步步高二轮强化练 专题七实验技能与创新第1讲力学实验与创新
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：。
高考物理二轮复习第一部分专题六实验与创新第1讲力学实验与创新课件新人教版
2．纸带数据的处理方法
3．平衡摩擦力的两个实验及方法 探究加速度与力、质量的关系及探究做功与速度变化的关 系两个实验均需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是垫高有打点 计时器的一端，给小车一个初速度，小车能匀速下滑．
(i)用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 点为作用点， 在图(a)中画出力 F1、F2 的图示，然后按平形四边形定则画出它 们的合力 F 合；
图(a)
图(b)
(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
(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.
差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．
解析 (1)由题给测力计示数可知，读数为 4.0 N. (2)作图，F2 长度为 28 mm，F1 长度为 21 mm，平行四边形 如图，量出合力长度约为 20 mm，大小代表 4.0 N，量出合力箭 头处到 y 轴距离和所作合力在 y 轴上投影长度，其比值就是 F 合 与拉力 F 的夹角的正切值．
度后在摩擦力作用下减速运动，故相邻水滴间的距离逐渐减小，
结合图(b)可知小车向左运动．(2)由题意知，30 s 内滴下 46 滴水，
共 45 个时间间隔，故相邻两滴水的时间间隔 T＝3405 s＝23 s．由
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。
2017版《步步高大二轮专题复习与增分策略(通用)物理》二轮专题突破专题9 实验技能与创新
1.00 mg 率 k＝ ＝ 5 ，可得 M＝0.44 kg. M＋5m
解析答案
(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 若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，n的数值相同 的情况下，加速度 a变小，直线的斜率变小 .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正确.
数据，并画出a－F图象.
图9
发射器 填“发射器”或“接收器”) (1)位移传感器(B)属于_______.( 解析 位移传感器(B)属于发射器.
解析答案
小车的质量远大于重物的质量 (2)甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是__________________________. 解析 在该实验中实际是：mg＝(M＋m)a，要满足mg＝Ma，应该使重物的
图，则根据你对本实验的理解，要验证力的平行四边形定则，还需对该 过O点作出与FOC等大反向的力F′ 图作出如下完善：_____________________________. 解析 本实验是要验证力的平行四边形定则，故应将由
平行四边形定则得出的合力，与真实的合力进行比较而
去判断平行四边形定则得出的结果是否正确，由图乙可
质量远小于小车的质量.即小车的质量远大于重物的质量.
解析答案
②； (3)图10中符合甲组同学作出的实验图象的是___
① 符合乙组同学作出的实验图象的是_____.
解析 在质量不变的条件下，加速度与合外力成
mg 得 a＝ M
正比；由实验原理：mg＝Ma
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。
步步高二轮专题七实验技能与创新第1讲 力学实验与创新
12.5 (4) 此 实 验 得 到 的 结 论 是 ： 此 弹 簧 的 劲 度 系 数 k ＝ ________
N/m.(计算结果保留三位有效数字)
解析 对比胡克定律F＝kx可知，劲度系数应为： k＝12.5 N/m.
(5)如果将指针分别固定在图中 A点上方的B处和A点下方的C处，
作出钩码质量m和指针刻度l的关系图象，由图象进一步得出的
力超过弹簧的弹性限度．
预测1 一名同学利用图2装置做“测定弹簧的劲
度系数”的实验． (1)以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验步骤， 请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上 ________． A．以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量 m为纵坐标， 标出各组数据 (l，m)对应的点，并用平滑的曲线连接 起来； 图2
静止 时电子秤的示数F. ________ 解析 要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤
的示数F.
(2) 如图 (b) ，将三细线 L1 、 L2 、 L3 的一端打结，另一端分别拴在 电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上．水平拉开细线L1，在白纸 三根细线的方向 和电子秤的示数F1. 上记下结点O的位置、________________ 解析 要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所
第1讲
栏目索引
力学实验与创新
高考题型1 探究弹力和弹簧伸长的关系 高考题型2 验证力的平行四边形定则 高考题型3 验证牛顿运动定律 高考题型4 探究动能定理 高考题型5 验证机械能守恒定律 高考题型6 力学创新实验
高考题型1 探究弹力和弹簧伸长的关系
解题方略 实验数据的处理方法：
(1)列表法
将测得的实验数据填入设计好的表格之中，可以分析两物理量
弹簧的劲度系数 kB、 kC.kB、kC 与k 相比，可能是 ________ ． ( 请
【步步高】(广西专用）2021年高考物理二轮温习 专题十 第1课时 力学实验与创新(1)
【步步高】(广西专用）2021年高考物理二轮温习专题十第1课时力学实验与创新专题定位高考对学生实验的考查，要紧有以下十九个实验：①长度的测量；②研究匀变速直线运动；③探讨弹力和弹簧伸长的关系；④验证力的平行四边形定那么；⑤验证动量守恒定律；⑥研究平抛物体的运动；⑦验证机械能守恒定律；⑧用单摆测定重力加速度；⑨用油膜法估测分子的大小；⑩用描迹法画出电场中平面上的等势线；⑪测定金属的电阻率(同时练习利用螺旋测微器)；⑫刻画小电珠的伏安特性曲线；⑬把电流表改装为电压表；⑭测定电源的电动势和内阻；⑮用多用电表探讨黑箱内的电学元件；⑯练习利用示波器；⑰传感器的简单应用；⑱测定玻璃的折射率；⑲用双缝干与测光的波长．高考除对讲义中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方式加以重组，来完成新的实验设计．设计型实验将慢慢取代对讲义中原有的单纯学生实验的考查．应考策略 1.熟知各类器材的特性.2.熟悉讲义实验，抓住实验的灵魂——实验原理，把握数据处置的方式，熟知两类误差分析．第1课时力学实验与创新一、游标卡尺和螺旋测微器的读数例1用游标卡尺测得某样品的长度如图1甲所示，其读数L＝________mm；用螺旋测微器测得该样品的外边长a如图乙所示，其读数a＝________mm.图1解析依照游标卡尺的读数方式，读数为20 mm＋3×0.05 mm＝20.15 mm.依照螺旋测微器的读数方式，读数为1.5 mm＋23.0×0.01 mm＝1.730 mm.答案20.15 1.730以题说法 1.游标卡尺的读数方式：由主尺读出整毫米数l0，从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n，那么测量值(mm)＝(l0＋n×精准度) mm.注意：(1)游标卡尺的精准度一样为游标尺上总刻度数的倒数．(2)游标卡尺不需要估读．2．螺旋测微器的读数方式：测量值(mm)＝固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是不是露出)＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一名)×0.01 mm.(1)用螺旋测微器测量一小球的直径，结果如图2甲所示，那么小球的直径d＝________ mm.图2(2)知识的迁移能力是超级重要的，应用螺旋测微器的原理，解决下面的问题：在一些用来测量角度的仪器上，有一个可转动的圆盘，圆盘的边缘标有角度刻度．为了较准确地测量出圆盘转动的角度，在圆盘外侧有一个固定不动的游标，上面共有10个分度，对应的总角度为9度．如图乙中画出了游标和圆盘的一部份．读出现在圆盘的零刻度线相关于游标零刻度线转过的角度为________度．答案(1)10.975 (2)20.6解析(1)螺旋测微器主尺读数为10.5 mm，可动刻度一共50个格，代表0.5 mm，每一个格表示0.01 mm，第47.5个格与固定刻度基线对齐，因此可动刻度的读数为0.475 mm，故螺旋测微器的读数为10.975 mm.(2)主尺部份的读数为20度，游标尺一共10个格，每一个格代表0.1度，第6个格对齐，故游标尺的读数为0.6度，因此一共是20.6度．二、验证力的平行四边形定那么例2图3甲是“验证力的平行四边形定那么”的实验装置，请完成实验操作与记录：(1)将弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线ac挂一重物G，如图中虚线所示，记录：测力计A的读数F0.(2)用弹簧测力计B的挂钩拉另一细线的b端，该细线的另一端系在细线ac上的O点处，手持测力计B维持水平方向缓慢向左拉，抵达如下图位置，记录：O点的位置、________、________、________、________和细线Oc的方向．(3)某同窗已作出F A、F B和合力理论值F′的图示，请在图乙中作出合力实验值F的图示，比较F′和F的大小和方向，能够得出结论：互成角度的________遵循平行四边形定那么．图3答案(2)测力计A的读数测力计B的读数细线Oa的方向细线Ob的方向(3)以表示F A、F B的线段为邻边作平行四边形，其对角线所表示的力确实是合力实验值的大小和方向，如下图两个力(或两个共点力)的合成以题说法 1.本实验考查的重点是“力作用成效的等效性”．2．对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确信也是考查的重点．某同窗找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定那么，设计了如下实验：图4(1)将橡皮筋的两头别离与两条细线相连，测出橡皮筋的原长；(2)将橡皮筋一端细线用钉子固定在竖直板上M点，在橡皮筋的中点O再用细线系重物，自然下垂，如图4甲所示．(3)将橡皮筋另一端细线固定在竖直板上的N 点，如图乙所示． 为完成实验，下述操作中需要的是________． A ．橡皮筋两头连接的细线长度必需相同B ．要测量图甲中橡皮筋Oa 的长度和图乙中橡皮筋Oa 、Ob 的长度C ．M 、N 两点必需在同一高度处D ．要记录图甲中O 点的位置及过O 点的竖直方向E ．要记录图乙中结点O 的位置、过结点O 的竖直方向及橡皮筋Oa 、Ob 的方向 答案 BE解析 橡皮筋两头连接的细线长度不需要必需相同，M 、N 两点能够不在同一高度处，不需要记录题图甲中O 点的位置及过O 点的竖直方向．由于已经测出橡皮筋的原长，只需要测量题图甲中橡皮筋Oa 的长度和题图乙中橡皮筋Oa 、Ob 的长度，需要记录题图乙中结点O 的位置、过结点O 的竖直方向及橡皮筋Oa 、Ob 的方向．操作中需要的是B 、E.三、探讨弹力和弹簧伸长的关系例3 通过“探讨弹力和弹簧伸长的关系”实验，咱们明白在弹性限度内，弹簧弹力F 的大小与弹簧的伸长(或紧缩)量x 成正比，而且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L 0、劲度系数为k 1的长弹簧A ，现把它截成长为23L 0和13L 0的B 、C 两段，设B 段的劲度系数为k 2，C 段的劲度系数为k 3，关于k 1、k 2、k 3的大小关系，同窗们做出了如下猜想：甲同窗：既然是同一根弹簧截成的两段，因此k 1＝k 2＝k 3 乙同窗：弹簧越短劲度系数越大，因此k 1<k 2<k 3 丙同窗：弹簧越长劲度系数越大，因此k 1>k 2>k 3(1)为了验证猜想，能够通过实验来完成，实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有________． (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 的长度L 0；B ．在弹簧A 的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n 个)并用刻度尺测量弹簧的长度L 1；C ．由F ＝mg 计算弹簧的弹力；由x ＝L 1－L 0计算出弹簧的伸长量．由k ＝F x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k 1的平均值；E ．按要求将弹簧A 剪断成B 、C 两段，重复实验步骤A 、B 、C 、D.别离求出弹簧B 、C 的劲度系数k 2、k 3的平均值．比较k 1、k 2、k 3取得结论．(3)图5是实验取得的图线．依照图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有如何的关系？ 图5答案 (1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码 (2)钩码的个数 (3)同一根弹簧上截下的几段，越短的段，劲度系数越大(或同一根弹簧上截下的几段，越长的段，劲度系数越小) 四、以打点计时器或光电门为工具的力学实验例4 某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图6所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺能够测出两个光电门之间的距离L ，窄遮光板的宽度为d ，窄遮光板依次通过两个光电门的时刻别离为t 1、t 2. 图6(1)通过两个光电门的瞬时速度别离为v 1＝________，v 2＝________.在计算瞬时速度时应用的物理方式是________________．(填“极限法”“微元法”或“操纵变量法”)． (2)那么滑块的加速度能够表示为a ＝________(用题中所给物理量表示)．(3)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是________和________，机械能守恒的表达式为________________(用题中所给物理量和测量的物理量表示)．解析 (1)小车通过两个光电门的瞬时速度等于小车通过光电门这段时刻内的平均速度，故瞬时速度别离为dt 1和dt 2.时刻取的越短，瞬时速度越接近平均速度，故采纳了极限法；(2)依照运动学公式2aL ＝v 22－v 21，代入可求得加速度a ＝d 22L (1t 22－1t 21)；(3)要验证机械能守恒就要看沙桶重力势能的减少量和系统动能的增加量是不是相等，因此需要测量沙桶的质量m 和滑块的质量M ，机械能守恒定律的表达式为mgL ＝12(M ＋m )d 2(1t 22－1t 21)．答案 (1)d t 1dt 2极限法 (2)d 22L (1t 22－1t 21)(3)沙桶的质量m 滑块的质量MmgL ＝12(M ＋m )d 2(1t 22－1t 21)以题说法 在《考试大纲》规定的力学实验中有二个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动和验证机械能守恒定律．在创新实验中也常常涉及打点计时器．这种实验的关键是要把握纸带的分析处置方式，关于纸带常见有以下三大应用． 1．由纸带肯按时刻要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算，一样每五个点取一个计数点，如现在刻距离为Δt ＝0.02×5 s＝0.1 s. 2．求解瞬时速度利用做匀变速运动的物体在一段时刻内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图7所示，打n 点时的速度v n ＝s n ＋s n ＋12T图73．用“逐差法”求加速度 如图8所示，a ＝s 4＋s 5＋s 6－s 1＋s 2＋s 33T2图8有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d )通过光电门的时刻Δt 内的平均速度看做物体通过光电门的瞬时速度，即v ＝dΔt. (2)求加速度：假设两个光电门之间的距离为L ，那么利用速度与位移的关系可求加速度，即a ＝v 22－v 212L.(2021·四川·8(2))如图9所示，某组同窗借用“探讨a 与F 、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能转变的关系”的实验： 图9①为达到平稳阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，依照打出的纸带判定小车是不是做________运动．②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验取得图10所示的纸带．纸带上O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时刻距离为0.1 s 的相邻计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 、G .实验时小车所受拉力为0.2 N ，小车的质量为0.2 kg. 图10请计算小车所受合外力做的功W 和小车动能的转变ΔE k .补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).O —B O —C O —D O —E O —FW /J0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 ΔE k /J0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7分析上述数据可知：在实验误差许诺的范围内W ＝ΔE k .与理论推导结果一致．③实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg ，实验时该组同窗放入托盘中的砝码质量应为________kg(g 取9.8 m/s 2，结果保留至小数点后第三位)．答案 ①匀速直线 ②0.111 5 0.110 5 ③0.015 解析 ②W ＝Fx OF ＝0.2×55.75×10－2 J ＝0.111 5 J v F ＝66.77－45.75×10－22×0.1 m/s ＝1.051 m/sΔE k ＝12mv 2F ＝12×0.2×1.0512 J ＝0.110 5 J ③设放入砝码质量为m ，那么(m ＋7.7×10－3 kg)g －0.2 N ＝(m ＋7.7×10－3 kg)a ①对小车：a ＝F M ＝0.20.2m/s 2＝1 m/s 2②联立①②得：m ＝0.015 kg 14．力学创新实验的分析技术审题例如(2021·新课标Ⅰ·22)(7分)图11为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示用意．实验步骤如下： 图11①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，用数字毫秒计别离测出遮光片通过光电门A 和光电门B 所用的时刻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依照上述实验数据求出动摩擦因数μ. 回答以下问题：(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12所示．其读数为________ cm. 图12(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)若是细线没有调整到水平，由此引发的误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”)． 审题模板 答题模板(1)0.9 cm ＋12×0.05 mm＝0.960 cm(2分)(2)因为v A ＝d Δt A ，v B ＝dΔt B，又由2as ＝v 2B －v 2A ，得a ＝12s [(dΔt B)2－(dΔt A)2] (2分)(3)设细线上的拉力为F T ，那么mg －F T ＝m a ，F T －μMg ＝M a两式联立得μ＝mg －M ＋maMg(2分)(4)细线没有调整到水平，属于实验方式粗略，如此会引发系统误差．(1分)答案 (1)0.960 (2)12s [(dΔt B)2－(dΔt A)2](3)mg －M ＋maMg(4)系统误差为了探讨合外力做功与物体动能改变的关系，某同窗设计了如下实验方案：第一步：如图13甲所示，把木板一端垫起，滑块通过细绳与一重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块，滑块沿木板向下匀速运动．第二步：如图乙所示，维持木板倾角不变，取下细绳和重锤，将打点计时器安装在木板靠近滑轮处，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器．第三步：接通电源，释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出的纸带如图丙所示．其中打下计数点O 时，滑块的速度为零，相邻计数点的时刻距离为T . 图13(1)依照纸带求打点计时器打E 点时滑块的速度v E ＝________.(2)已知重锤质量为m ，本地的重力加速度为g ，合外力在OE 段对滑块做功的表达式W OE ＝________. (3)利用图丙数据求出各段合外力对滑块所做的功W 及A 、B 、C 、E 各点的速度v .以v 2为纵轴，以W 为横轴成立坐标系，作出v 2－W 图象，发觉它是一条过坐标原点的倾斜直线，测得直线斜率为k ，那么滑块质量M ＝________. 答案 (1)s 6－s 42T(2)mgs 5 (3)2k解析 (1)依照中间时刻的瞬时速度等于这段时刻内的平均速度可得v E ＝s 6－s 42T.(2)本实验中将重锤的重力看成合外力，合外力在OE 段对滑块做的功为mgs 5. (3)依照动能定理有W ＝12Mv 2，得v 2＝2M W ，因此2M ＝k ，M ＝2k . (限时：45分钟)1． (2021·广东·34(1))研究小车匀变速直线运动的实验装置如图1(a)所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50 Hz ，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出． 图1①部份实验步骤如下：A ．测量完毕，关闭电源，掏出纸带B ．接通电源，待打点计时器工作稳固后放开小车C ．将小车停泊在打点计时器周围，小车尾部与纸带相连D ．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：__________(用字母填写)． ②图(b)中标出的相邻两计数点的时刻距离T ＝______ s. ③计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v 5＝________.④为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a ＝________.答案 ①DCBA ②0.1 ③s 4＋s 52T④s 4＋s 5＋s 6－s 1＋s 2＋s 39T 2解析 ②时刻t ＝nT 0＝5×0.02 s＝0.1 s(n 为相邻两个计数点的距离数)．③在匀变速直线运动中：中间时刻的速度等于平均速度．④取s 1′＝s 1＋s 2＋s 3，s 2′＝s 4＋s 5＋s 6，那么：T ′＝3T ，就可用Δs ′＝s 2′－s 1′＝aT ′2求a .2． 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x 与弹力F 成正比，即F ＝kx ，k 的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L 、横截面积S 有关，理论与实际都说明k ＝YS L，其中Y 是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量．(1)在国际单位中，杨氏模量Y 的单位应该是________． A ．N B ．m C ．N/m D ．Pa(2)用如图2甲所示的实验装置能够测量出一段横截面积是圆形的橡皮筋的杨氏模量Y 的值，第一利用毫米刻度尺测得橡皮筋的长度L ＝20.00 cm ，利用测量工具a 测得橡皮筋未受到拉力时的直径D ＝4.000 mm ，那么测量工具a 应该是________________． 图2(3)用如图甲所示的装置就能够够测出这种橡皮筋的Y 值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力F 与伸长量x 的实验记录．处置数据时，可在图乙中作出F －x 的图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k ＝______N/m.(保留两位有效数字)拉力F (N) 5 10 15 20 25 伸长量x (cm)1.63.24.86.48(4)答案 (1)D (2)螺旋测微器(或千分尺) (3)图象观点析图 3.1×102 (4)5×106 Pa 解析 (1)依照表达式k ＝YS L得：Y ＝kL S已知k 的单位是N/m ，L 的单位是m ，S 的单位是m 2，因此Y 的单位是N/m 2，也确实是Pa ，应选D. (2)测量橡皮筋未受到拉力时的直径用螺旋测微器(或千分尺)． (3)依照F ＝kx 可知，图象的斜率大小等于劲度系数大小，由图象求出劲度系数为k ＝3.1×102 N/m. (4)依照Y ＝kL S求得，Y ≈5×106 Pa.3． (2021·安徽·21Ⅰ)依照单摆周期公式T ＝2πl g，能够通过实验测量本地的重力加速度．如图3所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆． 图3 图4(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图4所示，读数为________mm. (2)以下是实验进程中的一些做法，其中正确的有________． a ．摆线要选择细些的、伸缩性小些的、而且尽可能长一些 b ．摆球尽可能选择质量大些、体积小些的c ．为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平稳位置有较大的角度d ．拉开摆球，使摆线偏离平稳位置不大于5°，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，现在刻距离Δt 即为单摆周期Te ．拉开摆球，使摆线偏离平稳位置不大于5°，释放摆球，当摆球振动稳固后，从平稳位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时刻Δt ，那么单摆周期T ＝Δt50 答案 (1)18.6 (2)abe解析 (1)十分度游标尺的第6个刻度线与主尺刻度线对齐，因此读数为18.6 mm.(2)关于单摆，摆线质量可忽略且不可伸长，因此应选伸缩性小的细线，摆球应选密度较大、体积小的钢球；为使摆动周期长些，由T ＝2πl g知，摆线应长些，因此选项a 、b 正确，为使单摆具有等时性，摆角应小于5 °，要减小测量周期的误差，计时起点应选在摆球的平稳位置，且测量多次(N )全振动的总时刻(Δt )，然后再算出周期T ＝ΔtN，选项e 正确．4．用图5所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验．图5(1)为了减小长木板对小车摩擦力的阻碍，必需在长木板________(填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车能单独在长木板上做________运动．(2)为了验证小车的加速度与其质量的定量关系，必需采纳________法．(3)维持小车受力不变，测量不同质量的小车在那个力作用下的加速度．某次实验中打出如图6所示的纸带(打点计时器电源的频率为50 Hz)，那么那个加速度值a＝______m/s2.图6(4)某同窗把实验取得的几组数据画成图7的a－m图象，为了更直观描述小车的加速度跟其质量的关系，请你依照他的图象在图8中画出a－1m图象．图7图8答案(1)远离匀速直线(2)操纵变量(3)0.8(或0.80) (4)如下图解析(1)为了减小长木板对小车摩擦力的阻碍，必需平稳摩擦力，在长木板远离滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车能单独在长木板上做匀速直线运动．(2)由于小车的加速度与合外力和质量有关，为了验证小车的加速度与其质量的定量关系，必需采纳操纵变量法．(3)依照纸带，由0.035 3 m－0.019 3 m＝2a(5/f)2解得a＝0.8 m/s2.(4)某同窗把实验取得的几组数据画成题图所示的a－m图象，为了更直观描述小车的加速度跟其质量的关系，可依照他的图象上的一些数据点，画出a－1m图象．5．“动能定理”和“机械能守恒定律”是物理学中很重要的两个力学方面的物理规律．有一名同窗设计了如图9甲所示的实验装置．一个电磁铁吸住一个小钢球，当将电磁铁断电后，小钢球将由静止开始向下加速运动．小钢球通过光电门时，计时装置将记录小钢球通过光电门所用的时刻t，用直尺测量出小钢球由静止开始下降至光电门时的高度h.图9(1)这名同窗为了验证“动能定理”，用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如图乙所示，他记录的小钢球的直径d＝________cm.(2)这名同窗在验证“动能定理”的进程中，忽略了空气阻力的阻碍，除上述的数据之外是不是需要测量小钢球的质量？________(填“需要”或“不需要”)(3)该同窗若是打算用这套装置验证机械能守恒定律，下面的做法能提高实验精度的是A ．在保证其他条件不变的情形下，减小小球的直径B ．在保证其他条件不变的情形下，增大小球的直径C ．在保证其他条件不变的情形下，增大小球的质量D ．在保证其他条件不变的情形下，减小小球的质量答案 (1)1.00 (2)不需要 (3)AC解析 (1)游标卡尺读数时，先读主尺为10 mm ，再读游标尺，共10个格，每一个格代表0.1 mm ，第0个格与主尺刻度线对齐，故游标卡尺读数为10.0 mm ，因此小钢球的直径为1.00 cm ；(2)在验证动能定理时，咱们利用的方式是验证mgh ＝12mv 2，v ＝d t，因为两边都有质量，故不需要测质量；(3)由于空气阻力的阻碍，实际的方程应该是mgh －F f h ＝12mv 2，v ＝d t ，能够推得gh －F f h m ＝12v 2，v ＝d t ，因此质量越大，F f h m越小，能够提高精准性，C 正确；另外从推导进程来看d 越小，速度的测量越精准，因此A 正确．6． 为了测定滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ，某同窗设计了如图10所示的实验装置，其中圆弧形滑槽结尾与桌面相切．第一次实验时，滑槽固定于桌面右端，结尾与桌子右端M 对齐，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的P 点；第二次实验时，滑槽固定于桌面左侧，测出结尾N 与桌子右端M 的距离为L ，滑块从滑槽顶端由静止释放，落在水平面的Q 点，已知重力加速度为g ，不计空气阻力．图10(1)实验还需要测出的物理量是________(用选项前字母表示)．A ．滑槽的高度hB ．桌子的高度HC ．O 点到P 点的距离d 1D ．O 点到Q 点的距离d 2E ．滑块的质量m(2)依照(1)中测出的物理量，写出动摩擦因数μ的表达式是μ＝________.(3)若是第二次实验时，滑块没有滑出桌面，测得滑行距离为s .那么动摩擦因数可表示为μ＝________. 答案 (1)BCD (2)d 21－d 224HL (3)d 214Hs 解析 (1)还需要测出的物理量是桌子的高度H 、O 点到P 点的距离d 1、O 点到Q 点的距离d 2；故应填写(2)依照题意，由动能定理可得－μmgL ＝12m (d 2t )2－12m (d 1t)2，t ＝ 2H g ，解得μ＝d 21－d 224HL . (3)依照题意，由动能定理可得－μmgs ＝0－12m (d 1t )2，t ＝ 2H g ，解得μ＝d 214Hs. 7． (2021·新课标Ⅱ·22)某同窗利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探讨：一轻质弹簧放置在滑腻水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图11所示．向左推小球，使弹簧紧缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被紧缩后的弹性势能．图11回答以下问题：(1)本实验中能够为，弹簧被紧缩后的弹性势能E p 与小球抛出时的动能E k 相等．已知重力加速度大小为g .为求得E k ，至少需要测量以下物理量中的________(填正确答案标号)．A ．小球的质量mB ．小球抛出点到落地址的水平距离sC ．桌面到地面的高度hD ．弹簧的紧缩量ΔxE ．弹簧原长l 0(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ，得E k ＝______________.(3)图12中的直线是实验测量取得的s －Δx 图线．从理论上可推出，若是h 不变．m 增加，s －Δx 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)；若是m 不变，h 增加，s －Δx 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)．由图中给出的直线关系和E k 的表达式可知，E p 与Δx 的__________次方成正比．图12答案 (1)ABC (2)mgs 24h (3)减小 增大 二解析 (1)小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为h ，小球抛出点到落地址的水平距离为s ，那么有h ＝12gt 2，s ＝v 0t ，解得v 0＝s t＝s g2h 因此E k ＝12mv 20＝mgs 24h . 由此可知需要测量的量有m 、s 、h ，应选A 、B 、C.(2)由(1)的解析知E k ＝mgs 24h .(3)在Δ x 相同的情形下，弹簧的弹性势能相同，由E p ＝12mv 20可知：①在m 增加时，速度v 0减小，因此h 不变时s 减小，故图线的斜率减小．②m 不变时，v 0不变，h 增加时，时刻变长，s 变大，故图线的斜率增大． 由s －Δx 图象可知，s 正比于Δx ，即s ＝k Δx .则E p ＝12mv 20＝mgs 24h ＝mgk 24hΔx 2＝k ′Δx 2 因此E p 与Δx 的二次方成正比．。
2020版新高考物理大二轮复习京津鲁琼专用讲义：专题七 第1讲 力学实验与创新 Word版含答案
第1讲力学实验与创新本部分属于高考必考内容，每个实验都有可能考查，但纸带类问题为命题的重点．由于实验考查“来源于大纲，而又不拘泥于大纲”的特点，所以在复习中一定要把握实验的灵魂——原理，只有在原理性内容掌握之后，才能进行数据的处理和误差分析．(2019·高考全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A 、B 、C 、D 、E 五个点中，打点计时器最先打出的是________点．在打出C 点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s 2(保留2位有效数字)．[解析] 根据题述，物块加速下滑，在A 、B 、C 、D 、E 五个点中，打点计时器最先打出的是A 点．根据刻度尺读数规则可读出，B 点对应的刻度为1.20 cm ，C 点对应的刻度为3.15 cm ，D 点对应的刻度为5.85 cm ，E 点对应的刻度为9. 30 cm ，AB ＝1.20 cm, BC ＝1.95 cm, CD ＝2.70 cm, DE ＝3.45 cm.两个相邻计数点之间的时间T ＝5×150s ＝0.10 s ，根据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，打出C 点时物块的速度大小为v C ＝BC ＋CD 2T ≈0.233 m/s.由逐差法可得a ＝CD ＋DE －（AB ＋BC ）4T 2，解得a ＝0.75 m/s 2. [答案] A 0.233 0.75纸带的三大应用(1)由纸带确定时间：要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算．(2)求解瞬时速度：利用做匀变速直线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，打n 点时的瞬时速度v n ＝x n ＋x n ＋12T.(3)用“逐差法”求加速度如图所示，a ＝（x 4＋x 5＋x 6）－（x 1＋x 2＋x 3）（3T ）2.Ｋ1.(2018·高考北京卷)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．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．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v 1、v 2、v 3、v 4、v 5…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．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 图象．(3)观察v －t 图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________．v －t 图象斜率的物理意义是________．(4)描绘v －t 图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度Δx Δt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)打点计时器用的是低压交流电源，故选A ；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；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)．(2)先标出计数点C 对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上．(3)依据v －t 图象是直线(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 图象斜率的物理意义是加速度．(4)Δx Δt 表示的是Δt 内的平均速度，只有当Δt 趋近于零时，Δx Δt才表示瞬时速度．因此若用Δx Δt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 越大，Δx 的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，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＋v 2t ，故推出x ∝t 2.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．答案：(1)A C (2)如图所示 (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 ∝t 2.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(2018·高考全国卷Ⅰ)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1.950 cm ；当托盘内放有质量为0.100 kg 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9.80 m/s 2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．[解析] 实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm ，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm ＋15×0.05 mm ＝3.7 cm ＋0.075 cm ＝3.775 cm.托盘中放有质量为m ＝0.100 kg 的砝码时，弹簧受到的拉力F ＝mg ＝0.100×9.8 N ＝0.980 N ，弹簧伸长量为x ＝3.775 cm －1.950 cm ＝1.825 cm ，根据胡克定律F ＝kx ，解得此弹簧的劲度系数k ＝F x＝53.7 N/m. [答案] 3.775 53.7探究弹力和弹簧伸长之间关系的三点注意(1)实验中的外力是钩码的重力提供，要注意钩码的个数和弹簧秤的限度．(2)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．(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．2.(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，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 ．用悬挂钩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 ．用几根不同的弹簧，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＝5 cm ；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L 1，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 －L 0－L 1)＝k (L －L 0)－kL 1＝kx －kL 1，其图象只可能是C 图．答案：(1)AB (2)①图见解析 ②5.0 20 (3)C(2018·高考天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________．A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．[解析](1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，A、D项错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点O必须在同一位置．但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点O的位置可以与前一次不同，B项正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，C项正确．(2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，A项错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量大，所以B项正确，C、D项错误．[答案](1)BC(2)B验证力的平行四边形定则中的两点说明(1)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系，两次拉橡皮条时结点O完全重合，以保证力F1，F2的合力与F的作用效果相同．(2)实验过程中要同时记录弹簧测力计的示数及拉力方向．3.(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1 mm)的纸贴在水平桌面上，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＝4.2 N和F2＝5.6 N.①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；②F 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4.0 N ．(2)①利用平行四边形定则作图； ②由图可知F 合＝4.0 N ，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1 mm ，顶点的纵坐标长度为20 mm ，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)①F 1、F 2和F 合如图所示②4.00.05热点题型四 验证牛顿第二定律“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示，已知打点计时器所用电源频率为50 Hz ，试回答下列问题．(1)实验中在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 这些点的间距如图中标示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出．根据测量结果计算：打C 点时小车的速度大小为________ m/s ；小车运动的加速度大小为________ m/s 2.(结果保留三位有效数字)(2)平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．根据小车的加速度a 与砝码盘中砝码总重力F 的实验数据作出的a －F 图线如图丙所示，此图线不通过原点的主要原因是_______________________________________________________．(3)在某次利用上述已调整好的装置进行实验时，保持砝码盘中砝码个数不变，小车自身的质量保持不变(已知小车的质量远大于砝码盘和盘中砝码的质量)，在小车上加一个砝码，并测出此时小车的加速度a ，调整小车上的砝码，进行多次实验，得到多组数据，以小车上砝码的质量m 为横坐标，相应加速度的倒数1a 为纵坐标，在坐标纸上作出如图丁所示的1a－m 关系图线，实验结果验证了牛顿第二定律．如果图中纵轴上的截距为b ，图线的斜率为k ，则小车受到的拉力大小为________，小车的质量为________．[解析] (1)纸带上两相邻计数点的时间间隔为T ＝0.10 s ，s 1＝9.50 cm 、s 2＝11.00 cm 、s 3＝12.55 cm 、s 4＝14.00 cm 、s 5＝15.50 cm 、s 6＝17.05 cm ，由匀变速直线运动中，物体在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可知打C 点时小车的速度大小为v C ＝s 2＋s 32T ，代入数值得v C ＝1.18 m/s ，小车的加速度大小为a ＝（s 4＋s 5＋s 6）－（s 1＋s 2＋s 3）9T 2，代入数值得a ＝1.50 m/s 2.(2)平衡摩擦力后，F ＝0时就产生了加速度，说明未计入砝码盘的重力．(3)当小车上无砝码时，小车加速度为a 0＝1b，设小车的质量为M ，则小车受到的拉力为F ＝Ma 0＝M b ；图丁中图线的函数关系式满足1a＝km ＋b ，根据牛顿第二定律得F ＝(m ＋M )a ，可解得M ＝b k ，F ＝1k.[答案] (1)1.18 1.50 (2)未计入砝码盘的重力(3)1k b k验证牛顿第二定律的两点体会(1)图象法处理实验数据一直是高考考查的热点，一般会要求根据数据画出图象，根据图象分析误差原因或根据图象斜率和截距等得出相关物理量．(2)在实验中如果发现一个量x 与另一个量y 成反比，那么，x 就应与1y成正比，可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理．4.某物理课外小组利用图甲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 图象如图乙所示；由图乙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．(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，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，结合图乙得加速度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 图象的斜率k ＝0.196 m/s 2，平衡摩擦力后，下端所挂钩码的总重力提供小车的加速度，nm 0g ＝(M ＋Nm 0)a ，解得a ＝m 0g M ＋Nm 0n ，则k ＝m 0g M ＋Nm 0，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nm 0g －μ[M ＋(N －n )m 0]g ＝(M ＋Nm 0)a ，解得a ＝（1＋μ）m 0g M ＋Nm 0·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(5)0.45(0.43～0.47均可) (6)BC(2017·高考北京卷)如图1所示，用质量为m 的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．(1)打点计时器使用的电源是______(选填选项前的字母)．A．直流电源B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是________(选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量在不挂重物且________(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车．若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．A．计时器不打点B．计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C…各点到O点的距离为x1、x2、x3…如图2所示．实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B 点的过程中，拉力对小车做的功W＝______________，打B点时小车的速度v＝________．(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2－W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为__________________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________________．(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2－W关系的是______________．[解析](1)打点计时器使用的电源是交流电源，故选B.(2)实验中，平衡摩擦力和其他阻力时，应先不挂重物，把长木板右端适当垫高，在小车后面挂上纸带，接通电源，在打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，给小车一个初速度，若小车拖着纸带做匀速运动，则表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．(3)实验中，可认为小车所受的拉力F 大小为mg ，从打O 点到打B 点的过程中，拉力对小车做的功W ＝Fx 2＝mgx 2.在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故v B ＝x AC 2T ＝x 3－x 12T. (4)由题图3可知，v 2＝kW ，斜率k ＝v 2W ，其单位为m 2·s －2·J －1.又1 J ＝1 N·m ，1 N ＝1 kg·m·s －2，故1 J ＝1 kg·m 2·s －2，故J －1＝kg －1·m －2·s 2，因此斜率k ＝v 2W 的单位为1kg ，故与图线斜率有关的物理量应是质量．(5)假设完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，对由小车和重物组成的系统，其动能增加量为ΔE k ＝（m ＋M ）v 22，考虑到我们按重力做功W ＝mgx ，有ΔE k ＝（M ＋m ）v 22＝W ，即v 2＝2M ＋m W ，故v 2－W 的图象斜率k ＝2M ＋m，保持不变，故选项A 正确． [答案] (1)B (2)A B (3)mgx 2x 3－x 12T (4)v 2＝kW ，k ＝(4.5～5.0) m 2·s －2·J －1 质量 (5)A探究动能定理的三点说明(1)不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W 、2W 、3W …(2)由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．(3)以橡皮筋对小车做的功为横坐标，小车获得的速度的平方为纵坐标，作出v 2－W 图线，分析这条直线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．5.(2019·青岛高三第二次联考)某实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器的工作频率为50 Hz.(1)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放，把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W 1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W 1……橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带(如图2所示)求得小车获得的速度为______________m/s(保留三位有效数字)．(2)若根据多次测量数据画出的W －v 图象如图3所示，根据图线形状，可知对W 于v 的关系符合实际的图是________．解析：(1)小车的速度应从匀速运动部分取纸带，可得小车获得的速度为4 cm 0.02 s＝2.00 m/s. (2)根据W ＝12m v 2，可得W 是关于v 的二次函数，为开口向上的抛物线，可知应选C. 答案：(1)2.00 (2)C(2019·临沂模拟)某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 Hz ，得到如图乙所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A 、B 、C 、D 、E ，测出A 点距起点O 的距离为s 0＝19.00 cm ，点A 、C 间的距离为s 1＝8.36 cm ，点C 、E 间的距离为s 2＝9.88 cm ，g 取9.8 m/s 2，测得重物的质量为m ＝1 kg.(1)下列做法正确的有________．A ．图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B ．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直C ．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源D ．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取O 、C 两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是________J ，打下C 点时重物的速度大小是________m/s.(结果保留三位有效数字)(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v ，量出下落距离s ，则以v 22为纵坐标、以s 为横坐标画出的图象应是下面的________．(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是____________．(写出一条即可)[解析] (1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，选项A 、B 正确；实验时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项C 错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，选项D 错误．(2)重物减少的重力势能为ΔE p ＝mg (s 0＋s 1)＝2.68 J ，由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下C 点时重物的速度为v C ＝s 1＋s 24T＝2.28 m/s. (3)物体自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgs ＝12m v 2，即gs ＝12v 2，所以v 22－s 图线应是一条过原点的倾斜直线，选项C 正确．(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能．[答案] (1)AB (2)2.68 2.28 (3)C (4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)验证机械能守恒的三种方法(1)利用起始点和第n 点计算，代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内，gh n ＝12v 2n ，则说明机械能守恒定律是正确的．(2)任取两点A 、B 测出h AB ，算出gh AB 和(12v 2B －12v 2A)的值，如果在实验误差允许的范围内，gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则说明机械能守恒定律是正确的． (3)图象法，从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2，然后以12v 2 为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 图线．若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒．6.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写出：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）f 2；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 B T＝(v C －v B )f ＝（s 3－s 1）f 22. (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）f 22＝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）f 22(2)40 热点题型七 验证动量守恒定律。
高考物理大二轮复习 专题训练七 第1课时 力学与创新
拾躲市安息阳光实验学校【步步高】（全国通用）高考物理大二轮复习专题训练七第1课时力学实验与创新专题定位高考对学生实验的考查，主要有以下十一个实验：①研究匀变速直线运动；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿第二定律；⑤探究做功和物体速度变化的关系；⑥验证机械能守恒定律；⑦测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；⑧描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑨测定电源的电动势和内阻；⑩练习使用多用电表；⑪传感器的简单使用．高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，来完成新的实验设计．设计型实验的考查将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查．应考策略 1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析．第1课时力学实验与创新考向1 探究弹力和弹簧伸长量的关系例1(2014·新课标Ⅱ·23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系．实验装置如图1所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.图1P1P2P3P4P5P6x0(cm) 2.04 4.06 6.068.0510.0312.01x(cm) 2.64 5.267.8110.3012.9315.41n 102030405060k(N/m)16356.043.633.828.81k(m/N)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)(2)以n为横坐标，1k为纵坐标，在图2给出的坐标纸上画出1k—n图像．图2(3)图2中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k＝________N/m ；该弹簧的劲度系数k 与其自由长度l 0(单位为m)的关系表达式为k ＝________ N/m.解析 (1)根据胡克定律有mg ＝k (x －x 0)，解得k ＝mgx －x 0＝0.100×9.80 5.26－ 4.06×10－2 N/m ≈81.7 N/m ，1k ≈0.012 2 m/N.(2)1k－n 图像如图所示(3)根据图像可知，k 与n 的关系表达式为k ＝1.75×103nN/m ，k 与l 0的关系表达式为k ＝3.47l 0N/m.答案 (1)81.7 0.012 2 (2)见解析图(3)1.75×103n (在1.67×103n ～1.83×103n 之间均可) 3.47l 0(在3.31l 0～3.62l 0之间均可)以题说法 实验数据处理方法：(1)列表法将测得的实验数据填入设计好的表格之中，可以分析两物理量间的定性关系．(2)图象法根据记录的实验数据在直角坐标系内进行作图．若是曲线应平滑，若是直线要让尽量多的点过直线．或在直线两侧均匀分布． (3)函数法往往是根据图象得到物理量间的函数关系方程式．如图3为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺．现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表： 图3钩码数n 0 1 2 3 4 5 刻度尺读数x n (cm)2.624.175.707.228.8410.4309.8 m/s 2.请回答下列问题：(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k ＝____ N/m.(结果保留两位有效数字)(2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量，测量的弹簧劲度系数k 的值与真实值相比较____________(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)．答案 (1)32 (2)没有影响解析 (1)根据胡克定律k (x －x 0)＝nm 0g ，代入数据求k ，再求平均得k ＝32 N/m ；(2)因在计算弹力时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了，故弹簧自身有重量对测量值没有影响．考向2 验证力的平行四边形定则例2 (2014·江苏·11)小明通过实验验证力的平行四边形定则．(1)实验记录纸如图4所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点．三个力的大小分别为：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和F3＝4.25 N．请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力．图4(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果．他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响．实验装置如图5所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物．用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹．重复上述过程，再次记录下N的轨迹．图5两次实验记录的轨迹如图6所示．过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力F a、F b的大小关系为________．图6(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？________(填写选项前的字母)A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项．解析(1)作出的图示如图所示．(2)重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即F a＝F b.(3)根据题图可知，选项B、D正确，选项A、C错误．(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差．答案(1)见解析图(F合＝4.6～4.9 N都算对)(2)F a＝F b(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)以题说法 1.本实验考查的重点是“力作用效果的等效性”．2．对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点．有同学利用如图7所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码的个数读出三根绳子的拉力F T OA、F T OB 和F T OC，回答下列问题：图7(1)改变钩码个数，实验能完成的是________．A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数，N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在拆下钩码和绳子前，应该做好三个方面的记录：____________________________________________________________________ ____；____________________________________________________________________ ____；____________________________________________________________________ ____.答案(1)BCD (2)标记结点O的位置钩码的个数N1、N2、N3OA、OB、OC三段绳子的方向解析(2)为验证平行四边形定则，必须通过作受力图．所以先明确受力点，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示．因此要做好记录，需从力的三要素角度出发：需记录O点的位置；钩码的个数N1、N2、N3；拉力F T OA、F T OB、F T OC的方向．考向3 探究加速度与力、质量的关系例3如图8所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系”的实验装置图．图中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于一端带有定滑轮的足够长的木板上，P的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与滑轮之间的摩擦．图8(1)下列说法正确的是( )A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B．实验时应先接通电源后释放小车C．实验中m2应远小于m1D．测力计的读数始终为m2g2(2)如图9为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出．由此可求得小车的加速度的大小是________ m/s2.(交流电的频率为50 Hz，结果保留二位有效数字)图9(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图象，可能是下列哪个选项中的图象( )解析 (1)该实验要平衡摩擦力，故A 错误；拉力可由测力计示数获得，故不要求重物质量远小于小车质量，故C 错误；由于重物向下加速运动，由牛顿第二定律：m 2g －2F ＝m 2a ，解得：F ＝m 2g －m 2a2，故D 错误；故选B.(2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx ＝aT 2，有：a ＝0.50 m/s 2.(3)若没有平衡摩擦力，则当0＜F ≤F f 时，a ＝0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，所以该同学测得的a －F 图象可能是选项C 中的图象． 答案 (1)B (2)0.50 (3)C以题说法 新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、验证牛顿第二定律、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律．这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用． 1．由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为Δt ＝0.02×5 s＝0.1 s. 2．求解瞬时速度利用做匀变速直线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10所示，打n 点时的瞬时速度v n ＝x n ＋x n ＋12T图103．用“逐差法”求加速度如图11所示，a ＝x 4＋x 5＋x 6－x 1＋x 2＋x 33T2图11有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d )通过光电门的时间Δt 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v ＝dΔt.(2)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.某同学利用如图12甲所示装置来研究加速度与力的关系．他将光电门1和2分别固定在长木板的A 、B 两处，换用不同的重物通过细线拉同一小车(小车质量约为200克)，每次小车都从同一位置由静止释放． 图12(1)长木板右端垫一物块，其作用是用来_______________________； (2)用游标卡尺测得遮光条的宽度为________ cm ；(3)对于所挂重物的质量，以下取值有利于减小实验误差的是________．(填选项前字母)A ．1克B ．5克C ．10克D ．40克(4)现用该装置来探究功与速度变化的关系，关闭光电门2，测出多组重物的质量m 和对应遮光条通过光电门1的时间Δt ，通过描点作出线性图象，应作出________图象．(填选项前字母) A ．Δt －m B ．Δt 2－m C ．m －1Δt D ．m －1Δt2答案 (1)平衡摩擦力 (2)0.52 (3)BC (4)D解析 (1)长木板右端垫一物块，调整后可以使小车的下滑分力与受到的摩擦力平衡．(2)从游标卡尺读出：5 mm ＋2×0.1 mm＝5.2 mm ＝0.52 cm.(3)应使拉力远小于小车的重力，这时拉力才接近重物的重量，但如果选A ，由于拉力太小，不容易观察，因此不能选A ，只能选B 、C.(4)实际验证的是mgh ＝12Mv 2，而v ＝dΔt ，由于做出的图象为直线，因此应该做出m －1Δt 2图象．考向4 探究动能定理例4 (2014·天津·9(2))某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图13所示． 图13①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些________．②实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)． A ．避免小车在运动过程中发生抖动B ．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C ．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D ．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力③平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度．②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确．③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)．④当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．答案①刻度尺、天平(包括砝码) ②D③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD 以题说法明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似，可以进行知识与方法的迁移．学会利用所学知识，对实验器材或实验方法加以重组，完成新的实验设计．在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图14所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：图14(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点．(2)测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后__________，打出一条纸带，关闭电源．(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图15所示，在纸带上按打点先后顺序依次取O、A、B、C、D、E等多个计数点，各个计数点到O点间的距离分别用h A、h B、h C、h D、h E、……表示，则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为____________________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为______________．图15(4)某同学以A 点为起始点，以A 点到各个计数点动能的增量ΔE k 为纵坐标，以A 点到各个计数点拉力对小车所做的功W 为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是__________________________．答案 (1)间距相等 (2)释放小车 (3)M h E －h C28T2F (h D －h A ) (4)外力所做的功等于物体动能的变化量解析 (1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时，小车做匀速直线运动，受力平衡．(2)在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车．(3)D 点的瞬时速度等于CE 段的平均速度，即v D ＝h E －h C 2T，故打下D 点时的动能为E k D ＝12Mv 2D ＝Mh E －h C28T2；拉力对小车做的功为W ＝F (h D －h A )．(4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45°，可得出方程式ΔE k ＝W ，故可得结论：外力所做的功等于物体动能的变化量． 考向5 验证机械能守恒定律例5 为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一套实验装置，如图16所示．当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01 ms.将具有很好挡光效果的宽度为d ＝3.8×10－3m 的黑色磁带贴在透明直尺上．实验时，将直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δt i 与图中所示的高度差Δh i ，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示(表格中M 为直尺质量，取g ＝9.8 m/s 2)． 图16Δt i (10－3s)v i ＝dΔt i(m·s －1)ΔE i ＝12Mv 2i－12Mv 21 Δh i (m) Mg Δh i1 1.21 3.132 1.15 3.31 0.58M 0.06 0.58M3 1.00 3.78 2.24M 0.23 2.25M4 0.95 4.003.10M0.32 3.14M 50.900.41(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用v i ＝Δt i求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是： ________________________________. (2)请将表格中的数据填写完整． (3)通过实验得出的结论是：________________________________________________.(4)根据该实验，请你判断下列ΔE k －Δh 图象中正确的是( )解析 (1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可利用v i ＝dΔt i求出．(2)第5点速度为v 5＝d Δt 5＝ 3.8×10－3m0.90×10－3s≈4.22 m/s. 从第5点到第1点间动能的增加量为ΔE k ＝12Mv 25－12Mv 21＝12×M ×(4.222－3.132)≈4.01M .从第5点到第1点间重力势能的减少量为ΔE p ＝Mg Δh 5＝M ×9.8×0.41≈4.02M .(3)从表中数据可知，在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量．(4)根据动能定理可知：Mg Δh ＝ΔE k ，故ΔE k －Δh 的图象是一条过原点的直线，故C 正确．答案 (1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度 (2)4.22 4.01M 4.02M(3)在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量 (4)C以题说法 本实验数据处理的方法方法1：利用起点和第n 点：验证gh n ＝12v 2n .方法2：任取较远两点A 、B ：验证gh AB ＝12v 2B －12v 2A .方法3：图象法．如图17甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德(G·Atwood 1746－1807)创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示． 图17(1)实验时，该同学进行了如下操作：①将质量均为M (A 的含挡光片、B 的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出________________(填“A 的上表面”、“A 的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h .②在B 的下端挂上质量为m 的物块C ，让系统(重物A 、B 以及物块C )中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt .③测出挡光片的宽度d ，计算有关物理量，验证机械能守恒定律． (2)如果系统(重物A 、B 以及物块C )的机械能守恒，应满足的关系式为________________________(已知重力加速度为g )． (3)引起该实验系统误差的原因有_________________________________________________ (写一条即可)．(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A 、B 以及物块C )的机械能守恒，不断增大物块C 的质量m ，重物B 的加速度a 也将不断增大，那么a 与m 之间有怎样的定量关系？a 随m 增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：①写出a 与m 之间的关系式：____________________________________________ (还要用到M 和g )．②a 的值会趋于________．答案 (1)①挡光片中心(2)mgh ＝12(2M ＋m )(d Δt)2(3)绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等(4)①a ＝mg 2M ＋m ＝g2Mm＋1 ②重力加速度g解析 (1)、(2)需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离，系统的末速度为：v ＝dΔt，则系统重力势能的减少量ΔE p ＝mgh ，系统动能的增加量为：ΔE k ＝12(2M ＋m )v 2＝12(2M ＋m )(d Δt )2，若系统机械能守恒，则有：mgh ＝12(2M ＋m )(d Δt)2.(3)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验系统误差的原因可能有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等．(4)根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为mg ，则系统加速度为：a ＝mg2M ＋m ＝g2M m＋1，当m 不断增大，则a 趋于g .11．力学创新实验的分析技巧例6 (10分)用如图18所示实验装置测量滑块A 与木板间的动摩擦因数．长木板水平固定，细线跨过定滑轮与滑块A 、重锤B 相连．将细线拉直，测出B离地面的高度h ，将重锤从h 高处静止释放，B 落地后，测出A 在木板上滑动的距离x ；改变B 释放高度重复实验，实验数据如下表所示． 图18实验次数1 2 3 4 5 6 h /cm 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 x /cm14.722.430.337.644.952.4(1)若测得A 的质量m A ＝3 kg ，B 的质量m B ＝1 kg ，A 和B 间细线的长度L ＝112.0 cm ，木板的长度l ＝98.0 cm ，要达到实验目的，以上四个量中没有必要测量的是______(用物理量的符号表示)． (2)作出x 随h 变化的图象．(3)由图象并结合(1)中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为________． 思维导图解析 (1)由题意可知，B 距地面的高度h ，A 在木板上滑行的距离x ，A 、B 的质量m A 、m B .从静止释放让它们运动到B 着地，根据动能定理得： m B gh －μm A gh ＝12(m A ＋m B )v 2①从B 着地到A 停在木板上，根据动能定理得：12m A v 2＝μm A g (x －h )② 由①②解得：μ＝m B hm A ＋m B x －m B h③可知没有必要测量L 和l .(2)作出x 随h 变化的图象如图所示．(3)由③得：x ＝1＋μm Bμm A ＋m Bh根据数学知识得到图象中直线的斜率 k ＝1＋μm Bμm A ＋m B由图得：k ≈1.5代入数据得：1＋μ×1μ3＋1＝1.5解得μ＝0.2答案 (1)L 、l (2分) (2)见解析图(4分) (3)0.2(4分)(限时：8分钟，满分：10分)(2014·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19(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/s 2) 图19砝码质量/g50 100 150 弹簧长度/cm8.627.636.66②取下弹簧，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F 1＝mg ＝k (l 0－l 1)，加100 g 砝码时F 2＝2mg ＝k (l 0－l 2)，ΔF ＝F 2－F 1＝k (l 1－l 2)，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k ′≈50.5 N/m ，则劲度系数k ＝k ＋k ′2＝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＝E k ＝12mv 2，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.(限时：45分钟)1．(2014·全国大纲·22)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图1所示．拍摄时频闪频率是10 Hz ，通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x 1、x 2、x 3、x 4.已知斜面顶端的高度h 和斜面的长度s .数据如下表所示．重力加速度大小g ＝9.80 m/s 2. 图1单位：cm(1)物块的加速度a ＝________ m/s 2(保留3位有效数字) (2)因为________，可知斜面是粗糙的．答案 (1)4.30 (2)a <g h s＝5.88 m/s 2解析 (1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得x 3－x 1＝2a 1T 2 x 4－x 2＝2a 2T 2 a ＝a 1＋a 22又知T ＝1f＝0.1 s联立以上各式得a ≈4.30 m/s 2(2)如果斜面光滑，根据牛顿第二定律得，物体下滑的加速度a ′＝g sin θ＝g hs＝5.88 m/s 2，因为a ′>a ，所以斜面是粗糙的． 2．(2014·浙江·21)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图2连接起来进行探究． 图2(1)某次测量如图3所示，指针示数为________ cm. 图3(2)A 、B 的示数L A 和L B 如表所示．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________ N/m(重力加速度g ＝10 m/s 2)．由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数．答案 (1)16.00(有效数字位数正确，15.96～16.05均可) (2)12.45(12.20～12.80均可) 能解析 (1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一位，故指针的示数为16.00 cm.(2)当A 弹簧的弹力为F A 1＝0.50 N 、F A 2＝1.00 N 、F A 3＝1.50 N 、F A 4＝2.00 N 时，弹簧长度L A 1＝15.71 cm 、L A 2＝19.71 cm 、L A 3＝23.66 cm 、L A 4＝27.76 cm ，根据ΔF ＝k Δx 得k 1＝12.50 N/m 、k 2＝12.66 N/m 、k 3＝12.20 N/m ，所以弹簧Ⅰ的劲度系数k ＝k 1＋k 2＋k 33＝12.45 N/m.根据表可以计算出弹簧Ⅱ每次的伸长量Δx ′，也可以根据ΔF ＝k ′Δx ′计算弹簧Ⅱ的劲度系数(劲度系数的计算也可以通过做F —x 图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)．3．如图4甲是“验证力的平行四边形定则”的实验装置．实验操作如下： 图4(1)弹簧测力计A 挂于固定点P ，下端用细线挂一重物M ，测量________并记录为F .(2)弹簧测力计B 的一端用细线系于O 点，手持另一端水平向左拉，使结点O 静止在某位置(如图甲)，此时需记下结点O 的位置和两测力计的示数F 1、F 2以及________．(3)某同学已在图乙纸上作出F 1、F 2的图示，请根据力的平行四边形定则作出F 1、F 2的合力F ′.(4)改变两细线的夹角，重复做几次实验．若F ′的方向近似在________方向上，且大小近似等于F ，则平行四边形定则得以验证．答案 (1)M (重物)的重力 (2)细线Oa 、Ob 、Oc 的方向(或三段细线的方向) (3)如图所示 (4)竖直解析 (1)两个弹簧测力计的合力等于悬挂重物的重力，需要先测量出悬挂重物M 的质量，便于求出该重物的重力．(2)记录下细线Oa 、Ob 、Oc 的方向作为两个弹簧测力计拉力和悬挂重物重力的方向．(4)F ′方向与悬挂重物的重力方向应该在同一直线上，即竖直方向．4．(2014·新课标Ⅰ·22)某同学利用图5(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量m 的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g ，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，。
高考物理二轮专题复习：力学实验与创新课件
第2轮 物理(全国版)
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(3)拉细线时，细线要平行于桌面，两细线的夹角不宜太大，也不宜太小．
导 (ⅱ)F合的大小为________ N，F合与拉力F的夹角的正切值为___________.
(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； B．第一次实验时，两细线的夹角应越大越好
01
知识规律链接
航 (ⅱ)F合的大小为________ N，F合与拉力F的夹角的正切值为___________.
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第一部分 专题突破
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第一部分 专题突破
分类 实验名称
装置图
验证力的 平行四边 验 形定则 证 性 实 验 验证牛顿 运动定律
第2轮 物理(全国版)
常考要点 ①考读数：弹簧测力计示数 ②考操作：两次拉橡皮筋时需将结点O拉 到同一位置 ③求合力：根据分力F1、F2的大小与方向 用作图法求合力 ①考装置：器材装配正误；平衡摩擦力的 方法、标准；质量控制要求 ②控制变量法的应用 ③图象的处理以及实验的注意事项 ④判成因：给异常a－F图象，判断其可能 成因
两细线的夹角不宜太大，也不宜太小 7 cm，则该地的重力加速度大小为g＝________m/s2.
02
命题热点突破
A．L1
B．L2
两细线的夹角不宜太大，也不宜太小
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________.
【步步高】(全国通用)2015届高考物理大二轮专题复习 考前增分练 实验题专练部分 力学实验的设计与探究
【步步高】（全国通用）2015届高考物理大二轮专题复习考前增分练实验题专练部分力学实验的设计与探究(限时：45分钟)1．某同学用如图1所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”．三条细绳结于O点分别与两弹簧测力计和钩码相接．图1(1)实验步骤如下：A．弹簧测力计A挂于固定在竖直木板上的P点；B．结点O下的细绳挂钩码C；C．手持弹簧测力计B缓慢向左拉，使结点O静止在某位置；D．记下钩码的质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、记录________________________________________________________________________．(2)在实验过程中，下列哪些情况会对实验结果产生误差？________(选填选项前的字母) A．木板不竖直B．A弹簧测力计外壳的重力C．B弹簧测力计的拉力方向没有保持水平D．改变弹簧测力计B的拉力进行多次实验时，结点O的位置发生变化(3)某次实验中．该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出解决问题的一个办法________________________________________________________________________．答案(1)三条细线(拉力)的方向(2)A(3)减小弹簧测力计B的拉力；或减小钩码C的质量；或减小AO与BO之间的夹角解析(1)矢量和不仅与大小有关，与方向也有关，所以得记下钩码的质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、还有记录三条细绳(拉力)的方向．(2)木板不竖直时，钩码和木板间有摩擦力会产生误差；B、C对实验无影响；结点O的位置发生变化是一种错误操作．2．在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中．图2(1)某同学采用如图2所示的装置进行试验，________(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力，________(选填“需要”或“不需要”)测量小车的质量．(2)该同学在研究小车运动时打出了一条纸带，如图3所示．在纸带上，连续5个点为一个计数点，相邻两个计数点之间的距离见下表，并画出对应的图线(其中横坐标数值表示第几个0.1 s，纵坐标对应的是该0.1 s内物体的位移)如图4所示．则小车的速度随时间________(选填“是”或“不是”)均匀变化；整个过程中小车的平均加速度为________ m/s2.(保留两位有效数字)图3图4答案(1)解析(1)本实验的目的是探究小车速度随时间的变化规律，故不需要平衡摩擦力，也不需要测量小车的质量．(2)由题图知，小车的速度随时间是均匀变化的，可求小车的加速度x6－x1＝5aT2，解得加速度a≈1.0 m/s2.3．某课外兴趣小组利用如图5所示的实验装置研究“加速度与合外力的关系”．图5(1)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是( )A．不挂钩码，放开没有纸带的小车，能够自由下滑即可B ．不挂钩码，轻推没有纸带的小车，小车能够匀速下滑即可C ．不挂钩码，放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D ．不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可(2)该小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度a 与细线上拉力F 的关系，下列图象中能正确表示该同学实验结果的是________．(3)在上述实验中打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，某次实验中一段纸带的打点记录如图6所示，则小车运动的加速度大小为____ m/s 2.(保留3位有效数字)图6答案 (1)D (2)A (3)7.50解析 (1)平衡摩擦力时，使重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够做匀速直线运动，则摩擦力得到平衡．选D.(2)因为拉力是由传感器测出，已经平衡了摩擦力，则加速度与拉力的关系图线是过原点的倾斜直线，即加速度与拉力成正比．选A. (3)根据Δx ＝aT 2，运用逐差法得，a ＝x CE －x AC 4T2＝7.50 m/s 2. 4．某兴趣小组的实验装置如图7所示，通过电磁铁控制的小球从A 点自由下落，下落过程中经过光电门B 时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t ，测出A 、B 之间的距离h .实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．图7(1)若用该套装置验证机械能守恒，已知重力加速度为g ，还需要测量的物理量为________． A ．A 点与地面间的距离H B ．小球的质量mC ．小球从A 到B 的下落时间t ABD ．小球的直径d(2)用游标卡尺测得小球直径如图8所示，则小球直径为________ cm ，某次小球通过光电门毫秒计数器的读数为3 ms ，则该次小球通过光电门B 时的瞬时速度大小为v ＝________ m/s.图8(3)若用该套装置进行“探究做功和物体速度变化关系”的实验，大家提出以下几种猜想：W ∝v ；W ∝v 2；W ∝v …….然后调节光电门B 的位置，计算出小球每次通过光电门B 的速度v 1、v 2、v 3、v 4…，并测出小球在A 、B 间的下落高度h 1、h 2、h 3、h 4…，然后绘制了如图9所示的h－v 图象．若为了更直观地看出h 和v 的函数关系，他们下一步应该重新绘制( )图9A ．h －v 2图象 B ．h －v 图象 C ．h －1v图象 D ．h －1v图象答案 (1)D (2)1.14 3.8 (3)A解析 (1)根据机械能守恒定律知，需要知道速度和物体下落的高度，故选项D 正确． (2)游标卡尺是10分的，故游标卡尺的的读数为1.14 cm ，由平均速度来表示瞬时速度，故v＝d t＝3.8 m/s.(3)由于图中曲线是开口向上的抛物线，故由数学知识可以猜到h －v 2关系，故选项A 正确． 5．(2014·河南豫东豫北名校五模)小宇同学看见一本参考书上说“在弹性限度内，劲度系数为k 的弹簧，形变量为x 时的弹性势能为E p ＝12kx 2”，为了验证该结论，他分别设计了下面的三个实验(重力加速度用g 表示)：实验一：如图10甲所示，在竖直挂着的弹簧下端挂上一个质量为m 的小球，测得其静止后弹簧的形变量为d ；实验二：如图乙所示，将同一根弹簧竖直固定在水平桌面上，并把同一个小球置于弹簧上端，在弹簧外侧套一根带插销孔的内壁光滑的透明长管，将弹簧压缩后用插销锁定，测出弹簧压缩量为x .拔掉插销解除锁定后，弹簧将小球弹起，测出小球上升的最大高度为H ； 实验三：如图丙所示，将这根弹簧置于光滑水平桌面上，一端固定，另一端通过前面的小球将弹簧压缩x 后释放，测得桌面高度为h ，小球最终落点与桌面边沿的水平距离为L .图10(1)由实验一测得该弹簧的劲度系数k ＝________；(2)若E p ＝12kx 2成立，则实验二中测出的物理量x 与d 、H 的关系式是x ＝________________；(3)若E p ＝12kx 2成立，则实验三中测出的物理量x 与d 、h 、L 的关系式是x ＝________________.答案 (1)mg d (2)2Hd (3)Ld 2h解析 (1)如题图甲所示，在竖直挂着的弹簧下端挂上一个质量为m 的小球，测得其静止后弹簧的形变量为d ，根据二力平衡得：F ＝mg ＝kdk ＝mg d.①(2)拔掉插销解除锁定后，弹簧将小球弹起，测出小球上升的最大高度为H ，若E p ＝12kx 2成立，根据小球和弹簧系统机械能守恒列出等式E p ＝12kx 2＝mgH ②由①②解得x ＝2Hd .(3)将弹簧压缩x 后释放，小球初动能E k1＝0， 小球离开桌面后，以初速度v 0做平抛运动，则有L ＝v 0t h ＝12gt 2可得v 0＝L g 2h弹簧的弹性势能转化为小球的动能，所以E p ＝12kx 2＝12mv 20解得x ＝Ld 2h. 6．某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了如图11所示甲、乙两套装置，图中A 为小车，B 为打点计时器，C 为弹簧测力计，P 为小桶(内有沙子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置．图11(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦，小组成员认为：①甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小；②乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小．请判断两种分析是否正确，若不正确，请指明并简要说出不正确的原因．__________________________________.(2)选择了上述一种合理的方法后，要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还必需的两个实验仪器是________________、________________.(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大，在长木板保持水平的情况下，请你利用该装置测出小车受到的阻力，其方法是____________________________________． (4)在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，某同学打出的一段纸带如图12所示，O 、A 、B …F 为打点计时器连续打出的计时点，根据图中数据求出小车运动时与纸带上E 点相对应的瞬时速度v E ＝________ m/s.(结果保留3位有效数字)图12答案 (1)①的说法是正确的；②的说法不正确，因为当小车加速运动时，要考虑滑轮的质量，小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍 (2)刻度尺 天平(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小 (4)1.39解析 (1)在题图甲中，小车的拉力等于弹簧秤的拉力，在题图乙中，考虑到动滑轮的质量m ，设弹簧秤的拉力为F ，小车对滑轮的拉力为F T ，则2F －F T ＝ma ，知小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍．(2)该实验要计算出小车的动能，要测量小车的质量，所以需要天平；要测量纸带计时点之间的长度，还需要刻度尺．(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小．(4)E 点的速度等于DF 段的平均速度v E ＝x DF2T ＝－－20.04m/s ＝1.39 m/s.7．研究性学习小组为“研究匀变速直线运动的规律”和“测当地的重力加速度”，采用了如图13所示的装置，其中m 1＝50 g 、m 2＝150 g ，开始时保持装置静止，然后释放物块m 2，m 2可以带动m 1拖着纸带打出一系列的点，只要对纸带上的点进行测量，即可研究匀变速直线运动．某次实验打出的纸带如图14所示，0是打下的第一个点，两相邻点间还有4个点没有标出，交流电频率为50 Hz.图13图14(1)系统的加速度大小为________ m/s 2，在打点0～5的过程中，系统动能的增量ΔE k ＝________ J.(2)忽略一切阻力的情况下，某同学作出的v 22－h 图象如图15所示，则当地的重力加速度g ＝________ m/s 2.图15答案 (1)4.8 0.576 (2)9.6解析 (1)据题意，从纸带可以求出系统的加速度：x 56－x 45＝aT 2，而相邻计数点之间时间间隔为：T ＝0.1 s ，则加速度为：a ＝4.8 m/s 2，在打点0～5的过程中，系统动能的增量为：ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 25，计数点5的瞬时速度为：v 5＝x 462T＝2.4 m/s ，则ΔE k ＝0.576 J. (2)据(m 2－m 1)gh ＝12(m 1＋m 2)v 25，整理得：v 252＝m 2－m 1gh m 1＋m 2，则图象斜率为：k ＝m 2－m 1g m 1＋m 2＝7.21.5＝4.8，重力加速度为：g ＝9.6 m/s 2. 8．(2014·山东省济南市二模)为了测量木块与木板间动摩擦因数μ，某小组使用位移传感器设计了如图16甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A 由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离．位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x 随时间t 的变化规律，如图乙所示．图16(1)根据上述图线，计算0.4 s时木块的速度v＝________ m/s，木块加速度a＝________ m/s2；(2)为了测定动摩擦因数μ，还需要测量的量是________；(已知当地的重力加速度g)(3)为了提高木块与木板间动摩擦因数μ的测量精度，下列措施可行的是________．A．A点与传感器距离适当大些B．木板的倾角越大越好C．选择体积较大的空心木块D．传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻答案(1)0.4 1 (2)斜面倾角(或A点的高度) (3)A解析(1)0.4 s时木块的速度等于0.2 s～0.6 s内的平均速度，即v＝－0－20.6－0.2m/s＝0.4 m/s；根据Δx＝aT2，可求出木块的加速度a＝－－－－20.22m/s2＝1 m/s2.(2)根据mg sin θ－μmg cos θ＝ma，可知测出倾斜角或A点的高度算出倾斜角．(3)当A点与传感器距离适当大些，可测出多组数据，求平均值，能提高测量精度，A正确；倾斜角越大，测得的数据越少，不利于提高测量精度，B错误；若选择体积较大的空心木块，在下降过程中，受空气阻力变大，影响了动摩擦因数的测量，C错误；传感器开始计时的时刻不一定是从A点释放的时刻，只要根据中间一段的Δx＝aT2，就可算出加速度，D错误．【解题方法技巧】力学实验的复习策略——强化总结提升能力力学实验部分在高考中常以运动的研究为载体，考查速度、加速度等物理量的测量，或考查力学规律的验证与探究，同时实验原理的理解、实验数据的处理、实验误差的分析仍然是高考考查的重点与热点．高考力学实验题大部分是从课本中的学生实验变形而来．我们首先要掌握课本要求的基本的实验原理和方法，在复习中要善于找出不同实验在知识或能力要求上的共性和个性．如：验证机械能守恒定律实验、验证牛顿第二定律实验、研究匀变速直线运动实验在原理、操作、数据分析等要求上有很多共同点；验证型实验就是在一定的条件下测量出相关物理量并判断规律是否成立，而探究型实验本质是验证型实验，只不过需要先进行物理上的推导或猜想．。
高考物理二轮复习 专题七 实验技能与创新 力学实验与创新训练
1-7-14 力学实验与创新课时增强训练1．(2018·山东菏泽一模)(6分)某同学利用如图甲所示的实验装置研究“物体的加速度与合外力的关系”，详尽实验步骤以下：A．按图示装置安装器材；B．调治长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且使小车上的挡光板经过两个光电门的时间相等；C．取下细绳和砂桶，测量砂桶和砂子的总质量m并记录；D．把小车置于凑近滑轮的地址，由静止释放小车，记录小车先后经过光电门1和光电门2时显示的时间；E．重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复B～D步骤。
(1)如图乙所示，用游标卡尺测量挡光片的宽度d＝__________。
(2)以下有关本实验的说法正确的选项是__________。
A．砂桶和砂子的总质量必定远小于小车的质量B．小车的质量必定远小于砂桶和砂子的总质量C．平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶D．平衡摩擦力时不需要取下细绳和砂桶(3)若挡光片的宽度为d，光电门1、光电门2之间的距离为l，显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度为__________。
[解析] (1)主尺读数为0.6 cm，游标尺读数为15×0.05 mm＝0.75 mm＝0.075 cm，故挡光片宽度为0.675 cm。
(2)因实验操作中，平衡摩擦力时，小车在细绳的拉力作用下做匀速直线运动，而取下细绳和砂桶后，小车沿木板做匀加速直线运动，小车所受合外力等于砂桶及砂子的总重力，则解析各选项可知只有D正确。
(3)由⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12＝2al ，可知a ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 122l 。
[答案] (1)0.675 cm (2)D (3)⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 122l2．(2017·湖北七市三月模拟)某同学为了研究杆转动时的动能表达式，设计了以下列图的实验：质量为m 的平均长直杆一端固定在圆滑转轴O 处，杆由水平川址静止释放，用光电门测出另一端A 经过某地址时的瞬时速度v A ，并记下该地址与转轴O 的高度差h 。
大二轮高考总复习物理文档力学实验与创新专题强化训练含答案
专题强化训练(十四) 力学实验与创新1．(2017·成都外国语学校月考)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz ，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离补全填入下列表格中．(1)(2)小车通过计数点“2”的瞬时速度为v 2＝________ m /s ，小车的加速度是a ＝________ m/s 2．解析：d 2＝5.40 cm ；d 3＝12.00 cm ；v 2＝x 132T ＝d 2－d 12T ＝(5.40－1.20)×10－20.2m /s ＝0.21 m/s Δx ＝x 35－x 13＝6.60 cm －4.20 cm ＝2.40 cm ；T ′＝0.2 s ，故a ＝Δx T ′2＝2.40×10－20.22m /s 2＝0.60 m/s 2 答案：(1)5. 40、12.00(12.01及12.02均可)(2)0.21、0.60(0.605及0.61均可)2．(2017·哈尔滨第六中学高三模拟)(1)用游标卡尺测出某圆柱体的直径为8.05 cm ，则使用的是________分度的游标卡尺(选填“10”、“20”或“50”)．(2)关于图示力学实验装置，下列说法中正确的是________．A．用此装置“研究匀变速直线运动”时不需要平衡摩擦力B．用此装置“探究小车的加速度与外力的关系”时，若用钩码的重力代替细线对小车的拉力，应保证钩码质量远小于小车质量C．用此装置“探究功与速度变化的关系”时，将长木板远离滑轮一端适当垫高，且小车未拴细线，轻推小车后，通过纸带分析若小车做匀速运动，即实现平衡摩擦力解析：(1)用游标卡尺测出某圆柱体的直径为8.05 cm，小数部分的读数为0.5 mm，则使用的是10分度的游标卡尺；(2)用此装置“研究匀变速直线运动”时不需要平衡摩擦力，选项A正确；用此装置“探究小车的加速度与外力的关系”时，若用钩码的重力代替细线对小车的拉力，应保证钩码质量远小于小车质量，选项B正确；用此装置“探究功与速度变化的关系”时，将长木板远离滑轮一端适当垫高，且小车未拴细线，轻推小车后，通过纸带分析若小车做匀速运动，即实现平衡摩擦力，选项C正确；故选ABC．答案：(1)10(2)ABC3．(2017·山西高三考前测试)某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧秤通过细线悬吊一个钩码，当钩码静止时，弹簧秤的示数为2.00 N；再用两个弹簧秤a和b通过两根细线互成角度将该钩码悬吊，其中a所拉细线方向水平(如图1)，当钩码静止时，b的示数如图2所示．(1)b的示数为________N，a的拉力为________ N．(2)保持a及其拉的细绳方向不变，将b及其拉的细绳方向沿逆时针在图示平面缓慢转至竖直方向的过程中，b的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)．解析：(1)由图2可知弹簧秤的最小刻度为0.1 N，估读到下一位0.01 N，则b的拉力为2.50 N；对O点分析受三个力而平衡，根据勾股定理可求得F a＝F2b－(mg)2≈1.50 N．(2)以结点O 为研究对象，分析受力情况：重力G 、F b 和F a ，作出受力图，并作出BO 绳在不同位置的力的合成图．由图可以看出，在测力计b 自图所示沿逆时针方向缓慢转至竖直位置的过程中，BO 的拉力一直减小，当两根绳相垂直时，BO 的拉力最小，故b 的示数变小．答案：(1)2.50 1.50(1.48～1.52) (2)变小4．(2017·合肥市第一中学高三月考)某小组测量木块与木板间动摩擦因数，实验装置如图甲所示．(1)测量木块在水平木板上运动的加速度a ，实验中打出的一条纸带如图乙所示，从某个清晰的点O 开始，每5个打点取一个计数点，依次标出1、2、3……，量出1、2、3……点到O 点的距离分别为s 1、s 2、s 3……，从O 点开始计时，1、2、3……点对应时刻分别为t 1、t 2、t 3……，求得v 1＝s 1t 1，v 2＝s 2t 2，v 3＝s 3t 3，……，作出v －－t 图象如图丙所示，图线的斜率为k ，截距为b ，则木块的加速度a ＝________；b 的物理意义是___________．(2)实验测得木块的加速度为a ，还测得钩码和木块的质量分别为m 和M ，已知当地重力加速度为g ，则动摩擦因数μ＝______________．(3)关于上述实验，下列说法错误的是______________．A ．木板必须保持水平B ．调整滑轮高度，使细线与木板平行C ．钩码的质量应远小于木块的质量D ．纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素解析：(1)图线纵轴截距是0时刻对应的速度，即表示O 点的瞬时速度．各段的平均速度表示各段中间时刻的瞬时速度，以平均速度v －为纵坐标，相应的运动时间t 的一半为横坐标，即v －－t 2的图象的斜率表示加速度a ，则v －-t 图象的斜率的2倍表示加速度，即a ＝2k ． (2)对木块、钩码盘和钩码组成的系统，由牛顿第二定律得：mg －μMg ＝(M ＋m )a ，解得：μ＝mg －(m ＋M )a Mg； (3)木板必须保持水平，则压力大小等于重力大小，故A 正确；调整滑轮高度，使细线与木板平行，拉力与滑动摩擦力共线，故B 正确；钩码的质量不需要远小于木块的质量，因选取整体作为研究对象的，故C 错误；纸带与打点计时器间的阻力是产生误差的一个因素，故D 正确；答案：(1)2k O 点的平均速度 (2)mg －(m ＋M )a Mg(3)C 5．(2017·厦门市高中质检)探究“做功和物体速度变化的关系”实验装置如图甲所示，图中是小车在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．小车实验中获得的速度v ，由打点计时器所打点的纸带测出，橡皮筋对小车做的功记为W ；实验时，将木板左端调整到适当高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．请回答下列问题：当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……多次实验．请回答下列问题：图甲图乙(1)除了图甲中已给出器材外，需要的器材还有：交流电源、________________；(2)如图乙中，是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点，打点的时间间隔为0.02 s ，则小车离开橡皮筋后的速度为_________m/s(保留两位有效数字)．(3)将几次实验中橡皮筋对小车所做的功W 和小车离开橡皮筋后的速度v ，进行数据处理，以W 为纵坐标，v 或v 2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是__________．解析：(1)需要的器材除了交流电源外，还有刻度尺；(2)小车离开橡皮筋后的速度为v ＝7.2×10－30.02m /s ＝0.36 m/s (3)因W ＝12m v 2，故以W 为纵坐标，v 或v 2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是AD ．答案：(1)毫米刻度尺 (2)0.36 (3)AD6．(2017·遂宁市高三三诊)某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量动摩擦因数．将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端B 处固定一个光电门以测量滑块通过该处时的速度，实验时滑块由距地面h 高的A 处静止释放，测出滑块滑到B 点的速度v .改变垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点A 到B 点的水平距离(即B 、C 间的距离)L ＝0.8 m 不变．重复实验，最后做出如图乙所示的h -v 2图象．(1)木板倾斜程度更大时，为了保证L 不变，滑块下滑到底端B 点的位移将________．(填“变大”、“变小”或“不变”)(2)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝__________；(3)若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将________．(填“变大”、“变小”或“不变”)解析：(1)根据几何关系得出滑块下滑到底端B 点的位移x ＝L cos θ，木板倾斜程度更大时，为了保证(即B 、C 间的距离)L ＝0.8 m 不变，滑块下滑到底端B 点的位移将变大．(2)根据h -v 2图象得v ＝0时h ＝0.2，即此时滑块处于平衡状态，根据牛顿第二定律得μmg cos θ＝mg sin θ解得μ＝tan θ＝0.20.8＝0.25． (3)若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，根据动能定理得mgh －μmg cos θ×L cos θ＝12m v 2，解得h ＝v 22g＋μL ，所以若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将不变．答案：(1)变大 (2)0.25 (3)不变7．(2017·哈尔滨二模)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，A 、B 同学设计了如图甲所示的实验装置．其中小车的质量为M ，沙和沙桶的质量为m ，与小车相连的滑轮的质量为m 0.力传感器可测出轻绳中的拉力大小，重力加速度为g .实验时先平衡摩擦力．(1)A 同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz 的交流电，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s 2(结果保留三位有效数字)．(2)A 同学以力传感器的示数F 为纵坐标，加速度a 为横坐标，画出的F -a 图象如图丙所示，求得图线的斜率为k ，则小车的质量M ＝________(用所给物理量的符号表示)．(3)B 同学也以力传感器的示数F 为纵坐标，加速度a 为横坐标，画出的F -a 图象如图丁所示，图线不过原点的原因可能是________________．(答一条即可)解析：(1)相邻两计数点间还有四个点没有画出，计数点间的时间间隔：t ＝0.02×5 s ＝0.1 s ，由匀变速直线运动的推论Δx ＝at 2可知，加速度为：a ＝x 4＋x 5＋x 6－x 3－x 2－x 1(3t )2＝ (7.30＋9.09＋10.89－5.51－3.71－1.90)×10－29×0.12m /s 2≈1.80 m/s 2； (2)小车所受合力是测力计示数的2倍，即：2F ，由牛顿第二定律可知：2F ＝(M ＋m 0)a ，则：F ＝M ＋m 02a ，F -a 图象的斜率：k ＝M ＋m 02，小车质量：M ＝2k －m 0；(3)由图丁知，F ＝0时，a ≠0，说明平衡摩擦力过度了．答案：(1)1.80 (2)2k －m 0 (3)平衡摩擦力过度8．(2017·安徽“江南十校”联考)在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率f ＝50 Hz ，某次实验选择一条较理想纸带，某同学用毫米刻度尺测量起始点O 依次到A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的距离分别记作x 1，x 2，x 3，x 4，x 5，x 6，并记录在下表中.(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是__________．A ．重锤的质量B ．重力加速度C ．重锤下降的高度D ．重锤的瞬时速度(2)该同学用重锤在OE 段的运动来验证机械能守恒定律．已知重锤的质量为1 kg ，当地的重力加速度g ＝9. 80 m/s 2.则此过程中重锤重力势能的减少量为______J ，而动能的增加量为______J ．(结果均保留3位有效数字)(3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a ，为了充分利用记录数据，尽可能减小实验操作和测量过程中的误差，他的计算式应为a ＝________，代入数据，求得a ＝________ m/s 2(结果保留3位有效数字)．因此，______(填“能”或“不能”)用v ＝gt 求重锤在E 点处的速度．解析：(1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是重锤下降的高度h ，因为要计算重力势能的减少量，故选项C 正确．(2)重锤从开始下落到E 点时，减小的重力势能ΔE p ＝mgx 5＝1×9.8×4.78×10－2J ＝0.468J ，E 点的瞬时速度v E ＝x 6－x 42T ＝(6.87－3.06)×10－22×0.02 m /s ＝0.9525 m/s ，从重锤下落到达E 点时增加的动能ΔE k ＝12m v 2E＝0.454 J ． (3)利用逐差法，s 1＝x 1，s 2＝x 2－x 1，s 3＝x 3－x 2，s 4＝x 4－x 3，s 5＝x 5－x 4，s 6＝x 6－x 5，则：a ＝s 6＋s 5＋s 4－(s 3＋s 2＋s 1)9T 2＝(x 6－2x 3)f 29，代入数据，求得a ＝9.58 m /s 2，由于a ＝9.58 m/s 2<g ，因此不能用v ＝gt 求重锤在E 点处的速度．答案：(1)C (2)0.468 0.454 (3)(x 6－2x 3)f 299.58 不能。
高考物理二轮复习 第一部分 专题七 实验技能与创 第1
考向一 游标卡尺和螺旋测微器的读数
研考向 融会贯通
提能力 强化闯关
限时 规范训练
考向一 1．游标卡尺的读数
[方法技巧]
考向二 考向三
游标尺(mm)
刻度格数
刻度总 每小格与1毫
长度
米差
精度 (mm)
测量结果(游标尺上第n个 刻线与主尺上的某刻度线 对正时)(mm)
10
9
0.1
0.1 主尺上读的毫米数＋0.1n
考向二
研考向 融会贯通
提能力 强化闯关
限时 规范训练
2.纸带的三大应用 考向一 (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
考向二
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
考向三 s＝0.10 s.
(2)求解瞬时速度
考向四
利用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
考向五 度求打某一点的瞬时速度．如图甲所示，第 n 点的瞬时速度 vn＝xn＋2xTn＋1.
考向二
研考向 融会贯通
提能力 强化闯关
限时 规范训练
考向一
考向二 考向三
(3)用“逐差法”求加速度
考向四
考向五
如图乙所示，因为 a1＝x43－T2x1，a2＝x53－T2x2，a3＝x63－T2x3， 所以 a＝a1＋a32＋a3＝x4＋x5＋x69－T2x1－x2－x3.
考向五 (1)2.500 (2)2.825(2.822～2.828 均对)
考向一
研考向 融会贯通
提能力 强化闯关
限时 规范训练
试题 解析
答案
(京津鲁琼专用)2020版高考物理大二轮复习专题七第1讲力学实验与创新练习(含解析)
力学实验与创新1. 如图所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m 的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_________________________________．(2)实验中需要测量的物理量有：________________________________．(3)为完成该实验，设计实验步骤如下：A ．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x ，F )对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B ．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l 0；C ．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D ．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E ．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F ．解释函数表达式中常数的物理意义；G ．整理仪器．请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：________________________________________________________________________. 解析：(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量；(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)；(3)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG.答案：(1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)CBDAEFG2．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 ＝50 Hz 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＝65.00 cm ，d 3＝19.00 cm ，物体的加速度a ＝________ m/s 2；(3)如果当时交变电流的频率f >50 Hz ，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（3×0.1 s ）2＝3.00 m/s 2.(3)如果在某次实验中，交流电的频率f >50 Hz ，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 3．在用如图所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度a 与合力F 的关系．(1)除了电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中必须使用的有________(选填选项前的字母)．A ．220 V 、50 Hz 的交流电源B ．电压可调的直流电源C ．刻度尺D ．秒表E ．天平(附砝码)(2)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是________．A ．调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行B ．在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上C ．在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上(3)某同学得到了如图所示的一条纸带，由此得到小车加速度的大小a ＝________ m/s 2.(4)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________(选填“系统误差”或“偶然误差”)．设拉力的真实值为F 真，小车的质量为M ，为了使mg －F 真F 真<5%，应当满足的条件是m M<________． 解析：(1)打点计时器接交流电源，处理纸带时要用刻度尺测出计数点间的距离，还要用到天平测砝码和砝码盘的质量，故选A 、C 、E.(2)在平衡摩擦力时，不能挂盘；要保证细线和纸带与木板平行，先接通电源，再释放小车，若纸带做匀速直线运动，则纸带上的点间距是均匀的，即说明平衡了摩擦力，故选A 、C.(3)由图知AC ＝6.40 cm ，CE ＝8.80 cm ，CE －AC ＝a (2T )2，得a ＝CE －AC 4T 2＝15 m/s 2. (4)小车在做匀加速直线运动时，砝码和砝码盘也在做匀加速直线运动，细线的拉力F 一定小于砝码和砝码盘的总重力mg ，此误差不可避免，为系统误差；小车与砝码和砝码盘都在做加速度为a 的匀加速直线运动，对砝码和砝码盘有mg —F 真＝ma ，对小车有F 真＝Ma ，代入mg －F 真F 真<5%，得m M<5%. 答案：(1)ACE (2)AC (3)15 (4)系统误差 5%4．某同学用如图甲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．(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N ，图乙中的示数为________N.(2)下列实验要求中不必要的是________．(填写选项前对应的字母，下同)A ．细线应尽可能长一些B ．应测量重物M 所受的重力C ．细线AO 与BO 之间的夹角应尽可能大于90°D ．改变拉力的大小与方向，进行多次实验，每次都要使O 点静止在同一位置(3)图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法正确的是________．A ．图中的F 是力F 1 和F 2 合力的理论值B ．图中的F ′是力F 1 和F 2 合力的理论值C ．F 是力F 1 和F 2 合力的实际测量值D ．本实验将细绳都换成橡皮条，同样能达到实验目的(4)本实验采用的科学方法是________．A ．理想实验法B ．等效替代法C ．控制变量法D ．建立物理模型法解析：(1)弹簧测力计每1 N 被分成10格，每一小格为0.1 N ，则弹簧测力计的读数为3.80 N ；(2)细线应尽可能长一些，能更加准确的记录力的方向；实验通过作出弹簧的弹力和重物的重力这三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道；细线AO 与BO 之间的夹角适当大一点，不一定必须大于90°；只要验证两弹簧测力计拉力的合力大小等于重物的重力，方向竖直向上即可，每次只需保证O 点保持静止即可，没必要每次都使O 点静止在同一位置；(3)在本实验中，按照平行四边形定则作出的合力F ′是力F 1 和F 2 合力的理论值，而用一个弹簧测力计拉出的力F 是F 1 和F 2 合力的实际测量值，本实验将细绳都换成橡皮条，同样能达到实验目的；(4)本实验采用的科学方法是等效替代法．答案：(1)3.80(3.79～3.81) (2)CD (3)BCD (4)B5．(2019·湖州模拟)某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了如下表的数据：(注：每条橡皮筋拉长的长度都一样)(1)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，在图乙中大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v关系的图象．(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是________．解析：(1)根据表中数据可知，橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大．据描点法可知，W与v的图线为抛物线，如图所示．(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是W∝v2.答案：(1)见解析图(2)W∝v26．利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验．(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________．A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量与势能变化量C．速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B 点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p ＝____________，动能变化量ΔE k ＝________．(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．A ．利用公式v ＝gt 计算重物速度B ．利用公式v ＝2gh 计算重物速度C ．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D ．没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O 的距离h ，计算对应计数点的重物速度v ，描绘v 2－h 图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确．解析：(1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A 项正确．(2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选A ，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选B ，根据mgh ＝12mv 2－0可将等式两边的质量抵消，不需要天平，不需用C. (3)重物的重力势能变化量为ΔE p ＝－mgh B ，动能的变化量ΔE k ＝12mv 2B ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2. (4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，C 正确．(5)该同学的判断不正确，在重物下落h 的过程中，若阻力f 恒定，根据mgh －fh ＝12mv 2－0，则v 2＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫g －f m h 可知，v 2－h 图象就是过原点的一条直线．要想通过v 2－h 图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g .答案：(1)A (2)AB (3)－mgh B 12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C －h A 2T 2(4)C (5)不正确，理由见解析 7．(2019·南宁模拟)如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图．实验步骤为：A ．在地面上依次铺白纸和复写纸．B ．确定重锤对应点O .C ．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P .D ．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑下，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M 和N .E ．用刻度尺测量OM 、OP 、ON 的长度．F ．看m 1OM ＋m 2ON 与m 1OP 是否相等，以验证动量守恒．上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤．________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析：为使小球离开轨道时的初速度相等，每次释放小球时应从同一高度由静止释放，故步骤D 不完善；两球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t 相等，若碰撞过程动量守恒，则有m 1v 1＝m 1v ′1＋m 2v ′2，两边同乘以t 得m 1v 1t ＝m 1v ′1t ＋m 2v ′2t ，即为m 1OP ＝m 1OM ＋m 2(ON －d )，故步骤F 错误．答案：D 不完善，小球1应从斜槽的同一高度由静止释放；F 错误，应验证m 1OP ＝m 1OM ＋m 2(ON －d )8．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：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．他设计的装置如图甲所示．在小车A 后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz ，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力．(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)．A 为运动的起点，则应选________段来计算A 碰前的速度．应选________段来计算A 和B 碰后的共同速度(以上两空选填“AB ”“BC ”“CD ”或“DE ”)．(2)已测得小车A 的质量m 1＝0.4 kg ，小车B 的质量为m 2＝0.2 kg ，则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.解析：(1)从纸带上打点的情况看，BC 段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC 段能较准确地描述小车A 在碰撞前的运动情况，应选用BC 段计算小车A 碰前的速度．从CD 段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE 段内小车运动稳定，故应选用DE 段计算A 和B 碰后的共同速度．(2)小车A 的碰撞前的速度v 0＝BC 5T ＝10.50×10－25×0.02m/s ＝1.050 m/s ， 小车A 在碰撞前的动量p 0＝m 1v 0＝0.4×1.050 kg ·m/s ＝0.420 kg ·m/s.碰撞后A 、B 的共同速度v ＝DE 5T ＝6.95×10－25×0.02m/s ＝0.695 m/s ， 碰撞后A 、B 的总动量p ＝(m 1＋m 2)v ＝(0.2＋0.4)×0.695 kg ·m/s ＝0.417 kg ·m/s. 答案：(1)BC DE (2)0.420 0.417。
高考物理二轮复习七 技巧与创 第1讲 力学与创课后演练化提能
拾躲市安息阳光实验学校第1讲 力学实验与创新(建议用时：60分钟)1．(2018·高考全国卷Ⅲ)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 ＝9.80 m/s 2，L ＝30.0 cm ，L 1＝10.4 cm.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：根据题述，在乙的反应时间t 内，尺子下落高度h ＝L －L 1，由自由落体运动规律可知，h ＝12gt 2，解得t ＝2（L －L 1）g.代入数据得t ＝0.20 s.答案：(2)2（L －L 1）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(答出一条即可)2．为了“验证机械能守恒定律”，某学生想到用气垫导轨和光电门及质量为m 的小车来进行实验，如图所示，他将长为L 、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H ，在导轨上的两点处分别安装光电门A 和B ，然后将小车从导轨上端释放，光电门自动记录小车经过A 、B 光电门时，车上挡光片的挡光时间Δt 1、Δt 2，用游标卡尺测得挡光片宽度为d .(1)要验证小车在运动过程中机械能守恒，还必须测出__________．(2)本实验验证机械能守恒定律的原理式为________________________(用已知测量量和还必须测出的物理量的符号表示)．解析：(1)根据12mv 2t －12mv 20＝mgh 可知，还需要测出两光电门之间的距离l .(2)重力势能的减少量ΔE p ＝mgl sin θ＝mgl H L ，动能增加量ΔE k ＝12mv 22－12mv 21＝12m ⎝⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12，需要验证ΔE p ＝ΔE k ，可得需要验证的表达式为2g HlL ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12. 答案：(1)两光电门之间的距离l(2)2g Hl L ＝⎝⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 123．(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，再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④①③②.(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此M 纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为v ＝2.58×10－2m 0.02 s ＝1.29 m/s.由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推开物块后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此M 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 M4．(2018·威海二诊)某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：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，继续做匀速运动．他设计的装置如图甲所示．在小车A 后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz ，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力．(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上)．A 为运动的起点，则应选________段来计算A 碰撞前的速度，应选________段来计算A 和B 碰撞后的共同速度(以上两空选填“AB ”“BC ”“CD ”或“DE ”)． (2)已测得小车A 的质量m 1＝0.4 kg ，小车B 的质量m 2＝0.2 kg ，则碰撞前两小车的总动量为________kg ·m/s ，碰撞后两小车的总动量为________kg ·m/s. (3)实验得到的结论是________________________________________________________________________．解析：(1)从分析纸带上打点情况看，BC 段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC 段能较准确地描述小车A 在碰撞前的运动情况，应选用BC 段计算A 碰撞前的速度．从CD 段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE 段小车运动稳定，故应选用DE 段计算A 和B 碰撞后的共同速度． (2)小车A 在碰撞前速度为v 0＝BC 5T ＝10.50×10－25×0.02m/s ＝1.050 m/s小车A 在碰撞前动量为p 0＝m A v 0＝0.4×1.050 kg ·m/s ＝0.420 kg ·m/s碰撞后A 、B 共同速度v ＝DE 5T ＝6.95×10－25×0.02m/s ＝0.695 m/s碰撞后A 、B 的总动量p ＝(m A ＋m B )v ＝(0.2＋0.4)×0.695 kg ·m/s＝0.417 kg ·m/s.答案：(1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)在实验误差允许的范围内，系统的动量守恒5．(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：v Δt ＝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 ＝52.1 cm/s ，图线的斜率等于12a ，即12a ＝53.60－52.130.18 cm/s 2，求得a ＝16.3 cm/s 2.答案：(1)v A ＋a2Δt (2)52.1 16.36．(2016·高考浙江卷)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC 的劲度系数为500 N/m.如图甲所示，用弹簧OC 和弹簧秤a 、b 做“探究求合力的方法”实验．在保持弹簧伸长1.00 cm 不变的条件下： (1)若弹簧秤a 、b 间夹角为90°，弹簧秤a 的读数是____N(图乙中所示)，则弹簧秤b 的读数可能为________N.(2)若弹簧秤a 、b 间夹角大于90°，保持弹簧秤a 与弹簧OC 的夹角不变，减小弹簧秤b 与弹簧OC 的夹角，则弹簧秤a 的读数________、弹簧秤b 的读数________(填“变大”“变小”或“不变”)．解析：(1)弹簧秤a 的读数是3.00 N ；弹簧OC 的拉力F ＝kx ＝500×1.00×10－2N ＝5.00 N ，则弹簧秤b 的读数可能为 5.002－3.002N ＝4.00 N.(2)若弹簧秤a 、b 间夹角大于90°，保持弹簧秤a 与弹簧OC 夹角不变，减小弹簧秤b 与弹簧OC 的夹角，由力的平行四边形定则和力的图示可知，弹簧秤a 的读数变大，弹簧秤b 的读数变大．答案：(1)3.00(3.00～3.02) 4.00(3.90～4.10) (2)变大 变大7．某同学利用如图1所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上铺有白纸，如果钩码的个数N 1＝3，N 2＝4，N 3＝5一定，光滑的滑轮A 固定，光滑的滑轮B 与A 等高且可沿水平方向移动，移动到某一位置平衡后，将绳子打一个结点O ，每个钩码的质量相等，回答下列问题：(1)实验中OA 、OB 与水平方向的夹角α、β的值是______． A ．α＝30°，β＝60° B ．α＝60°，β＝60° C ．α＝37°，β＝53°D ．α＝45°，β＝45°(2)在作图时，你认为图2中________是正确的．(填“A ”或“B ”)(3)如图3甲中O 为轻绳的结点，图乙中光滑的轻质小滑轮跨在轻绳上悬挂钩码，两装置处于静止状态，现将图甲中右侧滑轮的端点B 沿虚线稍稍上移一些，图乙中的端点B 沿虚线稍稍上移一些，图乙中的绳长不变，则关于θ角和OB 绳的张力F 的变化情况，下列说法正确的是________．A ．甲、乙图中的θ角均增大，F 均不变B ．甲、乙图中的θ角均不变，F 均不变C ．甲图中θ角增大，乙图中θ角不变，张力F 均不变D ．甲图中θ角减小、F 不变，乙图中θ角增大，F 减小解析：(1)因钩码的个数N 1＝3，N 2＝4，N 3＝5，平衡后O 点所受三个力必构成一个封闭的直角三角形，OA 与水平方向的夹角为37°，OB 与水平方向的夹角为53°，选项C 正确．(2)因为在实际实验中F3的方向是竖直向下的，所以A正确．(3)图甲中，根据钩码个数可知，O点所受的三个力正好构成直角三角形，若端点B沿虚线稍稍上移一些，三力大小不变，根据力的合成法则可知，夹角θ不变，图乙中，因滑轮光滑，则绳OA、OB的力总是相等的，因此合力平分OA、OB绳的夹角，即使稍上移，绳子张力大小仍不变，根据力的合成法则可知，θ角不变．故B正确．答案：(1)C (2)A (3)B8．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B 处安装了一个光电门，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，每次滑块都从A处由静止释放．甲乙(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)下列实验要求不必要的是________(填选项前字母)．A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使A位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调节水平D．应使细线与气垫导轨平行(3)改变钩码的质量，测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，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________________图象⎝⎛⎭⎪⎫填“t2－F”“1t－F”或“1t2－F”，若增大滑块的质量，则该图象的斜率将________(填“增大”“减小”或“不变”)，若增大滑块释放处到光电门的距离，则该图象的斜率将________(填“增大”“减小”或“不变”)．解析：(1)d＝(2＋0.05×5) mm＝2.25 mm.(2)由于与力传感器相连，因此A选项没有必要．(3)滑块经过光电门时的速度v＝dt，滑块的加速度a＝Fm，由⎝⎛⎭⎪⎫dt2＝2·Fm·L得：1t2＝2Lmd2·F，若增大滑块的质量，则该图象的斜率将减小，若增大滑块释放处到光电门的距离，则该图象的斜率将增大．答案：(1)2.25 (2)A (3)1t2－F减小增大。
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姓名：_____班级：______学号：____专题七第1讲力学实验与创新1．(2015·安康二模)某同学用如图1所示的实验装置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1(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________．(2)下列不必要的实验要求是________．(请填写选项前对应的字母)A．应测量重物所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向与木板平面平行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，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出一个解决办法：________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 2．(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2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0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：图2③找出②中F＝2.50N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 OO′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图3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3完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图4中画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.图4(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则F OA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图5中作出F OA和F OB的合力F′的图示．图5(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．3．(2015·潮州市二模)用如图6所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验．图6(1)为了消除长木板与小车间的摩擦力对实验的影响，必须在长木板远离滑轮的一端下面垫一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至不挂沙桶时轻推小车能在长木板上做______________运动．(2)为保持拉力的方向不变，应调节滑轮的高度使细线与________平行．(3)挂上沙桶后，某同学只改变小车的质量进行测量．他根据实验得到的几组数据作出a－1m 图象如图7.根据图可判断本次实验中小车受到的合外力大小为________N．(保留到小数点后二位)图74．(2015·皖南八校二次联考)某同学想利用滑块在倾斜气垫导轨上的运动来验证动能定理．如图8所示，测量步骤如下：图8①将长为L、原来已调至水平的气垫导轨的左端垫高H，在导轨上间距为l的两点处分别安装光电门P1和P2.②用20分度的游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d.③接通气源及光电计时器，将滑块从导轨左端自由释放．测得滑块分别通过两个光电门时遮光时间为Δt1和Δt2.阅读上面的实验步骤回答下列问题：(1)写出本实验验证动能定理的原理式：__________________________________.(用测出的物理量表示)(2)实验所用滑块的质量m＝600g，其他数据如下L＝1.5m，H＝10cm，l＝50cm，则实验中外力所做的功为________．(g＝10m/s2)(3)写出减小实验误差的一种措施________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 5．(2015·泰安市二模)某研究性学习小组用如图9所示装置来测定当地重力加速度，主要操作步骤如下：图9①安装实验器材，调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上；②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作，测出多组(h，t)，计算出对应的平均速度；④画出v－t图象．请根据实验，回答如下问题：(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g.则小铁球通过两光电门间的平均速度v的表达式为________．(用v0、g和t表示)(2)实验测得的数据如下表：请在图10中画出v－t图象．图10(3)根据v－t图象，可以求得当地重力加速度g＝__________m/s2，小球通过光电门1时的速度为__________ m/s.(以上结果均保留两位有效数字)6．(2015·长春市四模)如图11甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置，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变化的图象．图11(1)实验前，接通电源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，若图乙中的Δt1>Δt2，说明气垫导轨________端偏高(填“左”或“右”)．(2)用游标卡尺测遮光条宽度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由图甲所示位置静止释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出__________________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机械能守恒．二轮专题强化练答案精析专题七 实验技能与创新第1讲 力学实验与创新1．(1)3.6N (2)D (3)减小M 的质量、减小OP 与竖直方向的夹角、减小弹簧测力计B 拉力的大小解析 (1)弹簧测力计读数，每1N 被分成5格，则1格就等于0.2N ．题图中指针落在3N 到4N 的第3格处，所以示数为3.6N.(2)实验通过作出三个力的图示，来验证力的平行四边形定则，因此重物的重力必须要知道，故A 正确；弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零，故B 正确；拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小的准确性，故C 正确；重物的重力即合力的大小和方向是确定的，所以不需要每次都使O 点静止在同一位置，故D 错误．本题选不必要的，答案为D.(3)当弹簧测力计A 超出其量程，则说明弹簧测力计B 与重物这两根细线的力的合力已偏大．又由于挂重物的细线的方向已确定，所以要么减小重物的重量，要么改变弹簧测力计B 拉细线的方向，或改变弹簧测力计B 拉力的大小，从而使弹簧测力计A 不超出量程． 2．(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)作出F －l 图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l 0，可得l 0＝10.0cm(2)可计算橡皮筋的劲度系数 k ＝F Δx ＝2.500.05N /m ＝50 N/m 若OA ＝6.00cm ，OB ＝7.60cm ， 则橡皮筋的弹力为F ＝k Δx ＝50×(6.00＋7.60－10.00)×10－2N ＝1.80N则此时F OA ＝F ＝1.80N(3)F OB ＝F OA ＝1.80N ，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． 3．(1)匀速直线 (2)长木板 (3)0.06解析 (1)当重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡时，小车做匀速直线运动． (2)为保持拉力的方向不变，应调节滑轮的高度使细线与长木板平行． (3)由牛顿第二定律F ＝ma 知，F 即为图象的斜率，即F ＝0.06N.4．(1)2glH L ＝d 2(1Δt 22－1Δt 21) (2)0.2J (3)适当提高滑块的初始位置，增大滑块通过光电门的速度或减小遮光条的宽度解析 (1)合外力做功即为重力所做的功为：W ＝mgh ＝mgl sin θ＝mgl ·HL动能的增加量为：ΔE k ＝12m v 22－12m v 21＝12m (d 2Δt 22－d 2Δt 21)由W ＝ΔE k 得验证动能定理的原理式为： 2glH L ＝d 2(1Δt 22－1Δt 21)． (2)代入数据可得合外力做功为：W ＝mgl ·H L ＝0.6×10×0.5×0.11.5J ＝0.2J.(3)误差来自于滑块速度的近似处理，可以适当提高滑块的初始位置，增大滑块通过光电门的速度或减小遮光条的宽度． 5．(1)v ＝v 0＋12gt (2)见解析图(3)9.7(9.6～9.8) 1.10解析 (1)根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度得： 小铁球通过两光电门间的平均速度v 的表达式为v ＝v 0＋12gt .(2)根据数据作出v －t 图象．(3)小铁球通过两光电门间的平均速度v 的表达式为v ＝v 0＋12gt ；所以v －t 图象的斜率表示12g ，所以当地重力加速度g ＝2k ＝9.7m/s 2， 根据v －t 图象得出v 0＝1.10m/s.6．(1)右 (2)2.25 (3)滑块总质量M 两光电传感器A 、B 间距离L (4)mgL ＝12(M ＋m )(dΔt 2)2－12(M ＋m )(dΔt 1)2 解析 滑块做加速运动，说明气垫导轨右端偏高；由图可得d ＝2.25mm ，若要验证系统机械能守恒还需测出两光电门间距离L 和滑块总质量M .若钩码重力势能的减少量在数值上等于钩码和滑块动能的增加量，则系统机械能守恒．。