1、核心专题突破 第一部分专题五 物理实验考 纲 精 解 高 频 考 点 1.实验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等的读数、构造、原理、重要实验方法、实验器材的选择、电路实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电学实验中的故障分析等2.设计与创新能力：要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对原教材中实验的考查3.实验题类型近年高考通常为“一力一电”模式.备 考 策 略 1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等的读数，电表量程、滑动变阻器及实验电路的选取等2.“源于课本，不拘泥于课本”一直是高
2、考实验题命题的理念，所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂原理，是我们复习的重中之重3.知识创新型实验例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视.第1讲 力学实验 栏目导航2年考情回顾热点题型突破对点规范演练热点题源预测逐题对点特训2年考情回顾设问方式纸带类实验的数据处理例(2017全国卷，22题)(2017天津卷，9(2)题)(2017北京卷，21题)“橡皮条”和“弹簧”类实验例(2017全国卷，22题)(2016四川卷，8()题)(2016浙江卷，21题)力学创新实验例(201
3、7全国卷，22题)审题要点审清实验目的和原理，分析题中的文字信息、装置图或图象信息，善于从中发现解决实验问题的核心要素解题模板实验目的 实验原理或方法 实验操作 实验数据处理 实验结论 实验评价或误差分析热点题型突破题型一“纸带类”实验 命题规律力学中多个实验都要用到打点计时器(如研究匀变速直线运动规律，验证牛顿第二定律，验证机械能守恒定律，探究动能定理)正确使用打点计时器并根据纸带进行正确的数据处理，得到实验结论及误差分析是高考考查的热点，题型为选择题和填空题方法点拨 这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法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
4、和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为 t0.025 s0.1 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，如图所示，打 n 点时的瞬时速度 vnxnxn12T3用“逐差法”求加速度如图所示，ax4x5x6x1x2x33T2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 t 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即 v dt.(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 av22v212L.4利用速度时间图象求加速
5、度(1)作出速度时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度(2)剪下相邻计数点的纸带紧密排列在一起，求解加速度1(2017江西八校联考)为了探究质量一定时加速度与力的关系一同学设计了如图所示的实验装置其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量(滑轮质量不计)(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是_.A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量MBCD(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸
6、带(相邻两计数点间还有两个点没有画出)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为_m/s2.(结果保留两位数字)1.3(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的aF图象是一条直线，图线与横轴的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_.DA2tan B1tan Ck D2k突破点拨(1)对小车的拉力数值等于测力计示数 2 倍，平衡摩擦后，该拉力即为小车受到的合力(2)用逐差公式求加速度(3)角与 a、F 轴的单位长度选取有关，故小车质量不能用 表示，用 F、m、a列出的牛顿第二定律方程为 a 2MF.解析(1)由实验原理可以看出，由弹簧测力
7、计的示数可得小车所受的合力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，选项A、E错误；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，选项B正确；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，同时读出弹簧测力计的示数，选项C正确；为了多测几组数据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，选项D正确(2)由逐差法可得小车的加速度 ax34x01x45x12x56x239T2，将 T 1503 s0.06 s，代入可得 a1.3 m/s2.(3)由题图结合牛顿第二定律有2FMa，于是得 a 2MF，则图象斜率 k 2M，得小车的质量 M2k，故选项 D 正确2(2017安
8、徽重点中学联考)某同学做“探究合外力做功与动能改变的关系”实验，装置如图甲所示，将光电门固定在水平轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，保持小车(含遮光条)质量M不变，改变所挂重物质量多次进行实验，使小车每次都从同一位置A由静止开始运动(重力加速度大小g取10 m/s2)(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图乙所示，则d_cm；(2)实验中认为小车所受拉力与重物重力大小相等，测出多组重物质量m和相应小车经过光电门时的速度v，作出v2m图象如图丙所示，由图象可知小车受到的摩擦力大小为_ N；(3)在满足条件_的情况下，v2m图象是线性变化的，说明合外力做的功等于动能的改变，此时图象的斜率k的表达式
9、为k_.(用题给物理量的字母表示)1.050 1mM 2gLM解析 游标卡尺的读数为 d10 mm100.05 mm10.50 mm1.050 cm；(2)根据本实验原理和动能定理有 mgLFfL12Mv2，变形得 v22gLM m2FfLM，v2m图象为一条倾斜的直线，由题图丙可知 v20 时，m0.1 kg，由2gLM m2FfLM 0，解得 Ffmg1 N；(3)根据模型的实际受力分析，由动能定理有 mgLFfL12(mM)v2，则 v2 与 m 的函数关系为 v22gLmMm 2FfLMm，故 v2 与 m 不是线性关系，所以只要满足 mM，函数关系就变为 v22gLM m2FfLM，
10、v2-m 图象是线性变化的，说明合外力做的功等于动能的改变，图线的斜率 k2gLM.3.(2017山东潍坊统考)如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验有一直径为d、质量为m的金属小球由A处静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H远大于d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则1t202gd2H0(或 2gH0t20d2)(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径 d_mm.(2)多次改变高度 H，重复上述实验，作出1t2随 H 的变化图象如图丙所示，当图中已知量 t0、H0和重力加速度 g
11、及小球的直径d满足表达式_时，可判断小球下落过程中机械能守恒(3)实验中发现动能增加量 Ek 总是稍小于重力势能减少量 Ep，增加下落高度后，则 EpEk 将_(选填“增加”、“减少”或“不变”)7.25 增加解析(1)该小球的直径 d7 mm60.05 mm7.30 mm.(2)小球通过光电门的时间为 t0dv，设金属小球由 A 处静止释放通过 B 处光电门时的速度为 v，由机械能守恒定律有mv22 mgH0，故当图中已知量 t0、H0、重力加速度 g 和小球的直径 d 满足表达式1t202gd2H0 或 2gH0t20d2 时，可判断小球下落过程中机械能守恒(3)试验中发现动能增加量 Ek
12、 总是稍小于重力势能减少量 Ep，原因在于有阻力做负功，增加下落高度后，阻力做负功将增加，则 EpEk 将增加“纸带类”实验主要设计思路题型二“橡皮条”和“弹簧”类实验 命题规律验证平行四边形定则和探究弹力和形变量的关系实验是高考命题的热点之一，重点考查实验操作过程和数据的处理方法方法点拨1验证平行四边形定则实验解题要点(1)实验步骤中“力作用效果的等效性”的判断(2)实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定方法2探究弹力和形变量的关系实验数据处理方法(1)列表法将测量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平面直角坐标系内进行作图若是曲线
13、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1.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则实验步骤：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：找出中F2.50 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.F/N00.501
14、.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05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FOA，OB段的拉力记为FOB.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，如图丙所示根据图线求得l0_cm.10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N(3)根据给出的标度，在如图丁中作出FOA和FOB的合力F的图示(4)通过比较F与_的大小方向，即
15、可得出实验结论1.80(1.701.90均正确)FOO 突破点拨(1)作出Fl图象与x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FOAFOB，求FOA可根据橡皮筋的总长度(OAOB)在Fl中查出解析(1)根据表格数据，作出Fl图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l010.0 cm.(2)橡皮筋总长lOAOB13.60 cm，根据Fl图线，可读出橡皮筋长度l13.60 cm时的拉力为1.80 N.(3)根据平行四边形定则作图，对角线表示合力F.(4)若F与FOO在误差范围内大小相等、方向相同，则表明力的平行四边形定则是正确的答案(1)如图甲
16、所示(3)如图乙所示甲乙2.(2017北京东城区四月模拟)一名同学利用如图甲所示装置做“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；B记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针在刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌子上，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个钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码；E由图象找出ml间的函数关系，进一步写出
17、弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度取g10 m/s2)，求出弹簧的劲度系数CBDAE(2)如图乙所示为根据实验测得数据标出的对应点，请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的关系图线(3)写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式：_(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)(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弹簧的劲度系数kB、kC，kB、kC与k相比，可能是_.(请将正确答案的字母填在横线处)AkB大于k BkB等于kCkC小于k DkC等于kF12.5(l0.15)1
18、2.5 AD解析(1)本实验中首先要正确安装仪器并记下弹簧自然伸长时的位置，然后再挂上钩码分别得出对应的长度，建立坐标系，作出对应的ml图象即可，故答案为CBDAE.(2)利用描点法作出图象如图所示(3)由图象利用数学规律可知对应的函数关系为F12.5(l0.15)(4)对比胡克定律Fkx可知，劲度系数应为k12.5 N/m.(5)如果将指针固定在A点的上方B处，由于选用的弹簧变短，则弹簧的劲度系数变大，得出弹簧劲度系数与k相比，要大于k，故选项A正确如果将指针固定在A的下方C处，弹簧的长度不变，故劲度系数不变，得出弹簧的劲度系数仍等于k，故选项D正确答案(2)见解析图用图象法处理数据的五个要
19、求(1)作图一定要作坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”(5)有些时候，为了使坐标有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始热点题源预测力学的创新实验考向预测力学创新实验是高考命题的热点，考查学生是否理解实验原理，是否具有将规定实验的方法迁移和运用的能力，是较高层次的实验能力考查解题关键(1)力学创新型实验的特点：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将
20、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：实验原理是创新实验问题的关键，是进行这类实验设计的根本依据和起点实验原理决定了应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目实验原理应根据题干的要求、条件等信息确定类型 探究性实验验证性实验实验过程提出问题猜想与假设制定计划与设计实验方案进行实验与收集数据分析与论证评估交流与合作实验目的实验器材实验原理实验步骤数据分析实验结论解题关键(3)两类创新实验过程的比较【预测】用如图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、重锺B相连将细线拉直，测出B离地面的
21、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实验次数123456h/cm10.015.020.025.030.035.0 x/cm14.722.430.337.644.952.4(1)若测得A的质量mA3 kg，B的质量mB1 kg，A和B间细线的长度L112.0cm，木板的长度l98.0 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_思维导航规范答题(1)由题
22、意可知，B 距地面的高度 h，A 在木板上滑行距离 x，A、B 的质量 mA、mB.从静止释放让它们运动到 B 着地，根据动能定理得mBghmAgh12(mAmB)v2，从 B 着地到 A 停在木板上，根据动能定理得12mAv2mAg(xh)，由解得 mBhmAmBxmBh，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答案(1)L、l(2)见解析(3)0.2(3)由得 x 1mBmAmBh.根据数学知识得到图象中直线的斜率 k 1mBmAmB，由图得 k1.5.代入数据得1131 1.5，解得 0.2.【变式考法】(2017湖北襄阳调考)恢复系数是反映碰撞时物体变形恢复能力
23、的参数，它只与碰撞物体的材料有关两物体碰撞后的恢复系数为 ev1v2v1v2，其中 v1、v2 和 v1、v2 分别是质量为 m1 和 m2 的物体碰撞前后的速度某同学利用如图所示的实验装置测定质量为 m1 和 m2 的物体碰撞后的恢复系数实验步骤如下：将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中质量为m1、m2的两球与木条的撞击点；将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让质量为m1的入射球从斜轨上A点由静止释放，撞击点为B；将木条平移到图中所示位置，质量为m1的入射球从斜轨上A点由静止释放，确定撞击点；质量为m2的球静止放置在水平槽的末端，将质量为m1的入射球从斜轨上A点由静止释放
24、，确定两球相撞后的撞击点；测得B与撞击点N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3.根据该同学的实验，回答下列问题(1)两小球的质量关系为m1_m2.(选填“”“”或“PM(3)利用实验中测量的数据表示两小球碰撞后的恢复系数为_.(4)若再利用天平测量出两小球的质量为m1、m2，则满足_表示两小球碰撞前后动量守恒；若满足_表示两小球碰撞前后机械能守恒eh21h1 1h3m1h2 m1h3 m2h1m1h2m1h3m2h1解析(1)根据碰撞规律可知，当入射球质量大于被碰球质量时，碰后入射球速度方向不变(2)碰后两球均做平抛运动，速度均向右，根据动量守恒可知入射球碰前速度大于碰后速度，根据碰后同
25、向、前面的速度大，故碰后被碰球速度大，根据平抛运动规律可知在水平位移相等时，初速度越大，下落位移越小，可得碰后入射球撞击点为M点、被碰球为N点(3)入射球碰前速度设为 v1，碰后入射球和被碰球速度分别设为 v1，v2，由平抛运动可知 v1xg2h2、v1xg2h3、v2xg2h1，应用恢复系数定义有 e h21h1 1h3.(4)应用动量守恒有 m1v1m1v1m2v2，则有 m1xg2h2m1xg2h3m2xg2h1，整理化简得 m1h2 m1h3 m2h1；再根据碰撞前后机械能守恒，有12m1v2112m1v2112m1v22，可得m1h2m1h3m2h1.对点规范演练逐题对点特训制作者：状元桥适用对象：高中学生制作软件：Powerpoint2003、Photoshop cs3运行环境：WindowsXP以上操作系统