 某实验小组利用如图7所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒.

图7

(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,利用现有器材如何判断导轨是否水平?

(2)遮光条的宽度为d，实验时将滑块从图7所示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门1和2的时间分别为Δt1、Δt2,在本次实验中还需要测量的物理量有:钩码的质量,____和____(文字说明并用相应的字母表示).

(3)本实验通过比较____和____在实验误差允许的范围内相等(用测量的物理量符号表示),从而验证了系统的机械能守恒.

答案:(1)接通电源,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(或轻推滑块,滑块能基本做匀速直线运动).

(2)①两光电门相距x，钩码的质量m