(全国专用)2017版高考物理大二轮总复习与增分策略专题十必考力学实验(二)

专题十 必考 力学实验（二）

考纲解读

实验名称 5.探究作用力与反作用力的关系 6.研究平抛运动 7.探究做功与物体速度变化的关系 8.验证机械能守恒定律

探究作用力与反作用力的关系

1．用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系

如图1甲所示，任取A、B两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着．弹簧测力计A受到B的拉力FBA，弹簧测力计B受到A的拉力FAB.读出此时两个弹簧测力计的示数FA和

考试属性 必考 √ √ √ √ 加试 说明 1.不要求对研究平抛运动进行实验误差分析． 2．不要求对验证机械能守恒定律进行定量分析实验误差. FB，比较FA和FB的大小和方向．

如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B连接一块木块，A用手拉着．探究在水平方向运动时，FA和FB的大小和方向．将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究．

图1

2．用力传感器探究作用力与反作用力的关系

如图2所示，用两只力传感器钩住对拉．从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图线中读出不同时刻两只力传感器间的相互作用力FA和FB，比较FA和FB的大小和方向．

图2

3．实验结论

作用力与反作用力作用在两个物体上，大小相等、方向相反，同时产生，同时消失，性质相同．作用力与反作用力之间的关系与运动状态无关． 4．注意事项

(1)使用弹簧测力计前，应先调节零刻度． (2)弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上．

(3)实际的弹簧测力计往往存在一定的误差，发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见”也不能“武断定论”．

(4)将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数比较确定两弹簧测力计拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法．

(5)同一实验步骤中，小泡沫塑料位置必须保持不变． (6)用力传感器进行实验时，也需要调零． (7)用力传感器对拉时要使作用力在同一直线上．

例1 (2015·浙江9月选考科目试题)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验．

(1)将两个传感器按图3甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________．

图3

(2)(多选)由图乙可得到的实验结论是( ) A．两传感器间的作用力与反作用力大小相等 B．两传感器间的作用力与反作用力方向相同 C．两传感器间的作用力与反作用力同时变化 D．两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上 答案 (1)时间(t) 力(F) (2)AC 变式题组

1．如图4所示，将两弹簧测力计a、b连接在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明( )

图4

A．这是两只完全相同的弹簧测力计 B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比 C．作用力与反作用力大小相等、方向相反 D．力是改变物体运动状态的原因 答案 C

解析 a、b两弹簧测力计的示数分别显示b弹簧的拉力和a弹簧的拉力，这是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律得知，它们的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等、方向相反，与弹簧测力计无关，故两只弹簧测力计不一定完全相同．故A错误，C正确；此实验不能说明弹力的大小与弹簧的形变量成正比．故B错误；弹簧测力计的运动没有改变，故此实验不能说明力是改变物体运动状态的原因．故D错误．

研究平抛运动

1．实验目的

(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹． (2)用实验轨迹求解平抛物体的初速度． 2．实验原理

使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某12

一点的坐标x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt，可得v0＝x23．实验器材(以斜槽法为例)

斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺． 4．实验步骤

(1)按图5甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好静止)．

g. 2y

图5

(2)以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴． (3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动

中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点． (4)将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示． 5．实验注意事项

(1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平．

(2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直．

(3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板． (4)要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差．

(5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点． (6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算． 6．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值． (2)验证方法 方法一：代入法

用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数． 方法二：图象法

建立y－x坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x值，在y－

2

2

2

2

x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值．

7．计算平抛运动的初速度 (1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)

在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因x＝

v0t，y＝gt2，故v0＝x1

2g. 2y(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)

如图6所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt. 所以t＝

2

hBC－hABx，所以初速度v0＝＝xgtghBC－hAB.