精选-高考物理二轮复习专题六实验技能与创新第1讲力学实验突破练
新课标高考物理二轮总复习第一部分专题突破方略专题六物理实验161力学实验与创新课件
答案：A 0.233 0.75
解析：物块加速下滑，速度越来越大，在相等时间内物块的位移越来越大，刚开 始时在相等时间内的位移较小，由图示纸带可知，打点计时器最先打出的点是 A 点；每两个相邻点之间还有 4 个打出的点未画出，相邻计数点间的时间间隔为：t ＝0.02×5＝0.1 s，打出 C 点时的速度大小为：vC＝B2Dt ＝5.85－21×.200.1×10－2≈0.233 m/s； 由匀变速直线运动的推论 Δx＝at2 可知，加速度 a＝CD－AB4＋t2DE－BC＝CE4－t2AC ＝9.30－3.15×104－×2－0.132.15－0.00×10－2＝0.75 m/s2.
解析：(1)小车在桌面上做减速直线运动，由图(b)可知小车在桌面上是从右向左运 动的． (2)滴水周期 T＝3405 s＝23 s，小车运动到图(b)中 A 点位置时的速度 vA＝1172＋×12333 ×10－3 m/s＝0.19 m/s，加速度 a＝150＋1343×－231127－100×10－3 m/s2＝0.037 m/s2.
(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角 θ＝30°.接通电源．开启打点计时器，释 放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如 图(b)所示．图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有 4 个点未画出)．重力 加速度为 9.8 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为__________(结果保留 两位小数)．
背景中，以完成新的实验要求的设计 型、探讨型实验等都有不同程度的创
性实验，将逐步取代对原教材中实验 新，比如利用所学知识设计出测量重力
的考查．
加速度的实验方案．其中，力学设计性
3．实验题类型近年高考通常为“一力 实验在近年高考中有加强的趋势，应引
高考物理二轮复习专题六实验技能与创新第1讲力学实验学案0105112.docx
第1讲 力学实验[做真题·明考向] 真题体验 透视命题规律授课提示：对应学生用书第71页[真题再做]1.(2018·高考全国卷Ⅰ，T22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm ；当托盘内放有质量为0.100kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s 2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．解析：标尺的游标为20分度，精确度为0.05mm ，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37mm ＋15×0.05mm＝37.75mm ＝3.775cm.弹簧形变量x ＝(3.775－1.950)cm ＝1.825cm ，砝码平衡时，mg ＝kx ，所以劲度系数 k ＝mg x ＝0.100×9.801.825×10－2N/m ≈53.7 N/m. 答案：3.775 53.72．(2018·高考全国卷Ⅲ，T22)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L 的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L 刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L 1，重力加速度大小为g ，则乙的反应时间为________(用L 、L 1和g 表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g ＝9.80m/s 2，L ＝30.0cm ，L 1＝10.4cm.乙的反应时间为________s ．(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：___________________________________.解析：(2)根据自由落体运动的规律，得L －L 1＝12gt 2，解得t ＝2(L －L 1)g.(3)将g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝2(L－L1)g得t＝0.20s.(4)建议：多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子．答案：(2) 2(L－L1)g(3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子3．(2017·高考全国卷Ⅰ，T22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________ m/s2.(结果均保留2位有效数字) 解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的．(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝30s46－1＝23s．根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为v A＝(0.117＋0.133)m2T≈0.19m/s.由逐差法可得，小车运动的加速度大小为a＝[(0.150－0.117)＋(0.133－0.100)] m4T2≈0.037m/s2.答案：(1)从右向左(2)0.19 0.0374.(2018·高考全国卷Ⅱ，T23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中ƒ4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出．回答下列问题：(1)f 4＝________N ；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出ƒm 图线；(3)f 与m 、木块质量M 、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g 之间的关系式为f ＝________，f m 图线(直线)的斜率的表达式为k ＝________；(4)取g ＝9.80m/s 2，由绘出的f m 图线求得μ＝________.(保留2位有效数字) 解析：(1)由图(b)可读出弹簧秤的示数f 4＝2.75N.(3)摩擦力表达式f ＝μ(M ＋m )g ，其斜率k ＝μg .(4)图线的斜率k ＝Δf Δm ＝2.93－2.150.25－0.05＝3.9N/kg. 解得μ≈0.40.答案：(1)2.75(2)如图所示(3)μ(M＋m)gμg(4)0.40[考情分析]■命题特点与趋势——怎么考1．实验题的考查呈现由基础性向综合性的递进趋势．实验命题不避热点，注重陈题翻新，重点实验频繁考，其他实验“轮换”考，题目特点设置清晰，上手得分容易，但做好做全较难，能有效区分不同水平考生的能力．2．重在考查实验探究能力，而非实验本身．新任务，新情境，原理设计，方法选择，条件控制，数据处理的公式法、列表法、图象法、平均值法和逐差法反复涉及，其中图象法处理实验数据与结果规律性探索是高考的热点和亮点．3．实验题反映科技进步，引领教育创新．频闪照相机或光电计时器替代打点计时器，气垫导轨替代长木板，数字化传感器直接测力或位移等，体现时代特征．■解题要领——怎么做1．熟知各种器材的特性．2．熟悉课本上的实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差的分析方法．[建体系·记要点] 知识串联熟记核心要点授课提示：对应学生用书第72页[网络构建][要点熟记]1．系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差．系统误差总是同样偏大或偏小．系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小．2．偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差．偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小．偶然误差可用多次测量求平均值或作图的方法来减小．3．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字．有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字．4．利用纸带求瞬时速度的方法在匀变速直线运动中，利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解． 测出与第n 点相邻的前、后两段相等时间T 内的距离x n 和x n ＋1，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T 算出．5．利用纸带求加速度的方法(1)利用a ＝Δx T 2求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx ＝x n ＋1－x n ＝aT 2求加速度a .(2)利用v t 图象求解：画出v t 图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度．(3)利用光电门求加速度若两个光电门之间的距离为L ，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a ＝v 22－v 212L . [研考向·提能力] 考向研析 掌握应试技能授课提示：对应学生用书第73页考向一 游标卡尺和螺旋测微器的读数1．(1)用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图丙所示的示数为________mm.解析：(1)题图甲中夹小球的两个测量爪为外测量爪，测物体的外径，所以甲正确．(2)由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝的直径d ＝6.5mm ＋20.0×0.01mm＝6.700mm. 答案：(1)甲 (2)6.700(6.699～6.701均正确)2．图中游标卡尺的读数为________mm ，螺旋测微器的读数为________mm.解析：游标卡尺的读数为l ＝52mm ＋7×120mm ＝52.35mm ； 螺旋测微器的读数为d ＝1.5mm ＋49.0×0.01mm＝1.990mm.答案：52.35 1.990(1.899～1.991均正确)[方法技巧]游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺，以mm 为单位，小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm 为单位，小数点后有2位．(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．游标卡尺读数不估读．(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错．(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出；要准确到0.01mm ，估读到0.001mm ，即结果若用mm 为单位，则小数点后必须保留三位数字．考向二 “纸带类”问题的处理1．常规计时仪器的测量方法(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点．要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的．(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带．3．纸带的三大应用(1)判断物体运动性质．①若Δx ＝0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动．②若Δx 不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动．(2)求解瞬时速度．做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T 的两段位移x n 和x n ＋1，则打n 点时的速度v n ＝x n ＋x n ＋12T.(3)用“逐差法”求加速度．如图所示因为a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2 所以a ＝a 1＋a 2＋a 33＝(x 4＋x 5＋x 6)－(x 1＋x 2＋x 3)9T 2.3．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f ＝50Hz 的交流电源．(1)打下E 点时纸带的速度v E ＝________(用给定字母表示)；(2)若测得d 6＝65.00cm ，d 3＝19.00cm ，物体的加速度a ＝________m/s 2；(3)如果当时交变电流的频率f >50Hz ，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)．解析：(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为5T ，利用匀变速直线运动的推论得v E ＝d 5－d 310T ＝(d 5－d 3)f 10. (2)根据匀变速直线运动的推论Δx ＝aT 2可得a ＝x DG －x AD (3×5T )2＝(d 6－d 3)－d 3(3×0.1s )2＝3.00m/s 2. (3)如果在某次实验中，交流电的频率f >50Hz ，则实际打点周期变小，根据运动学公式Δx ＝aT 2得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏小．答案：(1)(d 5－d 3)f 10(2)3.00 (3)偏小 4．(2017·高考江苏卷)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M ＝200.0g ，钩码的质量为m ＝10.0g ，打点计时器的电源为50Hz 的交流电．(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图乙所示．选择某一点为计数点“0”，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx ，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v ，其中打出计数点“1”时小车的速度v 1＝________m/s.(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g ＝9.80m/s 2，利用W ＝mg Δx 算出拉力对小车做的功W .利用E k ＝12Mv 2算出小车的动能，并求出动能的变化量ΔE k .计算结果见下表.k(4)实验结果表明，ΔE k 总是略小于W .某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的，用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F ＝________N.解析：(1)小车能够做匀速运动，表明已平衡摩擦力．(2)每隔4个计时点取一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T ＝0.1s ，v 1＝x 022T＝0.228m/s.(3)描点画图，如图所示．(4)根据牛顿第二定律，对整体有mg ＝(m ＋M )a ，对钩码有mg －F T ＝ma ，联立可解得小车受到的实际拉力F T ＝Mm M ＋mg ＝0.093N. 答案：(1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)如图(解析图)所示 (4)0.0935．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中动量的变化规律的实验：在小车A 的前端粘有橡皮泥，推动小车A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B 相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图甲所示，在小车A 后连着纸带，打点计时器的工作频率为50Hz ，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力．(1)若已得到如图乙所示的打点纸带，测得各计数点间距离并标在图上，点1为打下的第一个点，则应选________段来计算小车A 的碰前速度，应选________段来计算小车A 和小车B 碰后的共同速度．(均选填“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)(2)已测得小车A 的质量m A ＝0.40kg ，小车B 的质量m B ＝0.20kg ，由以上的测量结果可得，碰前两小车的总动量为________kg·m/s，碰后两小车的总动量为________ kg·m/s，由此可得出的实验结论是_____________________________________________________.解析：(1)因小车做匀速运动，应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度，碰前2～3段点迹均匀，碰后4～5段点迹均匀，故取2～3段计算碰前小车A 的速度，4～5段计算碰后小车A 、B 的共同速度．(2)碰前小车A 的速度v A ＝x 23T ＝10.50×10－20.02×5m/s ＝1.05 m/s ，其动量p A ＝m A v A ＝0.420kg·m/s；碰后两小车的共同速度为v AB ＝x 45T ＝6.95×10－20.02×5m/s ＝0.695 m/s ，其总动量p AB ＝(m A ＋m B )v AB ＝0.417kg·m/s，由计算结果可知，在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变．答案：(1)2～3 4～5 (2)0.420 0.417 在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变考向三“橡皮条、弹簧类”实验1．橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法．2．胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立．3．图象法处理数据的要求(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定．(2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值．(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧．(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直”．(5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始．6．在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中：(1)以下说法正确的是________．A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)若某同学采用的实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．①有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图乙中，请作出F L 图线． ②由此图线可得出该弹簧的原长L 0＝________cm ，劲度系数k ＝________N/m.(结果均保留两位有效数字)(3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L 0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L ，把L －L 0作为弹簧的伸长量x ，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是________．解析：(1)弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A 正确．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故B 正确．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C 错误．拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，故D 错误．(2)①作出F L 图线，如图所示．②弹簧处于原长时，弹力为零，故弹簧的原长L 0＝5cm ；图象的函数表达式为F ＝k (L －L 0)，故斜率表示劲度系数，劲度系数k ＝ΔF ΔL ＝ 2.00.15－0.05N/m ＝20 N/m.(3)当竖直悬挂时，由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1，但此时所挂重物的重力为0(F＝0)，结合弹簧弹力的特点可得，F＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其图象只可能是C图．答案：(1)AB (2)①图见解析②5.0 20 (3)C7．(2017·高考全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O.此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.(ⅰ)用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0N．(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图；(ⅱ)由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.答案：(1)4.0(2)(ⅰ)如图所示(ⅱ)4.00.05考向四 “光电门类”实验1．光电门的结构光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接．2．光电门的原理当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度．(1)计算速度：如果挡光片的宽度为d ，挡光时间为Δt ，则物体经过光电门时的瞬时速度v ＝dΔt . (2)计算加速度：利用两光电门的距离L 及a ＝v 22－v 212L计算加速度．8.如图所示，为测量做匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b 的挡光片A 、B 固定在小车上，测得二者间距为d .(1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片A 、B 先后经过光电门的时间为Δt 1和Δt 2，则小车加速度a ＝________________.(2)为减小实验误差，可采取的方法是________．A ．增大两挡光片的宽度bB ．减小两挡光片的宽度bC ．增大两挡光片之间的间距dD ．减小两挡光片之间的间距d解析：(1)本题考查测量匀加速直线运动的加速度实验及误差分析．小车经过A 点时的瞬时速度v A ＝b Δt 1， 小车经过B 点时的瞬时速度v B ＝b Δt 2， 由公式2ad ＝v 2B －v 2A ，解得加速度a ＝v 2B －v 2A 2d ＝b 22d [1(Δt 2)2－1(Δt 1)2]． (2)为了减小实验误差，可采取的措施有通过减小两挡光片的宽度b 来更加精确地获得小车经过A 和B 点时的瞬时速度，或通过增大两挡光片之间的距离d 来增加小车运动的时间来减小时间的测量误差，故选B 、C.答案：(1)b22d[1(Δt2)2－1(Δt1)2](2)BC9．某研究性学习小组利用气垫导轨验证牛顿第二定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器将采集到的数据传送给计算机．滑块在细线的牵引下向左做加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到电压U随时间t变化的图象．(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm.(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要对滑块和钩码组成的系统验证牛顿第二定律，还应测出两光电门间距离L和________________________(写出物理量的名称及符号)．(4)若上述物理量间满足关系式________________________________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统满足牛顿第二定律．解析：(1)检验气垫导轨水平的方法是轻推滑块，看滑块是否做匀速直线运动，故应使Δt1＝Δt2.(2)本题中固定刻度的读数为8mm(半毫米刻度线未露出)，可动刻度上与固定刻度水平线所对的读数为47.5(要估读一位)，所以遮光条的宽度d＝8.475mm.(3)对滑块和钩码组成的系统，由牛顿第二定律得mg＝(m＋M)a，结合题中Δt1、Δt2、d、L及v22＝v21＋2aL可以测量加速度，故还需要测量滑块P和遮光条的总质量M.(4)对钩码Q，由牛顿第二定律得mg－F＝ma，对滑块，由牛顿第二定律得F＝Ma，两式联立得mg＝(m＋M)a，其中加速度为a ＝12L [(d Δt 2)2－(d Δt 1)2] 即只需要证明mg ＝M ＋m 2L [(d Δt 2)2－(d Δt 1)2]． 答案：(1)＝ (2)8.475(在8.474～8.476之间均正确) (3)滑块P 和遮光条的总质量M (4)mg ＝M ＋m 2L [(d Δt 2)2－(d Δt 1)2] [限训练·通高考] 科学设题 拿下高考高分 单独成册 对应学生用书第149页(45分钟)1．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为________mm ，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为________mm.解析：螺旋测微器的固定刻度读数6mm ，可动刻度读数为0.01mm×12.5＝0.125mm ，所以最终读数为6mm ＋0.125mm ＝6.125mm ；游标卡尺的主尺读数为6.3cm ＝63mm ，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05mm×12＝0.60mm ，所以最终读数为63mm ＋0.60mm ＝63.60mm.答案：6.125(±0.002均可) 63.602．(2017·高考全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt ； ③用Δs 表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，v 表示滑块在挡光片遮住光线的Δt 时间内的平均速度大小，求出v ；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出v Δt 图，如图(c)所示．完成下列填空：(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小，用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v 与v A 、a 和Δt 的关系式为v ＝________.(2)由图(c)可求得，v A ＝________cm/s ，a ＝________ cm/s 2.(结果保留3位有效数字) 解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得vΔt ＝v A Δt ＋12a (Δt )2，则v ＝v A ＋12a Δt .(2)由v ＝v A ＋12a Δt 结合题图(c)可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为v A ，将图线延长与纵轴相交，得v A ＝52.1cm/s ，图线的斜率等于12a ，即12a ＝53.60－52.120.18cm/s 2，求得a ＝16.4 cm/s 2. 答案：(1)v A ＋a 2Δt (2)52.1 16.4 3．在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A 、B ，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为m 1和m 2.如图a 所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块A 、B 通过光电门的时间分别为t 1、t 2.(1)图b 所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d 时所得的不同情景．由该图可知甲同学测得的示数为________mm ，乙同学测得的示数为________mm.(2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式为________(用m1、m2、t1、t2、d表示)，被压缩弹簧开始贮存的弹性势能E p＝________.解析：(1)题图b中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为 3.5mm，可动刻度读数为0.01mm×0.5＝0.005mm，所以最终读数为3.5mm＋0.005mm＝3.505mm.同理，乙的读数为3mm ＋0.485mm＝3.485mm.(2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为0＝－m1v1＋m2v2，即m1v1＝m2v2，根据光电门的性质可知v1＝dt1，v2＝dt2，代入上式可得m1dt1＝m2dt2，根据功能关系可知，压缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块A、B获得的动能，则有E p＝12m1v21＋12m2v22＝m1 2(dt1)2＋m22(dt2)2.答案：(1)3.505(3.503～3.507均可) 3.485(3.483～3.487均可) (2)m1dt1＝m2dt2m12(dt1)2＋m22(dt2)24．(2016·高考全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．(1)实验中涉及下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为______m/s.比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．。
2023年高考物理二轮复习第一部分专题突破方略专题六物理实验第1讲力学实验及创新
第一部分 专题六 第1讲基础题——知识基础打牢1．(2021·全国甲卷)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面(已知sin α＝0.34，cos α＝0.94)，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示．该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图象，获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT ＝0.20 s)内小铜块沿斜面下滑的距离s i (i ＝1,2,3,4,5)，如下表所示．__0.43__m/s 间的动摩擦因数为__0.32__．(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80 m/s 2) 【解析】 根据逐差法有a ＝(s 5＋s 4)－(s 2＋s 3)(2ΔT )2代入数据可得小铜块沿斜面下滑的加速度大小a ≈0.43 m/s 2．对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有mg sin α－μmg cos α＝ma 代入数据解得μ≈0.32．2．(2020·全国Ⅲ卷)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理．调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带．某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示．已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s ，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小v B ＝__0.36__m/s ，打出P 点时小车的速度大小v P ＝__1.80__m/s(结果均保留2位小数)．若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为__B 、P 之间的距离__．【解析】 由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度v B ＝(4.00－2.56)×10－20.04m/s ＝0.36 m/s ；v P ＝(57.86－50.66)×10－20.04m/s ＝1.80 m/s ，验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B 、P 之间的距离．3．(2020·全国Ⅱ卷)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A 和B ，如图所示．一实验小组用此装置测量小球B 运动的加速度．令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B 释放时的高度h 0＝0.590 m ，下降一段距离后的高度h ＝0.100 m ；由h 0下降至h 所用的时间T ＝0.730 s ．由此求得小球B 加速度的大小为a ＝__1.84__m/s 2(保留3位有效数字)．从实验室提供的数据得知，小球A 、B 的质量分别为100.0 g 和150.0 g ，当地重力加速度大小为g ＝9.80 m/s 2．根据牛顿第二定律计算可得小球B 加速度的大小为a ′＝__1.96__m/s 2(保留3位有效数字)．可以看出，a ′与a 有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦(或滑轮有质量)__．【解析】 由题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有h 0－h ＝12aT 2，代入数据解得a ＝1.84 m/s 2；根据牛顿第二定律可知对小球A 有F T －m A g ＝m A a ′，对小球B 有m B g －F T ＝m B a ′，带入已知数据解得a ′＝1.96 m/s 2；在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小．4．(2022·湖北恩施二模)某实验小组想利用水流在重力作用下的粗细变化估测重力加速度大小．如图甲所示，水龙头出口竖直向下，流出的水在重力作用下速度越来越大，水流的横截面积越来越小．水龙头在任意时间t 内流出水的体积都为V ．某同学用数码相机从不同方向正对水柱拍下多组照片(照片与实物的尺寸比例为1∶1)，在照片上用游标卡尺在相距h 的两处测出水流的横截面直径分别为d 1和d 2．(1)某次用游标卡尺测量水流的横截面直径时如图乙所示，其读数为__10.4__mm ．(2)为提高该实验的精度，避免因水龙头出口不规则等因素造成的影响，下列措施有效的是__CD__；A ．水龙头出口越细越好B ．测量d 1时应尽量靠近水龙头出口C ．测量同一横截面直径d 时，应用多张照片测量再求平均值D ．h 取值尽可能大些，但是需要避免因为水流太细而发成离散的水珠(3)试写出重力加速度表达式g ＝__8V 2h πt ⎝⎛⎭⎫1d 42－1d 41__． 【解析】 (1)用游标卡尺测量水流的横截面直径读数为10 mm ＋0.1 mm ×4＝10.4 mm ．(2)水龙头出口越粗越好，过细的话会给测量直径产生较大的误差，选项A 错误；出水口处的水流可能不是很均匀，则测量d 1时应尽量远离水龙头出口，选项B 错误；测量同一横截面直径d 时，应用多张照片测量再求平均值，以减小误差，选项C 正确；h 取值尽可能大些，但是需要避免因为水流太细而发成离散的水珠，选项D 正确．故选CD ．(3)因时间t 内流过某截面的水的体积为V ，由流速关系可知V ＝v 1t ·14πd 21v 1t ·14πd 21＝v 2t ·14πd 22 由运动公式v 22－v 21＝2gh联立解得g ＝8V 2h π2t 2⎝⎛⎭⎫1d 42－1d 41． 5．(2022·湖南衡阳三模)小明同学在用下面装置做力学实验时发现，这个装置也可以用来测量当地的重力加速度g ．实验器材有小车，一端带有定滑轮的平直轨道，垫块，细线，打点计时器，纸带，频率为50 Hz 的交流电源，刻度尺，6个槽码，每个槽码的质量均为m ．(1)实验步骤如下：①按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着6个槽码，改变轨道的倾角，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列等间距的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；②保持轨道倾角不变，取下1个槽码(即细线下端还悬挂5个槽码)，让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度a ；③减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤②；④以取下槽码的总个数n (1≤n ≤6)的倒数1n 为横坐标，1a 为纵坐标，在坐标纸上作1a -1n关系图线．(2)在进行步骤①时，需要将平直轨道左侧用垫块垫高，若某次调整过程中打出的纸带如图乙所示(纸带上的点由左至右依次打出)，则垫块应该__往左移__(填“往左移”“往右移”或“固定不动”)．(3)某次实验获得如图所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，则加速度大小a ＝__0.191__m/s 2(保留三位有效数字)．(4)测得1a -1n 关系图线的斜率为k ，纵轴截距为b ，当地的重力加速度g ＝__－1b__． 【解析】 (2)由图知，纸带上相邻计数点间距离越来越大，可知做加速运动，则垫块应该往左移．(3)相邻计数点间的时间间隔T ＝0.1 s ，根据逐差法，加速度大小a ＝(x DE ＋x EF ＋x FG )－(x AB ＋x BC ＋x CD )9T 2≈0.191 m/s 2． (4)根据牛顿第二定律a ＝nmg (6－n )m ＋M 车整理得1a ＝6m ＋M 车mg ·1n －1g根据题意b ＝－1g所以g ＝－1b． 6．(2020·全国Ⅰ卷)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d 的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等．实验步骤如下：(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间__大约相等__时，可认为气垫导轨水平．(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m 1、滑块(含遮光片)的质量m 2．(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块．(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A 、B 两处的光电门的遮光时间Δt 1、Δt 2及遮光片从A 运动到B 所用的时间t 12．(5)在遮光片随滑块从A 运动到B 的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I ＝__m 1gt 12__，滑块动量改变量的大小Δp ＝__m 2⎝⎛⎭⎫d Δt 2－d Δt 1__．(用题中给出的物理量及重力加速度g 表示)(6)某次测量得到的一组数据为：d ＝1.000 cm ，m 1＝1.50×10－2 kg ，m 2＝0.400 kg ，Δt 1＝3.900×10－2 s ，Δt 2＝1.270×10－2 s ，t 12＝1.50 s ，取g ＝9.80 m/s 2．计算可得I ＝__0.221__N·s ，Δp ＝__0.212__kg·m·s －1．(结果均保留3位有效数字)(7)定义δ＝⎪⎪⎪⎪I －Δp I ×100%，本次实验δ＝__4__%(保留1位有效数字)． 【解析】 (1)当经过A 、B 两个光电门时间相等时，速度相等，此时由于阻力很小，可以认为导轨是水平的．(5)由I ＝Ft ，知I ＝m 1gt 12，由Δp ＝m v 2－m v 1知Δp ＝m 2·d Δt 2－m 2·d Δt 1＝m 2⎝⎛⎭⎫d Δt 2－d Δt 1． (6)代入数值知，冲量I ＝m 1gt 12＝1.5×10－2×9.8×1.5 N·s ＝0.221 N·s ，动量改变量Δp ＝m 2⎝⎛⎭⎫d Δt 2－d Δt 1＝0.212 kg·m·s －1． (7)δ＝|I －Δp |I ×100%＝0.221－0.2120.221×100%≈4%． 7．(2022·浙江1月高考)在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O ，建立水平与竖直坐标轴．让小球从斜槽上离水平桌面高为h 处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示．在轨迹上取一点A ，读取其坐标(x 0，y 0)．(1)下列说法正确的是__C__．A ．实验所用斜槽应尽量光滑B ．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C ．求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据(2)根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v 0＝__D__．A ．2ghB ．2gy 0C ．x 0g 2hD ．x 0g 2y 0 (3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是__确保多次运动的轨迹相同__．【解析】 (1)只要保证小球每次从同一位置静止释放，到达斜槽末端的速度大小都相同，与实验所用斜槽是否光滑无关，故A 错误；画轨迹时应舍去误差较大的点，把误差小的点用平滑的曲线连接起来，故B 错误；求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，便于减小读数产生的偶然误差，故C 正确．(2)坐标原点O 为抛出点，由平抛规律有x 0＝v 0t ，y 0＝12gt 2 联立解得平抛运动的初速度为v 0＝x 0g 2y 0，故选D ． (3)小球多次从斜槽上同一位置由静止释放是为了保证到达斜槽末端的速度大小都相同，从而能确保多次运动的轨迹相同．应用题——强化学以致用8．(2022·河南安阳模拟)某实验小组想要验证力的平行四边形定则，他们只找到三根相同的橡皮筋、图钉若干、固定有白纸的平木板、一把刻度尺和一支铅笔．实验步骤如下：(1)将三根橡皮筋的一端都拴在一个图钉O 上．将这三根橡皮筋的另一端分别再拴一个图钉A 、B 、C ，此时四个图钉均未固定在板上；(2)另一同学用刻度尺测出橡皮筋的自由长度L 0；(3)使三根橡皮筋互成适当角度适度拉伸(不超过弹性限度)，稳定后把图钉A、B、C钉在木板上，再将图钉O固定在木板上，需要记录、测出__三根橡皮筋的方向__、__三根橡皮筋的长度__；(4)分别算出三根橡皮筋的伸长量x1、x2、x3．选择合适的比例标度，将x1、x2、x3按一定的标度表示出来．以x1、x2为邻边作平行四边形，作出其对角线OF，如图1所示．比较OF 与__x3__的长度和方向，若两者大小在误差允许范围内相等且几乎在一条直线上，则达到实验目的；(5)如图2所示，把图钉O从木板上松开，保持力F3不变(即相当于三条橡皮筋的结点O 和x3不变)，且F1起始位置与F3垂直，另外保持F1、F2夹角不变，F1、F2从图示位置顺时针缓慢转过一个锐角过程中，下列结论正确的是__BC__．A．F1一定逐渐变大B．F1可能先变大后变小C．F2一定逐渐变小D．F2可能先变大后变小【解析】(3)本实验需要记录力的大小和方向，其中力的方向即三根橡皮筋的方向；虽然实验中没有弹簧测力计直接测量力的大小，但由于橡皮筋相同，所以劲度系数相同，可以通过橡皮筋的伸长量来间接反映力的大小，在自由长度已经测量的情况下，还需要测量三根橡皮筋的长度．(4)本实验中需要比较F1和F2的合力与F3是否满足大小相等、方向相反的关系，即比较OF与x3的长度和方向，若两者大小在误差允许范围内相等且几乎在一条直线上，则达到实验目的．(5)由题意，根据几何关系以及平衡条件可知F1、F2、F3组成的封闭矢量三角形内接于圆内，如图所示，可知F1、F2从图示位置顺时针缓慢转过一个锐角过程中，由于F1和F2的最终方向未知，所以F1可能先变大后变小，F2一定逐渐变小，故选BC．9．(2022·浙江6月高考)(1)①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行．图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为__6.15～6.25__cm．由图3中小车运动的数据点，求得加速度为__1.7～2.1__m/s2(保留两位有效数字)．②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是__BC__．A．换成质量更小的小车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中，①下列说法正确的是__D__．A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要__3__(选填“2”“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O点．【解析】(1)①依题意，打计数点B时小车位移大小为6.20 cm，考虑到偶然误差，6.15cm ～6.25 cm 也可；由图3中小车运动的数据点，有a ＝Δv Δt ＝1.05－0.300.4m/s 2＝1.9 m/s 2，考虑到偶然误差，1.7 m/s 2～2.1 m/s 2也可．②利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要满足小车质量远远大于钩码质量，所以不需要换质量更小的车，故A 错误；利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车斜向下的分力以平衡其摩擦阻力，所以需要将长木板安装打点计时器一端较滑轮一端适当的高一些，故B 正确；以系统为研究对象，依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有1.9m/s 2≈mg －f M ＋m ，考虑到实际情况，即f ≪mg ，有1.9 m/s 2≈mg M ＋m，则可知M ≈4m ，而利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂质量远小于小车质量，即m ≪M ；可知目前实验条件不满足，所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时，需将钩码更换成砝码盘和砝码，以满足小车质量远远大于所悬挂物体的质量，故C 正确；实验过程中，需将连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板始终保持平行，与之前的相同，故D 错误，故选BC ．(2)①在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只测力计的示数相同，故A 错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，故B 错误；实验中拉弹簧秤时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，此时弹簧测力计的示数即与弹簧对细绳的拉力，与弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦无关，故C 错误；为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故D 正确．②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧秤拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮条，使其结点达到某一点O ，记下位置O 和弹簧秤示数F 1和两个拉力的方向；交换弹簧秤和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O 点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧秤的示数F 2；只用一个弹簧秤将结点拉至O 点，并记下此时弹簧秤的示数F 的大小及方向；所以若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O ．10．(2022·湖南长沙模拟)为了测定斜面倾角θ，小迪在斜面上贴上一张方格纸，方格纸每个小方格(正方形)边长为d ，如图甲所示，已知方格纸的横线与斜面底边平行，斜面底边水平．让一个粘有红色粉末的小球以一定初速度沿方格纸的某条横线射出，在纸上留下滚动的痕迹．小迪利用手机对小球滚动的过程进行录像，并从录像中读取到小球从A 点运动到B 点(如图乙所示)的时间为t ．当地重力加速度为g ，小球在方格纸上的滚动摩擦可忽略，根据题中信息，完成下列问题：(1)小球的初速度为__7d t__． (2)小球的加速度为__49d t 2__． (3)斜面倾角的正弦值sin θ＝__49d gt 2__．[在(1)(2)(3)问中，请用题干中定义的d 、g 、t 组成表达式填空](4)已知d ＝10 cm ，t ＝1 s ，g ＝9.8 m/s 2，则可测得斜面倾角θ＝__30°__．【解析】 (1)小球在斜面上的运动是类平抛运动，由图可知，小球在横线方向上发生7d的位移，所用时间为t ，根据横线方向上x ＝v 0t 可得v 0＝x t ＝7d t． (2)小球在横线上通过两格的时间为T ＝2t 7从纵线上看，小球在连续的2t 7的时间内位移增加量为Δy ＝4d 根据逐差法Δy ＝aT 2可得a ＝49d t 2． (3)沿斜面方向根据牛顿第二定律有mg sin θ＝ma则sin θ＝a g ＝49d gt 2． (4)代入数据可得sin θ＝0.5则θ＝30°．。
高考物理二轮复习专题突破技巧点拨九：第1讲实验技能与创新
精品基础教育教学资料，仅供参考，需要可下载使用！第1讲力学实验与创新课标卷高考命题分析年份题号·题型·分值模型·情景题眼分析难度2015年Ⅰ卷22题·实验题·6分利用托盘秤分析玩具小车过凹形桥最低点的速度．考查了牛顿第二定律的应用.中Ⅱ卷22题·实验题·6分利用打点计时器分析纸带考查了速度、加速度的求解方法及牛顿第二定律的应用中2016年Ⅰ卷22题·实验题·5分验证机械能守恒定律中Ⅱ卷22题·实验题·6分探究轻弹簧的弹性势能中Ⅲ卷 23题·实验题·10分探究物体加速度与其所受合外力之间的关系难2017年 Ⅰ卷22题·实验题·5分纸带的数据处理、时间间隔的计算易Ⅱ卷22题·实验题·6分 搞清实验的原理、图象的函数关系中Ⅲ卷 22题·实验题·6分验证力的平行四边形定则、作图法中高考题型1 橡皮条、弹簧、碰撞类实验例1 (2017·四川成都市第一次诊断)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧(记为A )劲度系数为k 1，原细弹簧(记为B )劲度系数为k 2、套成的新弹簧(记为C )劲度系数为k 3.关于k 1、k 2、k 3的大小关系，同学们做出了如下猜想： 甲同学：和电阻并联相似，可能是1k 3＝1k 1＋1k 2乙同学：和电阻串联相似，可能是k 3＝k 1＋k 2 丙同学：可能是k 3＝k 1＋k 22(1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验(装置如图1)．图1(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空．a ．将弹簧A 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A 的自然长度L 0；b ．在弹簧A 的下端挂上钩码，记下钩码的个数n 、每个钩码的质量m 和当地的重力加速度大小g ，并用刻度尺测量弹簧的长度L 1；c ．由F ＝ ________计算弹簧的弹力，由x ＝L 1－L 0计算弹簧的伸长量，由k ＝Fx 计算弹簧的劲度系数；d ．改变________，重复实验步骤b 、c ，并求出弹簧A 的劲度系数的平均值k 1；e ．仅将弹簧分别换为B 、C ，重复上述操作步骤，求出弹簧B 、C 的劲度系数的平均值k 2、k 3.比较k 1、k 2、k 3并得出结论．(3)图2是实验得到的图线，由此可以判断 ________同学的猜想正确．图2答案 (2)nmg 钩码的个数 (3)乙解析 (2)根据共点力平衡可知：F ＝nmg 改变钩码的个数，重复实验(3)由图可知：k 1＝k A ＝F x ＝2.50.1 N /m ＝25 N/m ，k 2＝k B ＝1.50.04 N /m ＝37.5 N/m ，k 3＝k C ＝50.08 N /m ＝62.5 N/m ，故满足k 3＝k 1＋k 2，故乙同学猜想正确．探究弹力和弹簧伸长量的关系 (1)实验原理要测出每次悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长的长度x，建立F－x坐标系，描点作图探究.(2)操作关键①实验中不能挂过多的钩码，会使弹簧超过弹性限度.②作图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在两侧.1．(2017·全国卷Ⅲ·22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x 轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图3(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O 点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N.(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图3(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．答案(1)4.0(2)(ⅰ)见解析图(ⅱ)4.00.05解析(1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N(2)(ⅰ)画出力F 1、F 2的图示，如图所示(ⅱ)用刻度尺量出F 合的线段长约为20 mm ，所以F 合大小为4.0 N ，量出合力箭头处到y 轴的距离和所作合力在y 轴投影的长度，则F 合与拉力F 的夹角的正切值为tan α＝0.05.2．(2017·河北唐山市一模)气垫导轨是一种实验辅助仪器，利用它可以非常精确地完成多个高中物理实验，滑块在导轨上运动时，可认为不受摩擦阻力，现利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图4.图4(1)对导轨进行调节平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块a .调整调节旋钮，轻推滑块，观察滑块通过两光电门的时间，当________时，说明导轨已经水平．(2)使用天平测得滑块a 、b 质量分别为m a 、m b ，然后按如图所示方式放在气垫导轨上．使滑块a 获得向右的速度，滑块a 通过光电门1后与静止的滑块b 碰撞并粘在一起，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t 1、t 2，则上述物理量间如果满足关系式________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒．答案 (1)滑块a (的遮光条)通过两个光电门所用时间相等 (2)m a t 1＝m a ＋m b t 2解析 (1)如果平衡，滑块a 将在导轨上做匀速运动，因此通过两个光电门所用的时间相等； (2)根据动量守恒定律可知，m a v 1＝(m a ＋m b )v 2根据速度公式可知v 1＝d t 1，v 2＝d t 2，代入上式可得应满足的公式为：m a t 1＝m a ＋m bt 2.高考题型2 “纸带类”实验例2 (2017·广东惠州市第三次调研)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，采用了如图5甲所示的实验方案．操作如下：(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应________(填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．(2)已知小车质量为M ，盘和砝码的总质量为m ，要使细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力，应该满足的条件是m ________M (填“远小于”“远大于”或“等于”)．(3)图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a 的倒数与盘和砝码的总质量m 的倒数之间的实验关系图象．若牛顿第二定律成立，则小车的质量M ＝________kg.(g 取10 m/s 2)图5答案 (1)增大 间距相等 (2)远小于 (3)0.08解析 (1)根据题图乙可知，小车做减速运动，说明平衡摩擦力不足，因此需要增大倾角，直到打出点迹均匀为止，即相邻两点间距相等； (2)对整体：mg ＝(M ＋m )a小车的拉力：F ＝Ma ＝M ·mg M ＋m＝mg 1＋m M，当M ≫m 时，可以认为小车受到的合力等于盘和砝码的总重力，故填远小于． (3)由mg ＝Ma 得1a ＝M g ·1m ，斜率k ＝M g ＝0.9－0.1100得M ＝0.08 kg.1．“纸带类”实验涉及了力学中的研究速度随时间变化的规律、验证牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律以及验证动量守恒等5个实验． 2．利用纸带可以计算计数点的速度和用逐差法计算加速度．3．注意掌握：(1)接通电源、释放纸带的先后顺序；(2)是否需要平衡摩擦力；(3)是否需要m ≪M ；(4)是否需要测量质量等．3．(2017·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图6(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴)图6(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A 点位置时的速度大小为________ m/s ，加速度大小为________ m/s 2.(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.038解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动．(2)已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T ＝3045 s ＝23 s ，所以A 点位置的速度为v A ＝0.117＋0.1332×23m /s ≈0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a ＝(x 5＋x 4)－(x 2＋x 1)6T 2，解得a ≈0.038 m/s 2.4．(2017·四川绵阳市二诊)用如图7甲所示的装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器打点频率f ＝50 Hz.图7(1)实验中得到的一条纸带如图乙所示，第一个打点标记为O ，选择点迹清晰且便于测量的连续5个点，标为A 、B 、C 、D 、E ，测出A 、C 、E 到O 点的距离分别为d 1＝9.51 cm 、d 2＝15.71 cm 、d 3＝23.47 cm.重物质量为0.5 kg ，当地重力加速度g ＝9.80 m/s 2.现选取重物在OC 段的运动进行数据处理，则OC 段重力势能减少量为________ J ，动能增加量为________J ．(计算结果均保留两位有效数字) (2)如果测得纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是 6 mm ，出现这种情况可能的原因是________． A ．重锤的质量过大 B ．电源电压偏大C ．先释放纸带后接通打点计时器电源D ．打点计时器没有竖直固定 答案 (1)0.77 0.76 (2)C高考题型3 力学创新实验例3 (2017·河北邯郸市模拟) 如图8甲所示，上表面光滑的楔形木块A 固定在水平放置的压力传感器上．某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小球)，记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出F －m 图线，如图乙．重力加速度大小取9.8 m/s 2，完成下列填空：图8(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间________(填 “相同”或“不相同”)； (2)由图象知，木块A 的质量M ＝________kg(保留两位有效数字)； (3)若斜面倾角为θ，由图象可知，cos 2θ＝________(保留两位有效数字)． 答案 (1)相同 (2)0.20 (3)0.34(0.32～0.36均可)解析 (1)根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：a ＝mg sin θm ＝g sin θ，则不同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同．(2)当m ＝0时，传感器的示数即为木块A 的重力，则有：Mg ＝1.97 N ， 解得：M ＝1.979.8kg ＝0.20 kg(3)对小球受力分析，根据平衡条件可知，A 对小球的支持力F N ＝mg cos θ， 根据牛顿第三定律可知，小球对A 的压力为mg cos θ，对A 受力分析可知，传感器对A 的支持力F ＝Mg ＋mg cos θcos θ，则传感器的示数为F ＝Mg ＋mg cos 2θ 则F －m 图象的斜率k ＝g cos 2θ， 则有：g cos 2θ＝2.30－1.970.1＝3.3解得：cos 2θ≈0.34.1．力学创新实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验．(2)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入到实验的综合分析之中． 2．创新实验题的解法(1)根据题目情景，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案． (2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析．5．(2017·福建漳州市联考)“用DIS 研究加速度与力的关系”的实验装置如图9(a)所示．实验中通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a 和所受拉力F 的关系图象．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a －F 图线，如图(b)所示．图9(1)图线________是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(选填“a”或“b”)(2)在轨道水平时小车运动的阻力F f＝________；(3)图(b)中，拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．为消除此误差可采取的措施是________________________________________________________________________．A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动B．在钩码与细绳之间接入一力传感器，用力传感器读数代替钩码的重力C．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验D．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量答案(1)b(2)0.5 N(3)B解析(1)在水平轨道上，由于受到摩擦力，拉力不为零时，加速度仍然为零，可知图线a是在轨道水平的情况下得到的．当轨道的右侧抬高过高时(平衡摩擦力过度)，拉力等于0时，会出现加速度，所以图线b是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．(2)根据牛顿第二定律得，F－F f＝ma，a＝Fm－F fm，图线的斜率表示质量的倒数；因为F＝0.5 N时，加速度为零，解得F f＝0.5 N.(3)随着钩码的数量增大到一定程度时题图(b)的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，而我们把钩码所受重力作为小车所受的拉力，所以消除此误差可采取的简便且有效的措施为测量出小车所受的拉力，即在钩码与细绳之间放置一力传感器，得到力F的数值，再作出小车运动的加速度a和力传感器读数F的关系图象，故选B.6．(2017·山东德州市模拟)某同学用如图10甲所示的装置测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数，实验过程如下：图10(1)用游标卡尺测量出固定于滑块上的遮光条的宽度d ，如图乙，d ＝________mm.在桌面上合适位置固定好弹簧和光电门，将光电门与数字计时器(图中未画出)连接．(2)用滑块把弹簧压缩到某一位置，测量出滑块到光电门的距离x .静止释放滑块，测出滑块上的遮光条通过光电门所用的时间t ，则此时滑块的速度v ＝ ________(用题中所给字母表示)．(3)通过在滑块上增减砝码来改变滑块的质量m ，仍用滑块将弹簧压缩到(2)中的位置，重复(2)的操作，得出一系列滑块质量m 与它通过光电门时的速度v 的值．根据这些数值，作出v 2－1m 图象如图丙所示．已知当地的重力加速度为g .由图象可知，滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ＝________，弹性势能E p ＝________.答案 (1)5.70 (2)d t (3)b 2gx b2a解析 (1)由题图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为0.5 cm ＝5 mm ，游标尺示数为14×0.05 mm ＝0.70 mm ，则遮光条宽度d ＝5 mm ＋0.70 mm ＝5.70 mm ； (2)滑块的速度为：v ＝dt(3)根据能量守恒可知：E p ＝μmgx ＋12m v 2,解得：v 2＝2E pm －2μgx则有：－2μgx ＝－b,2E p ·a ＝2μgx 联立解得：μ＝b 2gx ，E p ＝b2a.题组1全国卷真题精选1．(2016·全国卷Ⅱ·22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图11(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．图11(1)实验中涉及到下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s.比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．答案 (1)④①③② (2)1.29 M解析 (1)根据该实验操作过程，正确步骤应为④①③②.(2)物块脱离弹簧时速度最大，v ＝Δx Δt ＝2.58×10－20.02 m /s ＝1.29 m/s ；由动能定理ΔE k ＝12m v 2，据纸带中打点的疏密知M 纸带获得的最大速度较大，对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能较大． 2．(2016·全国卷Ⅲ·23)某物理课外小组利用图12中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N ＝5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：图12(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑．(2)将n (依次取n ＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N －n 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t 相对于其起始位置的位移s ，绘制s-t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度a .(3)对应于不同的n 的a 值见下表．n ＝2时的s-t 图象如图13所示；由图13求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表．n 1 2 3 4 5 a /(m·s －2)0.200.580.781.00图13(4)利用表中的数据在图14中补齐数据点，并作出a-n 图象．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．图14(5)利用a-n 图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字，重力加速度取g ＝9.8 m·s－2)．(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号) A ．a-n 图线不再是直线B ．a-n 图线仍是直线，但该直线不过原点C ．a-n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大 答案 (3)0.39 (4)见解析图 (5)0.44 (6)BC解析 (3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将题图中点(2,0.78)代入s ＝12at 2可得，a ＝0.39m/s 2.(4)根据描点法可得如图所示图线．(5)钩码质量为m ，小车质量为M ，根据牛顿第二定律可得nmg ＝(M ＋5m )a ，则a ＝mgM ＋5m n ，图线斜率k ＝mg M ＋5m＝1.005，可得M ＝0.44 kg.(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，由牛顿第二定律得，nmg －μ(M ＋5m －nm )g ＝(M ＋5m )a ，解得：a ＝nmg (1＋μ)M ＋5m －μg ，直线的斜率变大．绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B 、C 正确．3．(2013·新课标全国Ⅰ·22)图15为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：图15①用天平测量物块和遮光片的总质量M ，重物的质量m ，用游标卡尺测量遮光片的宽度d ，用米尺测量两光电门之间的距离s ； ②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间Δt A 和Δt B ，求出加速度a ；④多次重复步骤③，求a 的平均值a ； ⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ. 回答下列问题：(1) 测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图16所示．其读数为________ cm.图16(2)物块的加速度a 可用d 、s 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝________. (3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ＝________.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”)． 答案 见解析解析 (1)d ＝0.9 cm ＋12×0.05 mm ＝0.960 cm (2)因为v A ＝d Δt A ，v B ＝dΔt B ，又由2as ＝v B 2－v A 2，得a ＝12s [(d Δt B )2－(dΔt A)2](3)设细线上的拉力为F T ，则mg －F T ＝m a ，F T －μMg ＝M a 两式联立得μ＝mg －(M ＋m )a Mg(4)由实验装置引起的误差为系统误差． 题组2 各省市真题精选4．(2015·山东理综·21)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．实验步骤： ①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．②如图17甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.50 1.00 1.50 2.00 2.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为F O O′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为F OA，OB段的拉力记为F OB.图17完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图18中画出F-l图线，根据图线求得l0＝________cm.图18(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则F OA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图19中作出F OA和F OB的合力F′的图示．图19(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．答案(1)见解析图甲10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)见解析图乙(4)F OO′解析(1)做出F-l图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0 cm(2)可计算橡皮筋的劲度系数k＝FΔx＝2.50.05N/m＝50 N/m若OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则橡皮筋的弹力为F＝kΔx＝50×(6.00＋7.60－10.00)×10－2 N＝1.80 N 则此时F OA＝F＝1.80 N(3)F OB＝F OA＝1.80 N，两力的合力F′如图乙所示．(4)F OO′的作用效果和F OA、F OB两个力的作用效果相同，F′是F OA、F OB两个力的合力，所以通过比较F′和F OO′的大小和方向，可得出实验结论．专题强化练1．(2017·贵州贵阳市2月模拟)如图1所示是很多力学实验中常使用的装置．图1(1)要处理用该装置打出的纸带信息，必需使用的器材是________(选填“刻度尺”“秒表”或“天平”)(2)关于该装置的下列说法正确的是________．A．利用该装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，不需要平衡摩擦力B．利用该装置做“研究匀变速运动”的实验时，需要平衡摩擦力C．以小车和砝码整体为研究对象，平衡摩擦力后，可利用该装置“验证机械能守恒定律”D．利用该装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验时，除应平衡摩擦力外，还必须满足小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量答案(1)刻度尺(2)D2．(2017·广东汕头市一模)某同学用如图2所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．图2(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.(2)下列不必要的实验要求是________．(填写选项前对应的字母)A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学保持结点O的位置不变，调整弹簧测力计B的拉力沿各种不同的方向，结果发现测力计B的读数最小值为重物M所受的重力的0.5倍，则O点与弹簧测力计A之间的细线偏离竖直方向的夹角为________．答案(1)3.6(2)D(3)30°3．(2017·辽宁沈阳市郊联体模拟)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度h＝0.25 m、开口向右的小筒中，如图3甲所示，弹簧的原长比筒短些．如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现在要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l并记下弹力F，作出F－l图线如图乙所示．图3(1)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比较，优点在于________________________________________________________________________．(2)弹簧的劲度系数为________N/m.(3)弹簧的原长l0＝________m.答案(1)避免弹簧自身重力对实验的影响(2)100(3)0.154．(2017·全国卷Ⅱ·22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．图4实验步骤如下：①如图4(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出v ； ④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③； ⑤多次重复步骤④； ⑥利用实验中得到的数据作出v －Δt 图，如图(c)所示．完成下列填空：(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小，用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v 与v A 、a 和Δt 的关系式为 v ＝________.(2)由图(c)可求得v A ＝______ cm /s ，a ＝______ cm/s2.(结果保留3位有效数字)答案 (1)v A ＋12a Δt (2)52.1 16.6 解析 (1)设挡光片末端到达光电门的速度为v ，则由速度时间关系可知：v ＝v A ＋a Δt ，且v ＝v A ＋v 2联立解得：v ＝v A ＋12a Δt ； (2)由图(c)可读出v A ≈52.1 cm/s ，图线的斜率k ＝12a ＝53.6－52.4(180－35)×10－3cm /s 2≈8.28 cm/s 2， 即a ≈16.6 cm/s 2.5．(2017·甘肃省河西五市一模)在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图5甲所示的实验装置．图5(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是________(填选项前的字母)．A ．保证钩码的质量远小于小车的质量B ．选取打点计时器所打第1点与第2点间的距离约为2 mm 的纸带来处理数据C ．把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D ．必须先接通电源再释放小车(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A 、B 、C 、D 、E 、F 是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T ，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M ，钩码的总质量为m .从打B 点到打E 点的过程中，合力对小车做的功是________，小车动能的增量是________．(用题中和图中的物理量符号表示)答案 (1)AC (2)mgs 12M [(s 22T )2－(s 12T)2] 解析 (1)为使钩码的重力近似等于小车受到的合力，需要把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，故C 正确；同时保证钩码的质量远小于小车的质量，减小钩码失重带来的误差，故A 正确；D 项是打点计时器实验的正确做法，对减小本题中的实验误差无影响，故D 错误；B 项为保证重物由静止开始做自由落体运动的措施，故B 错误；(2)从打B 点到打E 点的过程中，合力对小车做的功为：W ＝mgh ＝mgs根据中间时刻的速度等于平均速度得：v B ＝s 12T ，v E ＝s 22T， 小车动能的增量是：ΔE k ＝12M v E 2－12M v B 2＝12M [(s 22T )2－(s 12T)2]． 6．(2017·福建南平市3月质检)如图6甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电火花计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平、交流电源．回答下列问题：。
2021高考物理二轮复习专题6物理实验第1讲力学实验及创新作业含解析202102232116.doc
第1讲 力学实验及创新A 组 基础能力练1．(2020·四省名校二次大联考)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律．某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A 、B 、C 、D 、E 为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz.分别测出A 点到B 、C 、D 、E 点之间的距离，x 1、x 2、x 3、x 4，以打A 点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值x t ，并作出x t－t 图像如图丙所示．(1)实验中下列措施必要的是_C__(填正确答案标号)A ．打点计时器接220 V 交流电源B ．平衡小车与长木板间的摩擦力C ．细线必须与长木板平行D ．小车的质量远大于钩码的质量(2)由图丙中图像求出小车加速度a ＝_5.0__m/s 2，打A 点时小车的速度v A ＝_0.40__m/s.(结果均保留两位有效数字)【解析】 (1)电磁打点计时器接8 V 左右交流电源，选项A 错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项B 错误；细线必须与长木板平行，选项C 正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的质量，选项D 错误；故选C ．(2)根据x ＝v 0t ＋12at 2可得x t ＝v 0＋12at ，由图像可知：v 0＝v A ＝0.4 m/s ；a ＝2k ＝2×1.4－0.40.4m/s 2＝5.0 m/s 2 2．(2020·江苏质量检测)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图所示)．实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O .(1)某同学在做该实验时认为：其中正确的是( ABC )A ．拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验效果较好B ．拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C ．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O 时，拉力要适当大些D ．拉力F 1和F 2的夹角越大越好(2)若两个弹簧测力计的读数均为 4 N ，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则_不能__(填“能”或“不能”)用一个量程为5 N 的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是 4 2 N>5 N .【解析】 (1)拉力F 1和F 2的夹角越大，而合力越小，作图时相对误差太大，正确的选项为A 、B 、C ．(2)若两个弹簧测力计的读数均为 4 N ，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则其合力为4 2 N>5 N ，故不能用一个量程为5 N 的弹簧测力计测量出它们的合力．3．(2020·河南八市三模)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的F －x 图像，其中F 为弹簧弹力，x 为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x 0＝_8__cm ，弹簧的弹性系数k ＝_25__N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x ＝_20__cm.(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a 和b ，得到弹力与弹簧长度的图像如图丙所示．下列表述正确的是( B )A ．a 的原长比b 的长B ．a 的劲度系数比b 的大C ．a 的劲度系数比b 的小D ．测得的弹力与弹簧的长度成正比．【解析】 (1)当弹力为零时，弹簧处于原长状态，故原长为：x 0＝8 cm ，在F －x 图像中斜率代表弹簧的劲度系数，则：k ＝ΔF Δx ＝60.24N/m ＝25 N/m ，在乙图中弹簧秤的示数：F ＝3.00 N ，根据F ＝kx ，可知：x ＝F k ＝325m ＝0.12 m ＝12 cm ，故此时弹簧的长度：L ＝x ＋x 0＝20 cm.(2)在丙图中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b 的原长大于a 的原长，故A 错误；斜率代表劲度系数，故a 的劲度系数大于b 的劲度系数，故B 正确，C 错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D 错误．4．(2020·江西三市一模)某同学查阅资料得知弹簧弹性势能的表达式为E p ＝12kx 2(其中k 是弹簧的劲度系数，x 是形变量)，他想通过下图所示的实验装置加以验证．有一轻质弹簧水平放置在气垫导轨上，左端固定，弹簧处于原长时另一端在O 点处，右端紧靠滑块，但不连接．(1)其探究步骤如下：①按图1所示安装好实验装置；②用游标卡尺测量固定在滑块上的遮光条宽度d ，其示数如图2所示，则d ＝_3.65__mm ； ③打开气源，将滑块放在导轨上，调节气垫导轨使之水平；④滑块压缩弹簧至位置A (记下此时弹簧的压缩量x 1)后由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间t 1＝8×10－3 s ，则滑块离开弹簧时的速度v 1＝_0.46__m/s(结果保留两位有效数字)；⑤重复以上步骤分别求得物体离开弹簧时的速度大小，v 1取平均值；⑥改变A 点的位置，重复上面的实验，分别得到多组x 、v 的值；(2)如果弹性势能的表达式为E p ＝12kx 2，摩擦阻力不计，则物体离开弹簧时的速度v 随弹簧压缩量x 的变化图线应该是_过原点的一条直线__．【解析】 (1)②d ＝3 mm ＋0.05 mm×13＝3.65 mm ；④滑块离开弹簧时的速度v 1＝d t 1＝3.65×10－38×10－3 m/s≈0.46 m/s.(2)由能量关系12kx 2＝12mv 2，则v ＝k mx ，则物体离开弹簧时的速度v 随弹簧压缩量x 的变化图线应该是过原点的一条直线．B 组 素养提升练5．(2020·湖北武汉调研测试)某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”．(1)下列实验中相关操作正确的是( B )A ．平衡摩擦力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上B ．平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器C ．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源(2)将沙和沙桶的总重力mg 近似地当成小车所受的拉力F 会给实验带来系统误差．设小车所受拉力的真实值为F 真，为了使系统误差mg －F 真F 真<5%，小车和砝码的总质量是M ，则M 与m 应当满足的条件是m M <_0.05__.(3)在完成实验操作后，用图像法处理数据，得到小车的加速度倒数1a与小车质量M 的关系图像正确的是( C )【解析】 (1)平衡摩擦力时，应不挂沙桶，只让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，选项A 错误；平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选项B 正确；小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，选项C 错误；(2)在本实验中认为细线的拉力F 等于砝码和砝码盘的总重力mg ，由此造成的误差是系统误差，对小车，根据牛顿第二定律得：a ＝F 真M ，对整体，根据牛顿第二定律得：a ＝mg M ＋m ，且mg －F 真F 真＜5%，解得：mM＜0.05.(3)由牛顿第二定律可知：a ＝mg M ＋m ，则1a ＝1mg M ＋g ，故选C ． 6．(2020·无锡期末考试)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图1所示，轻弹簧放置在倾斜的长木板上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．(1)实验中涉及下列操作步骤：①松手释放物块；②接通打点计时器电源；③木板一端抬高以平衡摩擦；④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量．上述步骤正确的操作顺序是_③④②①__(填序号)．(2)甲同学实际打点结果如图2所示，观察纸带，判断测量值比真实值_偏小__(选填“偏小”或“偏大”)．(3)乙同学实际打点结果如图3所示．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ，小车质量为200 g ，结合纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_0.78__m/s ，相应的弹簧的弹性势能为_0.061__J ．(结果均保留两位有效数字)【解析】 (1)上述步骤正确的操作顺序是：③④②①.(2)由纸带可知，物块先加速后减速，可知肯定是平衡摩擦力不够，弹簧的弹性势能一部分克服摩擦力做功，则弹簧弹性势能的测量值小于真实值．(3)物块脱离弹簧时的速度为v ＝x t ＝1.56×10－20.02m/s ＝0.78 m/s ；弹性势能：E P ＝12mv 2＝12×0.2×0.782 J ＝0.061 J. 7．(2020·南昌一中测试)气垫导轨上相隔一定距离的两处安装有两个光电传感器A 、B ，AB 间距为L ，滑块P 上固定一遮光条，P 与遮光条的总质量为M ，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A 、B 时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U 随时间t 变化的图像：(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t 1_＝__t 2(选填“>”、“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平；(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d ，测量结果如图丙所示，则d ＝_8.475__mm ； (3)将滑块P 用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m 的钩码Q 相连，将滑块P 由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示．利用测定的数据，当关系式2mgL m ＋M ＝ ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12 成立时，表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．(重力加速度为g ，用题中给定的物理量符号表达)【解析】 (1)如果遮光条通过光电门的时间相等，即t 1＝t 2，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平；(2)螺旋测微器的固定刻度读数为8 mm ，可动刻度读数为0.01×47.5 mm＝0.475 mm ，所以最终读数为：8 mm ＋0.475 mm ＝8.475 mm ；(3)由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，则v A ＝dt 1v B ＝d t 2滑块和砝码组成的系统动能的增加量ΔE k ＝12(M ＋m )(v 2B －v 2A ) 系统的重力势能的减小量ΔE p ＝mgL如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，则系统机械能守恒，即mgL ＝12(M ＋m )(v 2B －v 2A ) 化简得2mgL m ＋M ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12。
湖北高考物理二轮复习力学实验与创新专题练习(带答案)
湖北高考物理二轮复习力学实验与创新专题练习（带答案）力学是一门独立的基础学科，下面是力学实验与创新专题练习，请考生仔细练习。
1.(2021高考浙江卷)如下图，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记载遮光时间t.测得遮光条的宽度为x，用近似代表滑块经过光电门时的瞬时速度.为使更接近瞬时速度，正确的措施是()A.换用宽度更窄的遮光条B.提高测量遮光条宽度的准确度C.使滑块的释放点更接近光电门D.增大气垫导轨与水平面的夹角解析：选A.表示的是t时间内的平均速度，遮光条的宽度x 越窄，那么记载遮光时间t越小，越接近滑块经过光电门时的瞬时速度，选项A正确.2.(2021福建厦门质检)某同窗用如图甲所示的螺旋测微器测小球的直径时，他应先转动________到F接近小球，再转动________到F夹住小球，直至听到棘轮收回声响为止，拨动________使F固定后读数(填仪器部件字母符号).正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，那么小球的直径是________mm.解析：用螺旋测微器测小球直径时，先转动旋钮D使测微螺杆F接近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮收回声响为止，拨动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5 mm+20.00.01 mm=6.700 mm.答案：D H G 6.7003.(2021高考福建卷)某同窗做探求弹力和弹簧伸长量的关系的实验.(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为__________ cm;(2)本实验经过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改动弹簧的弹力，关于此操作，以下选项中规范的做法是________________;(填选项前的字母)A.逐一增挂钩码，记下每添加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同窗描画的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段清楚偏离直线OA，形成这种现象的主要缘由是________________.解析：(1)弹簧伸长后的总长度为14.66 cm，那么伸长量l=14.66 cm-7.73 cm=6.93 cm.(2)逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可防止因随意添加钩码过多超越弹簧的弹性限制而损坏弹簧.(3)AB段清楚偏离OA，伸长量l不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限制形成的.答案：(1)6.93 (2)A(3)弹簧遭到的拉力超越了其弹性限制4.(2021河南六市二联)某课外活动小组应用竖直上抛运动验证机械能守恒定律.(1)某同窗用20分度的游标卡尺测量一小球的直径，示数如图甲所示，那么小球的直径d=________cm.(2)如图乙所示，弹射装置将小球竖直向上抛出，先后经过光电门A、B，计时装置测出小球经过A、B的时间区分为tA、tB.用刻度尺测出光电门A、B间的距离h，用游标卡尺测得小球直径为d，外地的重力减速度为g，在误差范围内，假定公式________________成立，就可以验证机械能守恒(用题中给出的物理量符号表示).解析：(1)游标卡尺示数为10 mm+0.054 mm=10.20 mm=1.020 cm.(2)小球在A点动能EkA=m()2，B点动能EkB=m()2，动能添加量：Ek=EkA-EkB=m[()2-()2]，小球由A到B重力势能减大批Ep=mgh，在误差允许范围内，假定满足Ek=Ep，即()2-()2=2gh，就可以验证机械能守恒.答案：(1)1.020 (2)()2-()2=2gh5.(2021高考山东卷)某同窗经过下述实验验证力的平行四边形定那么.实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标志为O1、O2，记载弹簧秤的示数F，测量并记载O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l).每次将弹簧秤示数改动0.50 N，测出所对应的l，局部数据如下表所示：F/(N) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/(cm) l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 找出中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标志为O、O，橡皮筋的拉力记为FOO.在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示.用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端到达O点，将两笔尖的位置标志为A、B，橡皮筋OA 段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.完成以下作图和填空：(1)应用表中数据在给出的坐标纸上画出F-l图线，依据图线求得l0=________cm.(2)测得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，那么FOA的大小为________N.(3)依据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F的图示.(4)经过比拟F与________的大小和方向，即可得出实验结论.解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点衔接起来，不在直线上的点平均散布在直线的两侧.如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l0=10.0 cm.(2)橡皮筋的长度l=OA+OB=13.60 cm，由图甲可得F=1.80 N，所以FOA=FOB=F=1.80 N.(3)应用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F，如图乙. (4)FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相反，F是FOA、FOB两个力的合力，所以只需比拟F和FOO的大小和方向，即可得出实验结论.答案：(1)如图甲所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)如图乙所示(4)FOO6. (2021江西南昌一模)某实验小组用图1实验装置探求合力做功与动能变化的关系.铁架台竖直固定放置在水平桌面上，将长木板一端放置在水平桌面边缘P处，另一位置放置在铁架台竖直铁杆上，使长木板倾斜放置，长木板P处放置一光电门，用光电计时器记载滑块经过光电门时挡光时间. 实验步骤是：用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L，用天平测量滑块的质量m.平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P处为轴，调理长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰恰沿木板向下做匀速运动.在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平面的高度H.坚持P位置不变，长木板一端放置在铁架台竖直杆Q2上.用刻度尺量出Q1Q2的距离h1，将滑块从Q2位置由运动释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1.坚持P位置不变，重新调理长木板一端在铁架台上的放置位置，重复步骤数次..滑块沿长木板由Q2运动到P的进程中，用测量的物理量回答以下效果(重力减速度为g)：(1)滑块经过光电门的速度v=________;(2)滑块动能的变化量Ek=________;(3)滑块克制摩擦力做的功Wf=________;(4)合力对滑块做的功W合=________..某先生以铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块经过光电门的挡光时间的平方倒数为纵坐标，依据测量数据在坐标中描点画出如图2所示直线，直线延伸线没有过坐标原点，其缘由主要是________________.解析：此题考察探求合力做功与动能变化的关系实验..(1)滑块经过光电门的速度v近似等于经过光电门时的平均速度，那么v=;(2)滑块动能的变化量Ek=mv2=m;(3)由题意，mgcos =mgsin ，设斜面长为x，那么滑块克制摩擦力做功Wf=mgcos x，联立xsin =H知，Wf=mgH; (4)合力对滑块做的功W=mg(H+h1)-Wf=mgh1..由题图知，h=0时，挡光时间不为零，说明平衡摩擦力时长木板的倾角过大.答案：.(1) (2)m (3)mgH (4)mgh1.平衡摩擦力时倾角过大力学实验与创新专题练习及答案分享到这里，更多内容请关注高考物理试题栏目。
浙江省高考物理二轮复习 专题六 第一讲 力学实验与创新讲义(含解析)-人教版高三全册物理教案
第一讲 力学实验与创新知识内容考试要求备考指津1.探究小车速度随时间变化的规律力学实验题以打点计时器为主要实验仪器，涉及位移、速度的测量，或考查螺旋测微器、游标卡尺的读数，分值较少，难度不大，命题形式为填空题.2.探究求合力的方法3.探究加速度与力、质量的关系4.研究平抛运动5.探究做功与物体速度变化的关系6.验证机械能守恒定律游标卡尺和螺旋测微器的读数【重难提炼】1．游标卡尺的读数游标尺 刻度格数 刻度总长度(mm)每小格与1 mm 差(mm)精确度(mm)测量结果(游标尺上第n 条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时)(mm)10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数＋0.05n 50490.020.02 主尺上读的毫米数＋0.02n2.螺旋测微器的读数测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读值)×0.01 mm某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示．该工件的直径为________cm ，高度为________mm.[解析] 题图甲为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm.主尺读数为12 mm ，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12 mm ＋4×0.05 mm ＝12.20 mm ＝1.220 cm.螺旋测微器的精度为0.01 mm ，由题图乙知固定刻度读数为6.5 mm ，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5 mm ＋36.0 ×0.01 mm ＝6.860 mm.[答案] 1.220 6.860游标卡尺和螺旋测微器读数的“3点注意”(1)游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据转换成以毫米为单位的数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．(2)螺旋测微器在读数时，注意区别整刻度线与半毫米刻度线，注意判断半毫米刻度线是否露出．(3)游标卡尺读数时不需估读，而螺旋测微器读数时需估读．【突破训练】1．如图甲所示的游标卡尺读数为________cm，图乙中螺旋测微器的读数为________mm.解析：游标卡尺的读数4 mm＋10×0.02 mm＝4.20 mm＝0.420 cm；螺旋测微器的读数1.5 mm＋23.0×0.01 mm＝1.730 mm.答案：0.420 1.730“纸带类”实验【重难提炼】1．计时仪器的使用方法计时仪器使用方法秒表的读数方法：测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无秒表估读(1)t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)；打点计时器(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同光电计时器 光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口2.纸带的数据处理 (1)由纸带确定时间要区别打点计时器(打点周期为0.02 s)打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔Δt ＝0.02×5 s ＝0.10 s.(2)判断物体的运动性质①若Δx ＝0，则可判定物体做匀速直线运动．②若Δx 不为零且为定值，则可判定物体做匀变速直线运动． (3)求解瞬时速度如图所示，打n 点时的速度v n ＝x n ＋x n ＋12T.(4)用“逐差法”求加速度如图所示，由(x 4＋x 5＋x 6)－(x 1＋x 2＋x 3)＝a (3T )2得a ＝（x 4＋x 5＋x 6）－（x 1＋x 2＋x 3）9T2. 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．(1)实验中，必要的措施是________． A ．细线必须与长木板平行 B ．先接通电源再释放小车 C ．小车的质量远大于钩码的质量 D ．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)实验时他将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s 1＝3.59 cm ，s 2＝4.41 cm ，s 3＝5.19 cm ，s 4＝5.97 cm ，s 5＝6.78 cm ，s 6＝7.64 cm.则小车的加速度a ＝________m/s 2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)[解析] (1)若细线与长木板不平行，随着小车逐渐靠近滑轮，细线与水平方向的夹角增大，小车所受合力随之变化，因此小车的加速度发生变化，即小车不做匀变速直线运动，故细线必须与长木板平行，A 选项必要．先接通电源，待打点计时器稳定工作后再释放小车，点迹按匀变速运动规律显现在纸带上；若先释放小车再接通电源，则开始阶段点迹不规律，误差较大，故B 项必要．该实验研究小车的匀变速直线运动，与小车所受到的合力及合力大小的计算无关，故C 、D 项不必要．(2)交流电的频率为f ＝50 Hz ，相邻两计数点间的时间间隔t ＝0.1 s ，由逐差法可求小车的加速度．a ＝（s 6＋s 5＋s 4）－（s 3＋s 2＋s 1）（3t ）2＝（20.39－13.19）×10－29×10－2m/s 2＝0.80 m/s 2 v B ＝s 1＋s 22t ＝（3.59＋4.41）×10－22×0.1m/s ＝0.40 m/s.[答案] (1)AB (2)0.80 0.40【突破训练】2．某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz 、30 Hz 和40 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示．该同学在实验中没有记录交流电的频率f ，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f 和图(b)中给出的物理量可以求出：在打点计时器打出B 点时，重物下落的速度大小为____________，打出C 点时重物下落的速度大小为____________，重物下落的加速度大小为____________．(2)已测得s 1＝8.89 cm ，s 2＝9.50 cm ，s 3＝10.10 cm ；当地重力加速度大小为9.80 m/s 2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f 为________Hz.解析：(1)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出B 点时重物下落的速度v B ＝s 1＋s 22T ＝（s 1＋s 2）f2；打出C 点时重物下落的速度v C ＝s 2＋s 32T ＝（s 2＋s 3）f 2.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a ＝v C －v BT＝(v C －v B )f ＝（s 3－s 1）f22.(2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg ，由牛顿第二定律得，mg －0.01mg ＝ma ，解得a ＝0.99g .由（s 3－s 1）f22＝0.99g ，解得f ＝40 Hz.答案：(1)（s 1＋s 2）f 2 （s 2＋s 3）f 2 （s 3－s 1）f22(2)40用图象处理实验数据 【重难提炼】1．弄清横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位．2．描点要准、连线不一定通过所有数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧，且线要细．3．明确图象的斜率、截距的物理意义．某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则． 实验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向． ②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O 1、O 2，记录弹簧秤的示数F ，测量并记录O 1、O 2间的距离(即橡皮筋的长度l )．每次将弹簧秤示数改变0.50 N ，测出所对应的l ，部分数据如下表所示：甲F /N0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50l/cm l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA 段的拉力记为F OA，OB段的拉力记为F OB.乙完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则F OA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图中作出F OA和F OB的合力F′的图示．(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．[思路点拨] (1)作出F－l图象与l轴的交点横坐标即为l0.(2)“在秤钩处涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上”，即为“活结”，则F OA＝F OB.求F OA可根据橡皮筋的总长度(OA＋OB)在F－l图象中查出．[解析] (1)根据表格数据，作出F－l图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0 cm.(2)橡皮筋总长l＝OA＋OB＝13.60 cm，根据F－l图线，可读出橡皮筋长度l＝13.60 cm 时的拉力为1.80 N.(3)利用给出的标度作出F OA和F OB的图示，然后以F OA和F OB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图所示．(4)若F′与F OO′在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的．[答案] (1)见解析图10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确) (3)见解析图(4)F OO′(1)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”．(2)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始．【突破训练】3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块及遮光条都从位置A处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d ，如图乙所示，则d ＝________mm.(2)实验时，将滑块从A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B 的时间t ，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_______________________________．(3)改变钩码质量，读出对应的力传感器的示数F 和遮光条通过光电门的时间t ，该同学已经将实验中的数据描入了图丙所示F －1t2坐标系中，请用平滑的曲线将各点连接起来．(4)若图丙中所作的F －1t2图象的斜率为k ，设AB 间的距离为s ，当遮光条的宽度为d 时，则滑块和遮光条的总质量为M ＝________．解析：(1)由图知第6条刻度线与主尺对齐，d ＝2 mm ＋6×0.05 mm ＝2.30 mm. (2)实验时，将滑块从A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B 的时间t ，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度．根据运动学公式得：若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是位置A 到光电门的距离L .(3)如图所示(4)由题意可知，该实验中保持滑块和遮光条的总质量M 不变，因此有：v 2＝2asv ＝d t ，a ＝F M可得：d 2t 2＝2·F M ·s ，解得：M ＝2Fst 2d 2＝2ks d2⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫图线的斜率k ＝F 1t 2＝Ft 2. 答案：(1)2.30 (2)位置A 到光电门的距离L (3)见解析图 (4)2ksd2力学创新型实验的分析技巧 【重难提炼】图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M 、重物的质量m ；用游标卡尺测量遮光片的宽度d ；用米尺测量两光电门之间的距离s ；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间Δt A 和Δt B ，求出加速度a ；④多次重复步骤③，求a 的平均值 a ； ⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ. 回答下列问题：(1)测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图乙所示，其读数为________cm.(2)物块的加速度a 可用d 、s 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝________________． (3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ＝________________． (4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________________(选填“偶然误差”或“系统误差”)．[解题探究] (1)遮光片经过光电门A 、B 时的瞬时速度v A ＝________，v B ＝________，A 、B 间位移为s ，则________．(2)对物块、重物利用牛顿第二定律：______________．[解析] (1)d ＝0.9 cm ＋12×0.05 mm＝0.9 cm ＋0.060 cm ＝0.960 cm.(2)由v ＝Δx t 得，v A ＝d Δt A ，v B ＝d Δt B ，物块做匀加速直线运动，则v 2B －v 2A ＝2ax ，即(d Δt B)2－(dΔt A)2＝2as ，得a ＝12s ⎣⎢⎡⎦⎥⎤（d Δt B ）2－（d Δt A ）2.(3)整体运用牛顿第二定律得：mg －μMg ＝(M ＋m )a ，则μ＝mg －（M ＋m ）aMg.(4)由实验装置引起的误差为系统误差．[答案] (1)0.960 (2)12s ⎣⎢⎡⎦⎥⎤（d Δt B）2－（d Δt A ）2(3)mg －（M ＋m ）aMg(4)系统误差力学创新型实验的特点及解法(1)特点①以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验．②将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中．(2)解法①根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案．②进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析．【突破训练】4.如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子．砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m ，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为M .(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg ，将该力视为合力F ，对应的加速度a 则从打下的纸带中计算得出．多次改变合力F 的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变．以合力F 为横轴，以加速度a 为纵轴，画出a －F 图象，图象是一条过原点的直线．①a －F 图象斜率的物理意义是____________． ②你认为把砂桶的总重力mg 当做合力F 是否合理？ 答：__________．(选填“合理”或“不合理”) ③本次实验中，是否应该满足M ≫m 这样的条件？答：__________(选填“是”或“否”)；理由是_____________________________________________________________．(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内砂子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合力不变．用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以__________的倒数为横轴．解析：(1)将小车内的砂子转移到桶中，就保证了M＋m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a＝F合M＋m＝mgM＋m，可见a－F图象斜率的物理意义是1M＋m，系统的合力就等于所悬挂砂桶的总重力mg，不必满足M≫m这样的条件．(2)向小车内添加或去掉部分砂子，是改变系统的总质量M＋m，而系统的合力仍等于所悬挂砂桶的总重力mg，保证了合力不变．答案：(1)①1M＋m②合理③否因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合力就等于mg(2)M＋m[课后作业(二十三)](建议用时：45分钟)1．读出下图中游标卡尺(50分度)与螺旋测微器的示数．(1)________mm；(2)________mm.解析：(1)主尺读数为4.2 cm，游标尺读数为10×0.02 mm＝0.20 mm，最终读数为4.2 cm ＋0.20 mm＝42 mm＋0.20 mm＝42.20 mm.(2)固定部分读数为2.5 mm，可动部分读数为48.8×0.01 mm＝0.488 mm，最终读数为2.5 mm＋0.488 mm＝2.988 mm.答案：(1)42.20 (2)2.988(2.987～2.989之间均可)2.由于当年实验条件的限制，伽利略无法直接对落体运动进行实验研究，而今天即使在中学实验室里，我们也可以通过实验来验证自由落体运动的规律．如图是某次实验中获得的质量为m的小球下落时的频闪照片，频闪间隔是130s ．根据此照片计算(结果保留三位有效数字)：(1)小球在4.90 cm 位置处的速度大小为________m/s ；(2)小球下落的加速度大小为________m/s 2；(3)小球在13.60 cm 位置处的速度大小为________m/s.解析：(1)小球在4.90 cm 位置处的速度大小为v 4.90＝（8.71－2.15）×10－2130×2 m/s ＝0.984 m/s. (2)由逐差法求加速度，可得a ＝[（13.60－4.90）－（4.90－0.54）]×10－24×⎝ ⎛⎭⎪⎫1302 m/s 2≈9.77 m/s 2. (3)据v ＝v 0＋at 得：v 13.60＝v 4.90＋a ·2T ＝0.984 m/s ＋9.77×230m/s ≈1.64 m/s. 答案：(1)0.984 (2)9.77 (3)1.643．某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验装置如图甲所示，其中A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 和OC 为细绳．根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，已知实验过程中操作正确．(1)乙图中F 1、F 2、F 、F ′四个力，其中力________(填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的．实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是________(填正确选项前字母)．A ．两个弹簧测力计拉力F 1和F 2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小B ．橡皮条沿同一方向伸长C ．橡皮条伸长到同一长度D ．橡皮条沿同一方向伸长同一长度(2)丙图是测量中某一弹簧测力计的示数，读出该力大小为________N.解析：(1)F 在以F 1与F 2为邻边的平行四边形的对角线上，不是由弹簧测力计直接测出的．该实验采用了“等效替代”法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度，故A 、B 、C 错误，D 正确．(2)根据题图丙读出力的值为9.0 N.答案：(1)F D (2)9.0(8.8～9.2之间均可)4．“探究动能定理”的实验装置如图所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W 0，当用4条、6条、8条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W 0、3W 0、4W 0……每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出．(1)关于该实验，下列说法正确的是________．A ．打点计时器可以用直流电源供电，电压为4～6 VB ．实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等C ．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D ．利用每次测出的小车最大速度v m 和橡皮筋做的功W ，依次作出W －v m 、W －v 2m 、W －v 3m 、W 2－v m 、W 3－v m ……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系(2)如图给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O 点到A 、B 、C 、D 、E 各点的距离分别为OA ＝5.65 cm ，OB ＝7.12 cm ，OC ＝8.78 cm ，OD ＝10.40 cm ，OE ＝11.91 cm.已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s ，则小车获得的最大速度v m ＝________m/s.解析：(1)打点计时器必须用交流电，选项A 错误；实验中使用的橡皮筋必须完全相同，选项B 错误．(2)由题图可知，AB ＝1.47 cm ；BC ＝1.66 cm ；CD ＝1.62 cm ；DE ＝1.51 cm ，故BC 段的平均速度最大．v m ＝BC T＝0.83 m/s. 答案：(1)CD (2)0.835．(2018·浙江选考4月)(1)用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时，除了图中已给出的实验器材外，还需要的测量工具有________(填字母)；A．秒表B．天平C．刻度尺D．弹簧测力计(2)用图2所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，释放重物前有下列操作，其中正确的是________(填字母)；A．将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上B．手提纸带任意位置C．使重物靠近打点计时器(3)图3是小球做平抛运动的频闪照片，其上覆盖了一张透明方格纸．已知方格纸每小格的边长均为0.80 cm.由图可知小球的初速度大小为________m/s(结果保留两位有效数字)．解析：(1)还需要用刻度尺测量纸带的间距．(2)在验证机械能守恒定律时，需要把两限位孔调到同一竖直线上，减小限位孔与纸带间的摩擦力，要使重物靠近打点计时器再释放，使纸带上打出尽可能多的点．(3)由图可知，竖直方向上Δy＝gt2，水平方向上x＝v0t，可知，v0＝0.70 m/s.答案：(1)C (2)AC (3)0.706．(2017·浙江选考4月)在“研究平抛运动”实验中，(1)图甲是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的______．A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，下列说法正确的是______．A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用光滑曲线把所有的点连接起来D．y轴的方向根据重垂线确定(2)图乙是利用图甲装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________．A．释放小球时初速度不为0B．释放小球的初始位置不同C．斜槽末端切线不水平(3)图丙是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置中，其中正确的是________．解析：(1)题干中指出用铅笔标注小球的最高点作为小球轨迹的记录点，所以坐标原点也应选为球的上端，选项B正确；斜槽轨道不必光滑，A项错误；记录的点适当多一点，以便更准确地描出平抛轨迹，B项正确；为比较准确地描出小球运动的轨迹，将这些点平滑连接起来，C项错误；用重垂线确定y轴坐标，D项正确．(2)由图可知，小球做斜抛运动，所以斜槽末端没有水平放置，选C项．(3)A 中没有水流出，C中，随着液面降低，压力减小，水柱流速不断减小；只有B瓶内能维持相对稳定的压强，水柱流速稳定，选择B项．答案：(1)B BD (2)C (3)B7．某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑．(2)将n(依次取n＝1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s ，绘制s －t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度a .(3)对应于不同的n 的a 值见下表．n ＝2时的s －t 图象如图(b)所示；由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表． n 1 2 3 4 5 a /(m·s －2) 0.200.58 0.78 1.00(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点，并作出a －n 图象．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．(5)利用a －n 图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字，重力加速度取g ＝9.8 m ·s －2)．(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)．A ．a －n 图线不再是直线B ．a －n 图线仍是直线，但该直线不过原点C ．a －n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析：(3)实验中小车做匀加速直线运动，由于小车初速度为零，结合匀变速直线运动规律有s ＝12at 2，结合图(b)得加速度a ＝0.39 m/s 2.(5)由(4)知，当物体质量一定，加速度与合外力成正比，得加速度a与n成正比，即a －n图象为过原点的直线．a－n图线的斜率k＝0.196 m/s2，平衡摩擦力后，下端所挂钩码的总重力提供小车的加速度，nm0g＝(M＋Nm0)a，解得a＝m0gM＋Nm0n，则k＝m0gM＋Nm0，可得M＝0.45 kg.(6)若未平衡摩擦力，则下端所挂钩码的总重力与小车所受摩擦力的合力提供小车的加速度，即nm0g－μ[M＋(N－n)m0]g＝(M＋Nm0)a，解得a＝（1＋μ）m0gM＋Nm0·n－μg，可见图线截距不为零，其图线仍是直线，图线斜率相对平衡摩擦力时有所变大，B、C项正确．答案：(3)0.39(0.37～0.41均可) (4)a－n图线如图所示(5)0.45(0.43～0.47均可) (6)BC。
高考物理二轮复习专题复习篇专题6第1讲力学实验及创新学案
第1讲力学实验及创新[析考情·明策略]考情分析从近五年全国卷命题情况分析：实验命题不避热点,注重陈题翻新；重点实验频频考,其他实验“轮换”考。
实验“小题”常考力学内容,实验“大题”常考电学内容。
在两个实验中,通常一个实验立足教材,立足创新,凸显对科学探究素养的考查,一般较为基础,注重对考生的实验基本功的考查；另一个实验题依据新课程标准要求挖掘改造,对考生的实验能力要求较高,突出选拔作用。
素养呈现1.基本实验仪器的使用与读数。
2.基础实验的实验原理和实验方法的理解与掌握。
3.探究实验的实验方案,实验器材及数据处理的理解与掌握。
素养落实1.认真完成课本上的每一个实验。
知道每一个实验的目的。
2.掌握每一个实验的原理,熟悉实验中的每一个实验步骤。
3.领会每一个实验步骤的作用,学会每一个实验仪器的使用。
4.学会每一个实验的数据处理方法,弄清每一个实验误差的来源等。
5.依据新课程标准,重视基础实验。
6.关注变化,构建实验模型,在比较分析中探寻共性。
力学实验及创新考点1| 力学常规实验基本仪器的读数和使用1．两种常见长度测量仪器的使用及读数方法游标卡尺(不估读) (1)读数：测量值＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)。
(2)常用精确度：10分度游标,精度0.1 mm ；20分度游标,精度0.05 mm ； 50分度游标,精度0.02 mm螺旋测微器(需估读)测量值＝固定刻度＋可动刻度(带估读值)×0.01 mm2.时间类测量仪器的读数(1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02 s,一般每五个点取一个计数点,则时间间隔为Δt ＝0.02×5 s＝0.1 s 。
(2)频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来,时间间隔Δt ＝1f。
(f 为频闪照相机的频率) (3)光电计时器：记录遮光条通过光电门的遮光时间。
[典例1] (1)利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一工件的直径和高度,测量结果如图甲和乙所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第1讲力学实验
·
[
通高考
限训练
拿下高考高分
科学设题
]
(45分钟)
1．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为_____ mm，用20分度的游
标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为_____ mm.
解析：螺旋测微器的固定刻度读数6 mm，可动刻度读数为0.01 mm×12.5＝0.125 mm，所以最终读数为6 mm＋0.125 mm＝6.125 mm；游标卡尺的主尺读数为6.3 cm＝63 mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05 mm×12＝0.60 mm，
所以最终读数为63 mm＋0.60 mm＝63.60 mm.
答案：6.125(±0.002均可)63.60 2．(2017·高考全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．
实验步骤如下：①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对
于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；
②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；
③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，v表示滑块在挡光片遮住光线的
Δt时间内的平均速度大小，求出v；
④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下
滑，重复步骤②③；
⑤多次重复步骤④；
⑥利用实验中得到的数据作出vΔt图，如图(c)所示．
完成下列填空：
(1)用a 表示滑块下滑的加速度大小，用v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大
小，则v 与v A 、a 和Δt 的关系式为v ＝________.
(2)由图(c)可求得，v A ＝________ cm/s ，a ＝________ cm/s 2.(结果保留3位有效数字) 解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得v Δt ＝v A Δt ＋12a (Δt )2，则v ＝v A ＋12a Δt .(2)由v ＝v A ＋12
a Δt 结合题图(c)可知，图线与纵轴的
交点的纵坐标即为v A ，将图线延长与纵轴相交，得v A ＝52.1 cm/s ，图线的斜率等于12a ，即12a ＝53.60－52.120.18
cm/s 2，求得a ＝16.4 cm/s 2. 答案：(1)v A ＋a 2
Δt (2)52.116.4 3．在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A 、B ，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为m 1和m 2.如图a 所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块A 、B 通过光电门的时间分
别为t 1、t 2.
(1)图b 所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d 时所得的不同情景．由该图可知甲
同学测得的示数为________ mm ，乙同学测得的示数为________ mm.
(2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式为________(用m 1、m 2、t 1、t 2、d 表示)，被
压缩弹簧开始贮存的弹性势能E p ＝________.
解析：(1)题图b 中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为3.5 mm ，可动刻度读数为0.01
mm×0.5＝0.005 mm ，所以最终读数为3.5 mm ＋0.005 mm ＝3.505 mm.同理，乙的读数为3
mm ＋0.485 mm ＝3.485 mm.
(2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为0＝－m 1v 1＋m 2v 2，即m 1v 1
＝m 2v 2，根据光电门的性质可知v 1＝d t1，v 2＝d t2，代入上式可得m1d t1＝m2d t2
，根据功能关系可知，压缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块A 、B 获得的动能，则有E p ＝12m 1v 21＋12m 2v 2＝m12(d t1
)2＋m22(d t2
)2. 答案：(1)3.505(3.503～3.507均可)3.485(3.483～3.487均可)(2)m1d t1＝m2d t2m12(d t1)2＋m22
(d t2
)2 4．(2016·高考全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，
可求得弹簧被压缩后的弹性势能．
(1)实验中涉及下列操作步骤：
①把纸带向左拉直 ②松手释放物块 ③接通打点计时器电源 ④向左推物块使弹簧压缩，
并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．
(2)图(b)中M 和L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为______m/s.比较两纸带可知，________(填“M ”或“L ”)纸带对应的实验中弹
簧被压缩后的弹性势能大．
解析：(1)实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑动，因此步骤为④①③。