1、专题六 物理实验 考情分析备考定向 命题热点 考题统计 命题规律 第14讲力学实验 热点一 游标卡尺和螺旋测微器读数 2012 卷,22;2013卷,22 近几年高考命题点:力学主要考查以纸带处理方法为核心的实验。电学主要考查以测电阻为核心的实验、以测电动势为核心的实验、以多用电表的使用为核心的实验。热点二 纸带类实验的处理方法 2014卷,22;2014卷,22;2015卷,22;2016卷,22;2017卷,22 热点三 橡皮条、弹簧类实验的处理方法 2013卷,22;2016卷,22;2017卷,22 命题热点 考题统计 命题规律 第15讲电学实验 热点一 以测电阻为核心的实验 2015
2、卷,23;2015卷,23;2016卷,23;2017卷,23 实验题主要考查学生实验设计及数据处理能力,以新的材料背景来考查学生对实验原理的理解,特别是对纸带处理和测电阻的原理的理解。复习过程中还要继续强化纸带类实验和以测电阻为核心的实验的实验原理的复习。热点二 以测电源电动势为核心的实验 2013卷,23;2014卷,23;2014卷,23 热点三 以多用电表的使用为核心的实验 2013卷,23;2013卷,23;2017卷,23 第14讲 力学实验 核心梳理-5-知识脉络梳理 规律方法导引 核心梳理-6-知识脉络梳理 规律方法导引 1.知识规律(1)误差和有效数字。系统误差:由于仪器本身
3、不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。其特点是测量结果较真实值总是偏大或偏小。系统误差不能用多次测量求平均值的方法消除或减小。偶然误差:由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的误差。其特点是多次重复做同一实验时误差总是时大时小。减小这种误差的方法是多次测量取其平均值。有效数字:带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一位不为零的数字算起。核心梳理-7-知识脉络梳理 规律方法导引(2)长度的测量。毫米刻度尺的读数:精确到毫米,估读一位。游标卡尺的读数:测量值=主尺上的读数+mn(其中m为游标卡尺的精确度,n为游标尺上与主尺上某刻度线对齐的格数)。螺旋
4、测微器的读数:测量值=固定刻度+可动刻度(估读一位)0.01 mm。(3)光电门的使用。如果挡光片的宽度为d,挡光时间为t,则物体经过光电门时的瞬时速度 v=。核心梳理-8-知识脉络梳理 规律方法导引(4)纸带类实验。能够利用打点计时器的力学实验 实验名称 原理公式 利用纸带测量或计算的物理量 研究匀变速直线运动vt2=vxm-xn=(m-n)aT2瞬时速度和加速度 验证牛顿第二定律 F=ma 加速度 探究动能定理W=12 v22 12 v12 匀速时的速度 验证机械能守恒定律mgh=12 v22-12 v12瞬时速度和下落的高度 验证动量守恒定律 m1v1+m2v2=m1v1+m2v2瞬时速
5、度 核心梳理-9-知识脉络梳理 规律方法导引 利用纸带求瞬时速度的方法 在匀变速直线运动中,利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解。测出与第n点相邻的前、后两段相等时间T内的距离xn和xn+1,由公式算出。在验证机械能守恒定律实验中,就是根据此法求得物体瞬时速度的。vn=+12 核心梳理-10-知识脉络梳理 规律方法导引 利用纸带求加速度的方法()利用 a=2求解:在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用 x=xn+1-xn=aT2 求加速度 a。()逐差法:如图所示,由 xm-xn=(m-n)aT2可得 a1=4-132,a2=5-232,a3=6-332。所以 a=
6、1+2+33=4+5+6-1-2-392。核心梳理-11-知识脉络梳理 规律方法导引()图象法:a.由,求出各相应时刻的速度。b.确定各计数点的坐标值(v1,T)、(v2,2T)、(vn,nT)。c.画出v-t图象,图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 若相邻两计数点之间的距离满足x=x2-x1=x3-x2=xn-xn-1=aT2(恒量),说明物体做匀变速直线运动。2.思想方法(1)物理思想:等效替代思想、控制变量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制变量法、逐差法、平均值法、图象法。vn=+12 高频考点-12-命题热点一 命题热点二 命题热点三
7、游标卡尺和螺旋测微器读数 主要以填空题的形式考查游标卡尺和螺旋测微器的读数。例1(1)某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径,新式卡尺将主尺上 39 mm在游标尺上均分成20等份。如图甲所示,则小钢球的直径为d=cm。甲(2)该同学又用螺旋测微器测量某电阻丝的直径,示数如图乙所示,则该金属丝的直径为 mm。乙答案(1)1.035(2)1.195(0.002)高频考点-13-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(1)游标卡尺上精确度为mm=0.05 mm,所以d=10 mm+0.05 mm7=10.35 mm=1.035 cm。(2)金属丝的直径d=1 mm+0.01 mm19.5=
8、1.195 mm。120 高频考点-14-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-15-命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法1.游标卡尺的原理 游标卡尺主要分为10、20、50分度三种,其原理和读数方法基本相同。对于n分度的游标卡尺,如果游标尺的分度值为x,主尺上的分度值为y,则nx=(n-1)y,故游标尺与主尺两者分度值之差为k=y-x=。其中叫游标卡尺的精度。2.螺旋测微器的基本原理 螺旋测微器螺纹螺距为0.5 mm,即可动转筒旋转一圈,螺杆前进或后退0.5 mm,可动转筒上可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm,即可动刻度每转过一等份,测微螺杆前进或后退0
9、.01 mm。这样就能把沿轴线方向不便于测量的微小距离用圆周上的点移动较大的距离表示出来(机械放大原理)。高频考点-16-命题热点一 命题热点二 命题热点三 3.游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺,以mm为单位,小数点后只有1位,20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位,小数点后有2位,且对齐格数不估读。(2)螺旋测微器以mm为单位,小数点后必须有3位,对齐格数要估读,同时还要注意半毫米刻度线是否露出。高频考点-17-命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练1某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为 cm和 mm。甲乙答案
10、 60.10 4.20 解析 刻度尺的最小刻度为0.1 cm,因此读数应为60.10 cm;游标卡尺是50分度,精确到0.02 mm,因此读数为4.20 mm。高频考点-18-命题热点一 命题热点二 命题热点三 纸带类实验的处理方法 主要考查利用处理纸带的思想来解决实际问题。例2研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图甲所示,其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50 Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。甲乙高频考点-19-命题热点一 命题热点二 命题热点三(1)部分实验步骤如下:A.测量完毕,关闭电源,取出纸带。B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开
11、小车。C.将小车停靠在打点计时器附近,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)图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔T=s。(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=。(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(1)DCBA(2)0.1(3)4+52(4)(4+5+6)-(1+2+3)9 2高频考点-20-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(2)每隔 4 个点或每 5 个点取一个计数点时,相邻计数点的时间间隔均为 0.1 s。(3)纸带上某点的瞬时速度等于其前后相邻两计数点所确定
12、时间段内的平均速度 v5=4+52。(4)当有 6 组数据时,应采用逐差法计算加速度a=(4+5+6)-(1+2+3)9 2。高频考点-21-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-22-命题热点一 命题热点二 命题热点三 例3甲、乙两位同学在验证牛顿第二定律的实验中,使用了如图所示的实验装置。(1)实验时他们先调整垫木的位置,使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动,这样做的目的是 。高频考点-23-命题热点一 命题热点二 命题热点三(2)此后,甲同学把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂若干配重片。在小车质量一定的情况下,多次改变配重片数量,每改变一次就释放一次小车,利用
13、打点计时器打出记录小车运动情况的多条纸带。下图是其中一条纸带的一部分,O、A、B、C为4个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。通过对纸带的测量,可知小车运动过程中的加速度大小为 m/s2(保留两位有效数字)。高频考点-24-命题热点一 命题热点二 命题热点三(3)根据多条纸带的数据,甲同学绘制了小车加速度与小车所受拉力(测量出配重的重力作为小车所受拉力大小)的a-F图象,如图所示。由图象可知 。(选填选项前的字母)A.当小车质量一定时,其加速度与所受合外力成正比 B.当小车所受合外力一定时,其加速度与质量成反比 C.小车的质量
14、约等于0.3 kg D.小车的质量约等于3.3 kg 高频考点-25-命题热点一 命题热点二 命题热点三(4)乙同学在实验时,因配重片数量不足改用5个质量为20 g的钩码进行实验。他首先将钩码全部挂上,用打点计时器打出记录小车运动情况的纸带,并计算出小车运动的加速度;之后每次将悬挂的钩码取下一个并固定在小车上,重复多次实验,且每次实验前均调整垫木的位置,使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动。若根据测得的数据,绘制出小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线,则关于这一图线下列说法错误的是 。(选填选项前的字母)A.可由该图线计算出小车和5个钩码质量之和 B.只有当小车质量远大于悬挂钩
15、码的质量时,该图线才是一条直线 C.无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量,该图线都是一条直线 高频考点-26-命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案(1)为了平衡小车运动过程中所受的摩擦力(2)0.50(或0.49)(3)AC(4)B 高频考点-27-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(1)这样做的目的是平衡小车运动过程中所受的摩擦力。(2)因为OA=2.86 cm,AB=3.35 cm,BC=3.85 cm,T=0.1 s,根据 x=aT2,解得 a=2=0.5010-20.12m/s2=0.50 m/s2。(3)由图象可知,当小车质量一定时,其加速度与所受合外力成正比,选项 A 正
16、确,B 错误;由图线可知,m=0.240.8 kg=0.3 kg,故选项 C 正确,D 错误。(4)对整个系统来说,系统的总质量保持不变,总等于5个砝码的质量与小车质量的和,故根据小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线,也就是a-F图线斜率的倒数可求得小车和5个钩码质量之和,选项A正确;因对系统进行研究且保持系统的总质量不变,故砝码的重力总等于系统的牵引力,故无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量,该图线都是一条直线,选项C正确,B错误。高频考点-28-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-29-命题热点一 命题热点二 命题热点三 例4如图甲所示的装置可用于探究恒力做功与速度
17、变化的关系。水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验首先保持轨道水平,通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力,再进行后面的操作,并在实验中获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量m,平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0,挡光板的宽度d,光电门1和2的中心距离s。高频考点-30-命题热点一 命题热点二 命题热点三 甲乙高频考点-31-命题热点一 命题热点二 命题热点三(1)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量 (选填“需要”或“不需要”)。(2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d,
18、如图乙所示,d=mm。(3)某次实验过程:力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则对该小车实验要验证的表达式是 。答案(1)不需要(2)5.50(3)(F-m0g)s=12 2 2 12 1 2高频考点-32-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(1)不需要,因为有力的传感器,可直接测出拉力的大小,而不必根据砝码和砝码盘的总重力约等于拉力来计算。(2)挡光板的宽度d=5 mm+0.05 mm10=5.50 mm。(3)以小车作为研究对象,小车所受的合力为F-m0g,根据动能定理有(F-m0g)s=12 2
19、2 12 12,而 v1=1,v2=2,代入可得(F-m0g)s=12 2 2 12 1 2。高频考点-33-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-34-命题热点一 命题热点二 命题热点三 例5某实验小组利用如图所示的装置进行实验,钩码A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,钩码质量均为m0,在A的上面套一个比它大一点的环形金属块C,在距地面h1处有一宽度略比A大一点的狭缝,钩码A能通过狭缝,环形金属块C不能通过。开始时A距离狭缝的高度为h2,放手后,A、B、C从静止开始运动。高频考点-35-命题热点一 命题热点二 命题热点三(1)利用计时仪器测得钩码A通过狭缝后到落地用时t
20、1,则钩码A通过狭缝的速度为 (用题中字母表示)。(2)若通过此装置验证机械能守恒定律,还需测出环形金属块C的质量m,当地重力加速度为g。若系统的机械能守恒,则需满足的等式为 (用题中字母表示)。(3)为减小测量时间的误差,有同学提出如下方案:实验时调节h1=h2=h,测出钩码A从释放到落地的总时间t,来计算钩码A通过狭缝的速度,你认为可行吗?若可行,写出钩码A通过狭缝时的速度表达式;若不可行,请简要说明理由。,。答案(1)11(2)mgh2=12(2m0+m)11 2(3)可行 v=3高频考点-36-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(1)由于钩码通过狭缝后,C 不再对 A 施加力,而
21、 A、B 的质量又相等,故钩码 A 做匀速运动,所以钩码 A 通过狭缝的速度为11。(2)验证机械能守恒时,因为 A 降低的重力势能等于 B 增加的重力势能,故重力势能的减少量为 C 下降 h2 的重力势能的减少量,即mgh2,而系统动能的增加量为12(2m0+m)11 2,故满足的等式为mgh2=12(2m0+m)11 2时,就验证了机械能守恒。(3)当 h1=h2=h 时,A 的运动是先匀加速运动,后匀速运动,如果设加速的时间为 t1,匀速的时间为 t2,匀速运动的速度为 v,则加速运动时的平均速度为2,故 t1v=2h 成立;在匀速运动时,t2v=h 成立;二式相加得(t1+t2)v=3
22、h,即 v=3,故这种做法是可行的。高频考点-37-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-38-命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法纸带类问题是力学实验中出现率最高的内容,多以教材实验为蓝本进行升级变形,从整体角度看,力学中的四个打点描迹类实验都存在共性,因此在某种程度上可以实现“一个装置多种用途”的效果。从测定物理量角度看,可以以最基本的实验逐渐升华到探究测量多个物理量的效果,创新的流程主要如下。在计算中还涉及有效数字,所以审题要严谨细心。高频考点-39-命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练2(2017全国卷)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制
23、“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图甲所示。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,图乙记录了桌面上连续的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)甲乙高频考点-40-命题热点一 命题热点二 命题热点三(1)由图乙可知,小车在桌面上是 (填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为 m/s,加速度大小为 m/s2。(结果均保留2位有效数字)答案(1)从右向左(2)0.19 0.037 高频考点-41-命题热点一
24、命题热点二 命题热点三 解析(1)轻推小车,由于阻力小车做减速运动,相同时间内位移逐渐减小,故小车由右向左运动。(2)滴水的时间间隔 t=-1=23 s,A 点的瞬时速度等于包含这一点在内的两相邻点之间的平均速度即vA=(117+133)10-3232m/s0.19 m/s,a=(150+133-83-100)10-3 m6 23 s 20.037 m/s2。高频考点-42-命题热点一 命题热点二 命题热点三 橡皮条、弹簧类实验的处理方法 主要考查胡克定律以及力的平行四边形定则。例6某同学做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验。甲乙丙高频考点-43-命题热点一 命题热点二 命题热点三(1)图甲是不
25、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)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是 。(填选项前的字母)A.逐一增挂钩码,记下每增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)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是。答案(1)6.93(6.926.94)(2)A (3)超过弹簧的弹性限度 高频考点-44-命题热点
26、一 命题热点二 命题热点三 解析(1)题图甲示数为7.73 cm,题图乙示数为14.66 cm,弹簧的伸长量l=(14.66-7.73)cm=6.93 cm。(2)逐一增挂钩码,弹簧的伸长量逐渐地增大,不会出现超过弹性限度的情况,选项A正确。(3)当超过弹簧的弹性限度时,弹力与弹簧伸长量不再成正比。高频考点-45-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 高频考点-46-命题热点一 命题热点二 命题热点三 例7小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示,O点为橡皮条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
27、条时,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。(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮条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条拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮条弹性的影响。高频考点-47-命题热点一 命题热点二 命题热点三 实验装置如图乙所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮条的上端固定于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。两次实验记录的轨迹
28、如图丙所示,过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮条分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为 。高频考点-48-命题热点一 命题热点二 命题热点三 甲乙高频考点-49-命题热点一 命题热点二 命题热点三 丙高频考点-50-命题热点一 命题热点二 命题热点三(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.橡皮条的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力相同时,橡皮条第2次的长度较长 C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮条第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮条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
29、四边形定则实验提出两点注意事项。高频考点-51-命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案(1)(见下图,F合=4.604.90 N都算对)(2)Fa=Fb(3)BD(4)橡皮条拉伸不宜过长;选用新橡皮条。(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮条;换用弹性好的弹簧。)高频考点-52-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析(1)作出力F1、F2和合力的图示如答案图所示;经测量可得合力大小为4.70 N。(2)橡皮条被拉伸到a(或b)时,根据平衡条件,因重物的重力一定,橡皮条与竖直方向的夹角一定,如图所示,则橡皮条受的拉力FT=,大小一定,故Fa=Fb。cos 高频考点-53-命题热点一 命题热点二
30、 命题热点三(3)由(2)可知橡皮条的长度与受的拉力不是正比关系,橡皮条第2次的长度较长,但受到的拉力与第1次相同,选项A错误,B正确;若两次被拉伸到相同长度,第2次橡皮条与竖直方向的夹角小,由FT=可知,第2次受的拉力较小,选项C错误;拉力越大时,橡皮条与竖直方向的夹角越大,由题图可知,橡皮条两次的长度之差越大,选项D正确。cos 高频考点-54-命题热点一 命题热点二 命题热点三 思维导引 规律方法验证力的平行四边形定则操作注意事项 用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向
31、)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)。高频考点-55-命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练3小莉和她的同学利用简易实验器材,一把刻度尺,一质量为m=300 g的重物,测量自己头发丝能承受的最大拉力,并与网上获取的正常数据进行对比(头发能承受的拉力随年龄变化;20岁组,头发能承受的拉力最大,平均约1.72 N;30岁组,平均约1.50 N)实验步骤如下:(1)水平固定刻度尺;(2)用手指尖紧握头发丝两端,用刻度尺测量出两手指 尖之间的头发丝长度l=50.00 cm;高频考点-56-命题热点一 命题热点二 命题热点三(3)将重物通过细绳挂在头发丝上,两手缓慢沿刻度尺水平移动,直至头
32、发丝恰好被拉断。从刻度尺上读出两手指尖之间的距离d=30.00 cm(重力加速度g取10 m/s2,挂钩光滑且质量不计)由以上数据可知所用刻度尺最小刻度为 ;头发丝的拉力表达式F=(用以上物理量符号表示);利用所测数据可获得最大拉力为 N(保留三位有效数字),在正常范围。答案 1 mm 2 1-()21.88高频考点-57-命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 根据读数 l=50.00 cm,说明最小分度应为 1 mm;设头发与刻度尺之间的夹角为,由图中的几何关系可知,cos=头发与细绳的结点处受力平衡,得 2Fsin=mg,所以 F=2 1-()2代入数据得 F=1.88 N。-58-1
33、23451.在测金属的电阻率的实验中,分别用游标卡尺和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和横截面的直径如图所示。则该圆柱体的长度为 mm,横截面的直径为 mm。答案 49.15 4.699 解析 根据游标卡尺读数规则,该圆柱体的长度为49 mm+30.05mm=49.15 mm;根据螺旋测微器读数规则,圆柱体横截面的直径为4.5 mm+0.199 mm=4.699 mm。-59-123452.图甲为验证动能定理的实验装置。钩码的质量为m,小车的质量m车=300 g。实验中用钩码重力的大小作为细绳对小车拉力的大小。实验主要过程如下:甲 安装实验装置。分析打点计时器打出的纸带,求出小车
34、的速度。计算小车的动能增量和对应细绳拉力做的功,判断两者是否相等。-60-12345(1)下列关于该实验的说法正确的是 。A.调整滑轮高度使细绳与木板平行 B.为消除阻力的影响,应使木板右端适当倾斜 C.在质量为10 g、50 g、80 g的三种钩码中,挑选质量为80 g的钩码挂在挂钩P上最为合理 D.先释放小车,然后接通电源,打出一条纸带(2)在多次重复实验得到的纸带中选择点迹清晰的一条,测量如图乙所示,打点周期为T,当地重力加速度为g。用题中的有关字母写出验证动能定理的表达式为 。乙(3)写出两条引起实验误差的原因:。-61-12345答案(1)AB(2)mgxAB=12m 车 2 2 2
35、 2(3)长度测量的误差;用 mg 代替绳子拉力等(答案合理皆可)解析 本题考查验证动能定理实验,意在考查考生对实验原理的理解。(1)实验中要使绳子与木板平行,并使木板右端适当倾斜平衡摩擦力,选项 A、B 正确;要使绳子拉力近似等于钩码的重力,要满足小车质量远大于钩码质量,选项 C 错误;实验中为保证打点计时器在纸带上打第一个点时纸带速度为零,要先接通电源,后释放纸带,选项 D 错误。(2)验证动能定理,绳子拉力做的功等于小车动能的增量,表达式为mgxAB=12m 车 2 2-2 2。-62-123453.在探究弹簧弹力与伸长量的关系、并测定弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图所示。所用的每个
36、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。-63-12345(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中,请作出F-l 图线。(2)由此图线可得出的结论是 。(3)根据图象中的数据可知,该弹簧的原长为l0=cm,劲度系数k=N/m。-64-12345答案(1)如图所示 (2)在弹性限度内,弹力和弹簧的伸长量成正比(3)10 25(24.825.2均算对)解析 用平滑的曲线将各点连接起来,如答案图所示。弹簧处于原长时,弹力为零,故弹簧的原长l0=10 cm;图象的函数表达式为F=k(l
37、-l0),故斜率表示劲度系数,则劲度系数 k=25 N/m。-65-123454.(2016全国卷)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图甲所示: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。甲-66-12345(1)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 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)图乙中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实
38、际打点结果。打点计时器所用交流电源的频率为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,(选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。乙-67-12345答案(1)(2)1.29 M 解析(1)实验原理为把压缩弹簧所具有的弹性势能转化为物体的动能,当弹簧处于原长时,弹性势能全部转化为动能,此时速度最大。(2)当物块速度最大时,。由于两相邻点时间间隔相等,所以时间一定时,距离越大,速度越大,动能越大,初位置弹性势能越大,所以M纸带对应实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。v=3=2.5810-2 m0.02s=1.29 m/
39、s-68-123455.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为完全弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失),某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球,按下述步骤做如下实验:用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2,m1m2;按照如图所示安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的切线水平,将一斜面BC连接在斜槽末端;先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置;-69-12345将小球m2放在斜槽前端边缘处,让小球m1仍从斜槽顶端A处静止开始滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置;用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末
40、端点B的距离。图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,它们到B点的距离分别为lD、lE、lF。根据该同学的实验,回答下列问题:(1)在没有放m2时,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,m1的落点是图中的 点;(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式 ,则说明碰撞中动量是守恒的;(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式 ,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。-70-12345答案(1)E(2)m1=m1+m2 (3)m1lE=m1lD+m2lF解析(1)由于发生弹性正碰,且m1m2,则碰后小球m1的速度比未碰撞时的速度小,小球m2的速度比未碰撞时小球m1的速度大,因此可判定
41、小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,未碰时的落点在图中的E点。-71-12345(2)碰撞前,小球 m1 落在图中的 E 点,设其水平初速度为 v1。小球m1 和 m2 发生碰撞后,小球 m1 的落点在图中的 D 点,设其水平初速度为 v1,小球 m2 的落点是图中的 F 点,设其水平初速度为 v2,斜面 BC的倾角为,由平抛运动规律得 lDsin=12gt2,lDcos=v1t,解得v1=cos22sin,同理可解得 v1=cos22sin,v2=cos2 2sin,所以只要满足m1v1=m2v2+m1v1,即 m1=m1+m2,就说明两球碰撞过程中动量守恒。(3)若两小球的碰撞是弹性碰撞
42、,则碰撞前后机械能没有损失,满足关系式12m112=12m1v12+12m222,即 m1lE=m1lD+m2lF。怎样得高分-72-力学创新实验分析技巧【典例示范】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,实验数据如右表所示。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/cm 14.7 22.4 30.3 37.6 44.9 52.4 怎样得高分-73-
43、(1)若测得A的质量mA=3 kg,B的质量mB=1 kg,A和B间细线的长度l0=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(2)中作出的图象并结合(1)中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为 。答案(1)l0、l(2)见解析中图(3)0.2 怎样得高分-74-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mA、mB。从静止释放让它们运动到B着地,根据动能定理得 mBgh-mAgh=12(mA+mB)v2从 B 着地到 A 停在木板上,根据动能定理得
44、12mAv2=mAg(x-h)由解得=(+)-可知没有必要测量 l0 和 l。怎样得高分-75-(2)作出x随h变化的图象如图所示。怎样得高分-76-(3)由得 x=(1+)(+)h根据数学知识得到图象中直线的斜率k=(1+)(+)由图得 k1.5代入数据得(1+)1(3+1)=1.5解得=0.2。怎样得高分-77-思维导引 怎样得高分-78-以题说法力学创新类实验主要有以下几个考向 1.实验器材的等效替换也是高考创新实验设计的主要思路之一,从近几年的高考命题来看,在测量物体的速度时常涉及实验器材的等效替换,如利用光电门替代纸带来测量物体的加速度、速度,还有利用闪光照相机等替代打点计时器。2.
45、通过纸带求出小车的加速度,然后再利用牛顿第二定律求出小车与木板间的动摩擦因数,这是一种实验结论的外延,从近几年的力学实验来看,通过实验结论求动摩擦因数是实验设置的一个热点,且主要出现在两个地方,一是伴随着研究匀变速直线运动的实验出现,二是伴随着验证牛顿运动定律实验出现。怎样得高分-79-3.有一些实验题虽然在试题的情境上进行了创新,但其使用的实验原理和实验处理方法仍然不变,因此,对于创新型实验的处理,最根本的还是要把其从新情境中抽出来,找出与常规实验的相同之处,然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理。怎样得高分-80-针对训练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
46、实验装置。其中m0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,一定要进行的操作是 。A.用天平测出砂和砂桶的质量 B.将带滑轮的长木板右端垫高,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m0 怎样得高分-81-(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(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的交变电流,根据纸带可求出小车的加速度为 m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)以弹
47、簧测力计的示数F为横坐标,加速度为纵坐标,画出的a-F图象是一条直线,图线与横坐标的夹角为,求得图线的斜率为k,则小车的质量为 。A.2tan B.1tanC.kD.2答案(1)BCD(2)1.3(3)D 怎样得高分-82-解析(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量,故选项A、E错误;实验时,要平衡小车与木板间的摩擦力,故选项B正确;打点计时器运用时,都是先接通电源,待打点稳定后再释放纸带,该实验探究加速度与力和质量的关系,要记录弹簧测力计的示数,故选项C正确;改变砂和砂桶质量,即改变拉力的大小,打出几条纸带,研究加速度随F的变化关系,故选项D正确。(2)a=(2.8+3.3+3.8-1.4-1.9-2.3)10-29(0.06)2m/s2=1.3 m/s2。(3)对 a-F 图象来说,图线的斜率表示小车质量的倒数,由 2F=m0a,a=20F,故 20=k,选 D。
