2.2020年高考物理二轮复习 专题第一讲 1明2看3提——又快又准破解力学实验题

(1) 请 判 断 小 车 甲 是 与 图 示 纸 带 的 ________( 选 填 “ 左 端 ” 或 “右端”)相连接。
(2)若测量出小车甲的质量为 524.4 g，小车乙的质量为 510.0 g， 则 在 这 次 碰 撞 中 小 车 甲 对 小 车 乙 的 冲 量 为 ________( 保 留 两 位 有 效 数字)。
①为了用某一弹簧测力计的示数表示 A 和 B 之间的 滑动摩擦力的大小，你认为________方案更合理。
②若 A 和 B 的重力分别为 10.0 N 和 20.0 N。当 A 被 拉动时，弹簧测力计 a 的示数为 6.0 N，b 的示数为 11.0 N， c 的示数为 4.0 N，则 A 和 B 间的动摩擦因数为________。
(4)描绘 v-t 图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用
平均速度ΔΔxt 表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对 Δt 的要求
是____________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的
角度看，选取的 Δx 大小与速度测量的误差________(选填“有关”
或“无关”)。
(5)早在 16 世纪末，伽利略就猜想落体
现进行以下操作：把打点计时器固定在光滑水平轨道左侧，将 纸带一端穿过打点计时器，另一端连在小车甲的后面；打开打点计 时器，轻推一下小车甲，使其获得一定速度后与静止的小车乙碰撞 粘连成一体；关闭打点计时器，取下纸带，进行相关探究。在某次 实验中得到的纸带(部分)如图 2 所示(图中的直尺为毫米刻度尺)。
[ 答 案 ] (1) 见 解 析 图 (2)24.0(23.0 ～ 25.0 均 正 确 ) 55.0(54.5～55.5 均正确) (3)①甲 ②0.3
[例 2] 某探究小组用能够显示并调节转动频率的小电动 机验证匀速圆周运动的向心力关系式 F＝mrω2。
(1)把转动频率可调的小电动机固定在支架上，转轴竖直向 下，将摇臂平台置于小电动机正下方的水平桌面上；
[解析] (1)甲与乙碰后粘在一起，速度减小，相等时间内的 间隔减小，由于纸带右端速度大，为碰前速度，所以小车甲是与 图示纸带的右端相连。
(2)碰后共同速度：v2＝18.52×0－0.1062.20×10－2 m/s＝0.20 m/s。 碰后乙的动量：p 乙＝m 乙 v2＝0.510 0×0.200 kg·m/s＝0.102 kg·m/s， 由动量定理可得小车甲对小车乙的冲量：I＝p 乙－0＝p 乙＝ 0.10 kg·m/s。
1．明——明确考查的知识范围 现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知 识。尽管题目千变万化，但通过仔细审题，都能直接地判断出命 题人想要考查的知识点和意图。 2．看——看清实验题图 实验题一般配有相应的示意图、实物图，目的是告知实验仪 器(或部分)及其组装情况，让考生探究考查意图。认识这些器材 在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程。
(1)根据所测数据，在图 2 坐标纸上作出 F 与 x 的关系图像。 (2)由图像求出该弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的 原长为________cm。(均保留三位有效数字) (3)为了用弹簧测定两木块 A 和 B 间的动摩擦因数 μ，两位 同学分别设计了如图 3 所示的甲、乙两种方案。
[答案] 12.52 不需要 4π2h－D2 f2
[例 3] (2018·北京高考)用图 1 所示的实验装置研究小车 速度随时间变化的规律。
图1
主要实验步骤如下： a．安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿 长木板运动，重复几次。 b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时 起点 O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点， 如图 2 中 A、B、C、D、E、F、…、所示。
用ΔΔxt 计算得到的平均速度越接近计数点的瞬时速度，但 Δx 过小， 测量误差增大，因此选取的 Δx 大小与速度测量的误差有关。
(5)如果小球的初速度为 0，其速度 v∝t，那么它通过的位移 x＝0＋2 v·t，故推出 x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用 的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。
(2)新的表格数据 通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数 据，判断相关物理量之间的关系。如正比例、反比例关系，平 方还是开方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可以直 观反映实验的某种规律。 (3)新的物理图像 实验题本身提供物理图像，但这些图像平时没有接触过， 关键要明确图像的物理意义，才能正确分析实验问题。
第一讲 1 明 2 看 3 提——又快又准破解力学实验题
近几年高考对实验的考查，多以一大带一小的形式， 其中第一小题一般为常规实验题，侧重考查基本实验仪 器的读数或常规型实验。第二小题侧重对学生实验迁移 能力的考查，常以设计性实验来体现，主要为电学实验， 也有力学实验。只要扎扎实实掌握课本实验的实验原理、 实验方法、数据处理的方法及分析，灵活迁移到解决创 新性、设计性实验中，就能稳得实验题高分。
[答案] (1)右端 (2)0.10 kg·m/s
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[答案] (1)A C (2)图见解析 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为 0，其速度 v∝t，那么它通过的位移 x ∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验 小球的速度是否随时间均匀变化。
[例 4] (2019·杭州一模)某小组在做“探究碰撞中的不变量” 实验时，采用了如图 1 所示的实验装置。小车甲、乙的碰撞端分别 装上撞针与橡皮泥。
请你根据所记录的 O 点到摇臂平台的高度 h 和小球的直径 D，重力加速度为 g，若所测物理量满足 g＝________则 F＝mrω2 成立。(用所测物理量符号表示)
[解析] 游标卡尺的读数为：12 mm＋0.02×26 mm＝ 12.52 mm；
设细线与竖直方向的夹角为 θ，根据实验原理可得： mgtan θ＝mω2r ω＝2πf 由几何关系得： tan θ＝h－r D2 联立以上三式解得： g＝4π2f2h－D2 根据上式可知，实验中不需要测量小球的质量。
3．提——提取信息 试题总是提供诸多信息再现实验情景，因此，解答时必须 捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解。一般需要关注如 下信息： (1)新的概念、规律、公式 一些新颖的非常规实验题、陌生的新知识(概念公式)应用 题、新规律验证题，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基 础上提取有用同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量 的关系的实验情景。
用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台上的轻质弹簧，读出 不同拉力下的标尺刻度 x 及拉力大小 F(从电脑中直接读出)。所得 数据记录在下列表格中： 拉力大小 F/N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 标尺刻度 x/cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00
图2
c．通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E、…、 点时小车的速度，分别记作 v1、v2、v3、v4、v5、…
d．以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，在坐 标纸上描点，如图 3 所示。
图3
结合上述实验步骤，请你完成下列任务： (1) 在 下 列 仪 器 和 器 材 中 ， 还 需 要 使 用 的 有 ________ 和 ________(填选项前的字母)。 A．电压合适的 50 Hz 交流电源 B．电压可调的直流电源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝码) (2)在图 3 中已标出计数点 A、B、D、E 对应的坐标点，请在 该图中标出计数点 C 对应的坐标点，并画出 v-t 图像。 (3)观察 v-t 图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据 是_____________________。v-t 图像斜率的物理意义是________。
(2)连线时要让尽量多的点在一条直线上，如图所示。
(3)可以依据 v-t 图像是倾斜的直线(斜率一定)，即小车的速度 随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；v -t 图像的斜 率表示加速度。
(4)严格地讲，ΔΔxt 表示的是 Δt 内的平均速度，只有当 Δt 趋近 于 0 时，ΔΔxt 才表示瞬时速度，因此若用ΔΔxt 表示各计数点的瞬时速 度，对 Δt 的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的 Δx 越小，
[解析] (1)根据表中数据描点、连线，得出对应的 图像如图所示。
(2)由胡克定律可知，图像的斜率表示劲度系数， 则可知 k＝0.6251－.800.550 N/m＝24.0 N/m，在横轴上的 截距表示弹簧的原长 x＝55.0 cm。
(3)①甲、乙两种方案，在拉着木块 A 运动的过程中，拉 A 的弹簧测 力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不是很准，弹簧测力计 a 是不动的，指针稳定，便于读数，故甲方案更合理。②弹簧测力计 a 示数 为 6.0 N，所以 A、B 间的动摩擦因数 μ＝GFBa＝260.0.0＝0.3。
图4
运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设
计了如图 4 所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的
猜想。
请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略 “斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。
[解析] (1)打点计时器使用的是交流电源，故选 A，不 选 B；相邻打点间的时间是已知的，故不选 D；计数点间的 距离需要用刻度尺测量，故选 C；由于不需要知道小车和重 物的质量，故不需要天平(含砝码)，故不选 E。
(2)在转动轴正下方固定一不可伸长的细线，小电动机转轴 与细线连接点记为 O。细线另一端穿过小铁球的球心并固定；
(3)启动电动机，记录电动机的转动频率 f，当小球转动稳 定时，将摇臂平台向上移动，无限接近转动的小球；
(4)关闭电动机，测量 O 点到摇臂平台的高度 h；