2018届高考物理二轮复习专题六物理实验(课件练习)(打包5套).zip
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专题六物理实验第一讲力学基础实验考点一基本仪器的使用和读数1.考查游标卡尺和螺旋测微器的读数如图1是用游标卡尺测量时的刻度图,为20分度游标尺,读数为:_cm。图2中螺旋测微器的读数为:_mm。解析:20分度的游标卡尺,精确度是0.05 mm,游标卡尺的主尺读数为13 mm,游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为150.05 mm0.75 mm,所以最终读数为:13 mm0.75 mm13.75 mm1.375 cm。螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm,可动刻度为20.00.01 mm0.200 mm,所以最终读数为0.5 mm0.200 mm0.700 mm。答案:1.3750.7002考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数(1)根据单摆周期公式T2,可以通过实验测量当地的重力加速度。如图甲所示,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。用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图乙所示,读数为_ mm。(2)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为_ mm,合金丝的直径为_ mm。解析:(1)该游标尺为十分度的,根据读数规则可读出小钢球直径大小。(2)由于螺旋测微器开始起点有误差,估读为0.007 mm,测量后要去掉开始误差。答案:(1)18.6(2)0.0070.639(0.6380.640)考点二“纸带”类实验3.考查研究匀变速直线运动某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中,必须的措施是_。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)他实验时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)。s13.59 cm,s24.41 cm,s35.19 cm,s45.97 cm,s56.78 cm,s67.64 cm。则小车的加速度a_ m/s2(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vB_ m/s。(结果均保留两位有效数字)解析:(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时,为顺利完成实验,保证实验效果,细线与长木板要平行,否则小车受力会发生变化,选项A正确;为打的点尽量多些,需先接通电源,再释放小车,选项B正确;本题中只要保证小车做匀变速运动即可,无须保证小车质量远大于钩码的质量,选项C错误;同理,小车与长木板间可以有不变的摩擦力,无须平衡摩擦力,选项D错误。故必须的措施是A、B选项。(2)由s4s13aT2、s5s23aT2、s6s33aT2知加速度a0.80 m/s2打B点时小车的速度vB0.40 m/s。答案:(1)AB(2)0.800.404考查验证机械能守恒定律用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带,0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。已知m150 g,m2150 g,则(计算结果保留两位有效数字,实验用交流电周期为0.02 s)(1)在纸带上打下记数点5时的速度v5_m/s;(2)在记数点05过程中系统动能的增量Ek_J,为了简化计算,g取10 m/s2,则系统重力势能的减少量Ep_J;(3)在本实验中,若某同学作出了v2h图像,如图丙所示,h为从起点量起的长度,则据此得到当地的重力加速度g_m/s2。解析:(1)利用匀变速直线运动的推论有:v5 m/s2.4 m/s。(2)系统动能的增量为:EkEk50(m1m2)v52(0.050.15)2.42 J0.58 J,系统重力势能减小量为:Ep(m2m1)gh0.110(0.3840.216)J0.60 J,在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。(3)由于EkEk50(m1m2)v52Ep(m2m1)gh,由于(m1m2)2(m2m1),所以得到:v2h,所以v2h图像的斜率k,解得g9.7 m/s2。答案:(1)2.4(2)0.580.60(3)9.75.考查探究加速度与力、物体质量的关系某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”,图中装有砝码的小车放在长木板上,左端拴有一不可伸长的细绳,跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连。在砝码盘的牵引下,小车在长木板上做匀加速直线运动,图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点,该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6,打点计时器所接交流电的周期为T。小车及车中砝码的总质量为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,当地重力加速度为g。(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a_。(2)该同学先探究合外力不变的情况下,加速度与质量的关系,以下说法正确的是_。A平衡摩擦力时,要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上,把木板不带滑轮的一端缓慢抬起,反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B由于小车受到的摩擦力与自身重力有关,所以每次改变小车质量时,都要重新平衡摩擦力C用天平测出M和m后,小车运动的加速度可以直接用公式a求出D在改变小车质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下,加速度与合外力的关系。他平衡摩擦力后,每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中,用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m,并通过打点计时器打出的纸带求出加速度。得到多组数据后,绘出如图丙所示的aF图像,发现图像是一条过坐标原点的倾斜直线。图像中直线的斜率表示_(用本实验中可测量的量表示)。(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为_。A理想化模型法B控制变量法C极限法 D比值法解析:(1)为了减小偶然误差,采用逐差法处理数据,有:s6s33a1T2,s5s23a2T2,s4s13a3T2,为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值得:a(a1a2a3)解得:a。(2)在该实验中,我们认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力,故在平衡摩擦力时,细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘,故A错误;由于平衡摩擦力之后有Mgsin Mgcos ,故tan 。所以无论小车的质量是否改变,小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力,改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,故B错误;小车运动的加速度通过纸带求出,不能通过a求出,故C错误;本实验中,只有满足砝码盘和盘中砝码的总质量m远小于小车及车中砝码的总质量M时,才能近似认为细绳拉力等于砝码盘和砝码的重力,所以在改变小车质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小,故D正确。(3)对砝码盘和砝码:mgFma对小车:FMa联立得:mg(Mm)a认为合力Fmg所以F(Mm)a即aF,aF图像是过坐标原点的倾斜直线,直线的斜率表示。(4)该实验采用控制变量法,先控制砝码盘和砝码的总重力不变,研究加速度与质量的关系,再控制小车和砝码盘及砝码的质量Mm不变,研究加速度与力的关系,故选B。答案:(1)(2)D(3)(4)B6考查验证动量守恒定律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。(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车A的质量mA0.4 kg,小车B的质量为mB0.2 kg,求碰前两小车的总动量、碰后两小车的总动量。解析:(1)从分析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在碰撞前速度v0 m/s1.050 m/s小车A在碰撞前动量p0mAv00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s此即为碰前两小车的总动量。碰撞后A、B的共同速度v m/s0.695 m/s碰撞后A、B的总动量p(mAmB)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s。答案:(1)BCDE(2)0.420 kgm/s0.417 kgm/s考点三“弹簧” “橡皮条”类实验7.考查探究弹力和弹簧伸长量的关系某同学做“探究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_。解析:(1)弹簧伸长后的总长度为14.66 cm,则伸长量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm。(2)逐一增挂钩码,便于有规律地描点作图,也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧。(3)AB段明显偏离OA,伸长量l不再与弹力F成正比,是超出弹簧的弹性限度造成的。答案:(1)6.93(2)A(3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度8考查验证力的平行四边形定则在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图甲所示,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。图乙是白纸上根据实验结果画出的图。(1)图乙中,_是F1和F2的实际合力。(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变,当角从60逐渐增大到120的过程中,OC绳的拉力的变化情况是_。(3)为了减少实验误差,下列措施中可行的是_。A拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些B拉橡皮条时弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C橡皮条弹性要好,在选择O点位置时,应让拉力适当大些D拉力F1和F2的夹角越大越好解析:(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值,而F是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条,使橡皮条伸长到O点,使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同。故方向一定沿AO方向的是F,由于误差的存在,使F和F方向并不完全重合。(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变,当角从60逐渐增大到120的过程中,合力大小和方向不变,根据平行四边形定则作出对应图像如图所示,则可知,OC绳的拉力的变化情况是先减小后增大。(3)为了减小实验的误差,拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些,故A正确。拉弹簧测力计时必须保证与木板平面平行,故B正确。橡皮条弹性要好,选择拉结点达到某一位置O时,拉力要适当大些,故C正确。为了减小实验的误差,拉力的夹角适当大一些,不是越大越好,故D错误。答案:(1)F(2)先减小后增大(3)ABC考点一基本仪器的使用和读数夯基固本一、长度测量类仪器1游标卡尺的读数游标尺(mm)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)刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02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)0.01 mm。二、时间测量类仪器1打点计时器计时器种类工作电源电压打点间隔电磁打点计时器交流50 Hz,46 V0.02 s电火花计时器交流50 Hz,220_V0.02 s2.频闪照相机其作用和处理方法与打点计时器类似,它是用等时间间隔获取图像信息的方法,将物体在不同时刻的位置记录下来,使用时要明确频闪的时间间隔。重点清障1游标卡尺的精度有三种,分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm,读数时要确认是哪种精度的游标卡尺。如诊断卷第1题为0.05 mm的游标卡尺,诊断卷第2题为0.1 mm的游标卡尺。2螺旋测微器读数时,要注意固定刻度尺上的半刻度线是否露出及最后结果的有效数字位数。如诊断卷第1题,螺旋测微器半刻度线已露出,对齐格数应读20.0。3注意题目要求的单位是否为mm,若不是则先以mm为单位读数,然后再转换为题目要求的单位。如诊断卷第1题,游标卡尺的读数要求以cm为单位,则先按mm为单位读出13.75 mm,再转换为1.375 cm。4螺旋测微器常有“零”误差出现,此时要注意测量的实际结果的修正方法。如诊断卷第2题,合金丝的直径应为右侧读数减去左侧读数。1图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的_(填“A”“B”或“C ”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为_ mm。解析:测量尺寸较小管件的内径时用游标卡尺的内测量爪A进行测量;测量尺寸较小管件的外径时用游标卡尺的外测量爪B进行测量;测量深度时用游标卡尺的深度尺C进行测量。钢笔帽的内径为:11 mm60.05 mm11.30 mm。答案:A11.302(2017潍坊期中)小明仿照螺旋测微器的构造,用水杯制作了一个简易测量工具,已知水杯盖的螺距为2.0 cm,将杯盖一圈均匀分为200份,杯盖拧紧时可动刻度的“0”位置与固定刻度的“0”位置(固定在杯体上)对齐。如图所示,读出所测物体的外径为_cm。解析:由题意可知,水杯盖的螺距是2 cm,将可动刻度分为200等份,则其精度为:0.1 mm,固定刻度读数为0,可动刻度读数为0.1168.0 mm16.80 mm1.680 cm,所以最终读数为:01.680 cm1.680 cm。答案:1.680考点二“纸带”类实验夯基固本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,为便于测量和计算,一般每五个点取一个计数点,这样时间间隔为t0.025 s0.1 s。2求瞬时速度做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,求纸带上某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn1,则打n点时的速度vn。3求加速度(1)利用a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xxn1xnaT2求加速度a。(2)逐差法如图所示,由xnxm(nm)aT2可得:a1,a2,a3,所以a。(3)两段法:把图中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相等(均为3T)的两大段,则由x x aT2得:(x4x5x6)(x1x2x3)a(3T)2,解出的a与上面逐差法结果相等,但却要简单得多。(4)图像法:由vn,求出相应点的速度。确定各计数点的坐标值(v1,T)、(v2,2T)、(vn,nT)。画出v t图像,图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。重点清障1利用纸带求速度、加速度时注意三点(1)计数点间的时间间隔,是0.02 s,还是0.02 sn。如诊断卷第3题,两计数点间有4个点未画出,则T0.02 s50.1 s。(2)注意点间距的单位和题目中要求的a、v单位是否一致。如诊断卷第3题中,s1s6的单位均为cm,而a、v的要求单位分别为m/s2、m/s,因此,应将s1s6的单位转变为m。诊断卷第4题和第6题也有同样的问题。(3)注意计算加速度公式的选取。只有两段位移s1、s2,应选取s2s1aT2计算加速度,有六段位移,应选用a计算加速度。如诊断卷第3题和第5题,都采用第二种方法计算加速度。2不同的实验,平衡摩擦力的目的也不相同(1)在探究做功与动能变化的关系时,为了使橡皮筋对小车所做的功为总功,应平衡小车的摩擦力。(2)在探究a与F、m的定量关系的实验中,平衡摩擦力的目的是为使细线的拉力作为小车的合外力,如诊断卷第5题。(3)在验证动量守恒定律的实验中,平衡摩擦力的目的是使小车碰前、碰后均做匀速直线运动,便于测量速度,小车碰撞过程中满足动量守恒条件。1(2017肇庆二模)小张同学利用打点计时器研究自由落体运动,他设计的实验方案如下:如图甲所示,将打点计时器固定在铁架台上,先打开电源后释放重物,重物带动纸带从静止开始下落,打出几条纸带并选出一条比较理想的纸带如图乙所示,在纸带上取出若干计数点,其中每相邻计数点之间有四个点未画出,分别用s1、s2、s3、s4、s5表示各计数点间的距离,已知打点计时器的频率f。图中相邻计数点间的时间间隔T_(用f表示),计算重力加速度的公式是g_(用f、s2、s5表示),计数点5的速度公式是v5_(用f、s4、s5表示)。解析:由于打点计时器的频率为f,故打下的两个点间的时间间隔为,又因为每相邻计数点之间有四个点未画出,故图中相邻计数点间的时间间隔T;如果用f、s2、s5表示重力加速度,则s5s2g(52)T23g2,则计算重力加速度的公式是g;如果用f、s4、s5表示加速度,则g,点4的瞬时速度为v4,又因为v5v4gT,故代入解之得v5。答案:2(2018届高三吉林大学附中检测)某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验,在实验中,该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力。(1)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面做法必要的是_。A实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B实验操作时要先放小车,后接通电源C在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好D在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有_。(3)如图为实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点来探究“动能定理”。已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量,另外,小车的质量为M,砂和砂桶的总质量为m。请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来_。解析:(1)实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作,以保证小车所受合外力恰好是细线的拉力,故A正确;实验时,若先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,故B错误;在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近测量误差越大,故C错误;在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,这样才能使得砂和砂桶的总重力近似等于细线对小车的拉力,故D正确。(2)由于实验需要测量小车速度,速度是利用打点计时器打的纸带计算得出的,故需要测量点距,需要刻度尺;本实验还要测量质量,故需要天平。(3)小车的质量为M,砂和砂桶的总质量为m,M远大于m。则细线对小车的作用力等于砂和砂桶的总重力mg,所以恒力对小车做的功可表示为:mgx。由v得:vA,vB,所以小车动能的改变量为EkMvB2MvA2,本实验就是要验证减少的重力势能是否等于增加的动能,即mgx。答案:(1)AD(2)刻度尺、天平(3)mgx3如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置,某同学完成了一系列实验操作后,得到了如图乙所示的一条纸带。现选取纸带上某清晰的点标为0,然后每两个计时点取一个计数点,分别标记为1、2、3、4、5、6,用刻度尺量出计数点1、2、3、4、5、6与0点的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6。(重力加速度为g)(1)已知打点计时器的打点周期为T,可求出打各个计数点时对应的速度分别为v1、v2、v3、v4、v5,其中v5的计算式v5_。(2)若重锤的质量为m,取打点0时重锤所在水平面为参考平面,分别算出打各个计数点时对应重锤的势能Epi和动能Eki,则打计数点3时对应重锤的势能Ep3_(用题中所给物理量的符号表示);接着在Eh坐标系中描点作出如图丙所示的Ekh和Eph图线,求得Eph图线斜率的绝对值为k1,Ekh图线的斜率为k2,则在误差允许的范围内,k1_k2(选填“”“”或“”)时重锤的机械能守恒。(3)关于上述实验,下列说法中正确的是_。A实验中可用干电池作为电源B为了减小阻力的影响,重锤的密度和质量应该适当大些C实验时应先释放纸带后接通电源D图丙Ekh图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能(4)无论如何改进实验方法和措施,总有重力势能的改变量大于动能的改变量,原因是:_。解析:(1)计数点5的瞬时速度等于4、6两点间的平均速度,则v5。(2)打计数点3时对应重锤的势能Ep3mgh3,根据图像可知,每一段对应的重力势能减小量和动能增加量相等,那么机械能守恒,即图线的斜率大小相同,才能满足条件,因此k1k2。(3)实验中打点计时器使用的是交流电源,不可用干电池作为电源,故A错误;为了减小阻力的影响,重锤的密度和质量应该适当大些,故B正确;实验时应先接通电源,再释放纸带,故C错误;图丙Ekh图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的初动能,故D正确。(4)无论如何改进实验方法和措施,总有重力势能的改变量大于动能的改变量,原因是重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力作用。答案:(1)(2)mgh3(3)BD(4)重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力作用考点三“弹簧”“橡皮条”类实验夯基固本1探究弹力和弹簧伸长的关系的操作关键(1)实验中不能挂过多的钩码,防止弹簧超过弹性限度。(2)画图像时,不要连成“折线”,而应尽量让坐标点落在同一直线上,不能落在直线上的点应均匀分布在直线两侧。2验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸,结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。重点清障1刻度尺及弹簧测力计的读数(1)以mm为最小刻度值的刻度尺,要估读到mm的十分位,如诊断卷第7题,甲的读数为7.73 cm,乙的读数为14.66 cm。(2)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值,再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1 N,则要估读,即有两位小数,如分度值为0.2 N,则小数点后只能有一位小数。2Fx和Fl图像的特点(1)Fx为一条过原点的直线,而Fl为一条倾斜直线但不过原点。(2)Fx图线和Fl图线的斜率均表示弹簧(或橡皮筋)的劲度系数。(3)Fl图线在l轴的截距表示弹簧(或橡皮筋)的原长。(4)Fx和Fl图线发生弯曲的原因是弹簧(或橡皮筋)超出了弹性限度。如诊断卷第7题图丙。3在验证力的平行四边形定则的实验中,利用平行四边形定则求得的合力与测得的合力一般不完全重合。如诊断卷第8题的第(1)问。1某同学从学校的实验室里借来两个弹簧测力计,在家里做实验验证力的平行四边形定则。按如下步骤进行实验。用完全相同的两个弹簧测力计进行操作,弹簧测力计A挂于固定点C,下端用细线挂一重物G,弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉至水平,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)弹簧测力计A的指针如图1所示,由图可知拉力的大小为_ N(本实验用的弹簧测力计示数的单位为N);由实验作出FA和FB的合力F的图示(如图2所示),得到的结果符合事实的是_。(填“甲”或“乙”)(2)本实验采用的科学方法是_(填正确答案标号)。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(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,下列解决办法可行的是_。A改变弹簧测力计B拉力的大小B减小重物M的质量C将A更换成量程较小的弹簧测力计D改变弹簧测力计B拉力方向解析:(1)由题图知,弹簧测力计A的最小刻度值为0.2 N,读数为5.8 N。用平行四边形定则求出的合力可以与重力的方向有偏差,但悬挂重物的线应该竖直向下,故甲图实验得到的结果符合实验事实。(2)本实验中,需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效果相同,即采用了等效替代法。(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力的方向已确定,所以要么减小重物的重量,要么改变测力计B拉细线的方向,或改变弹簧测力计B拉力的大小,从而使测力计A不超出量程,故A、B、D正确。答案:(1)5.8甲(2)B(3)ABD2在“探究弹力和弹簧伸长的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中,实验装置如图甲所示。所悬挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。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。作出弹簧的长度(x)随钩码个数(n)变化的图像如图乙所示,则:(1)图线与x轴的交点的物理意义是_;(2)图线BC段偏离了直线,其原因是_;(3)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比,优点在于_,缺点在于_。解析:(1)图线与x轴的交点的物理意义表示钩码个数n0时弹簧的长度,即为弹簧的原长;(2)根据胡克定律可知,在弹性限度内,弹簧的弹力与形变量成正比,因此随着所挂钩码的改变,图像应为一条倾斜直线,图线BC段偏离了直线,说明弹簧的弹力与形变量不成正比关系,因此其原因为超出了弹簧的弹性限度;(3)当弹簧竖直放置时,弹簧实际自身有重力,会对弹簧产生拉力,因此改为水平放置时可以避免弹簧自身所受重力对实验的影响,但是此时弹簧与桌面、绳子与滑轮间的摩擦却不可避免,成为它的缺点。答案:(1)弹簧的原长(2)超出弹簧的弹性限度(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与桌面、绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差第二讲力学创新实验考点一试题情景的设计与创新1.考查利用能量守恒定律测动摩擦因数某同学用如图所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数。图中长木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在O点相切,一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置,圆弧曲面与标尺竖直面相切。(1)在A点由静止释放物块,物块经圆弧轨道滑上长木板,最后停在a点,改变滑块释放的位置于B点,物块最后停在长木板上的b点,量出A、B间的高度h,a、b间的距离L,重力加速度为g,则物块与长木板间的动摩擦因数_。(2)为了减小实验误差,多次改变物块释放的位置,测出每次物块释放的位置离A点的高度h,最后停在长木板上的位置离O点的距离为x,作出xh图像,则作出的图像应该是_(填“过原点”或“不过原点”)的一条倾斜的直线,求出图像的斜率为k,则物块与长木板面间的动摩擦因数为_。解析:(1)由能量守恒可知,mghmgL,得。(2)设OA间的高度为H,则mg(hH)mgx,得xhH,因此图线是一条不过原点的倾斜直线,图线的斜率k,得。答案:(1)(2)不过原点2利用钢球摆动验证机械能守恒定律某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek,就能验证机械能是否守恒。(1)用Epmgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。A钢球在A点时的顶端B钢球在A点时的球心C钢球在A点时的底端(2)用Ekmv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图所示,其读数为_cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s。则钢球的速度为v_m/s。(3)下表为该同学的实验结果:Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的Ep与Ek之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。解析:(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化。(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位,由v代入数据可计算出相应速度。(3)从表中数据可知EkEp,若有空气阻力,则应为EkEp,所以不同意他的观点。(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度,因此由Ekmv2计算得到的Ek偏大,要减小Ep与Ek的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度。答案:(1)B(2)1.50(1.491.51都算对)1.50(1.491.51都算对)(3)不同意,因为空气阻力会造成Ek小于Ep,但表中Ek大于Ep。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算Ek时,将v折算成钢球的速度vv。3利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)。完成下列填空:(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg。(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为_kg。(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示。序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N;小车通过最低点时的速度大小为_m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留两位有效数字)解析:(2)题图(b)中托盘秤的示数为1.40 kg。(4)小车5次经过最低点时托盘秤的示数平均值为m kg1.81 kg。小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为F(m1.00)g(1.811.00)9.80 N7.9 N由题意可知小车的质量为m(1.401.00)kg0.40 kg对小车,在最低点时由牛顿第二定律得Fmg,解得v1.4 m/s。答案:(2)1.40(4)7.91.4考点二实验器材的等效与替换4.用电子秤替换弹簧测力计一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶_时电子秤的示数F。(2)如图(b),将三根细线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,在白纸上记下结点O的位置、_和电子秤的示数F1。(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使_和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示,若_,则平行四边形定则得到验证。解析:(1)要测量装满水的水壶的重力,应记下水壶静止时电子秤的示数F。(2)要画出平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O点位置不能变化,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示,若F和F在误差范围内重合,则平行四边形定则得到验证。答案:(1)静止(2)三根细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F在误差范围内重合5气垫导轨、拉力传感器、光电门替换长木板、打点计时器某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平,安装好实验器材,从图中读出两光电门中心之间的距离s_ cm;(2)测量挡光条的宽度d,记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F,为了完成实验,还需要直接测量的一个物理量是_;(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量?_(填“是”或“否”)解析:(1)光电门1处刻度尺读数为:20.0 cm,光电门2处刻度尺读数为:70.0 cm,故两光电门中心之间的距离s70.0 cm20.0 cm50.0 cm;(2)由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。滑块通过光电门1速度为:v1滑块通过光电门2速度为:v2根据功能关系需要验证的关系式为:FsMv22Mv12M2M2,可见还需要测量出M,即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量;(3)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小,不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力,故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。答案:(1)50.0(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否考点三实验结论的拓展与延伸6.由探究牛顿第二定律拓展到测动摩擦因数如图所示为一小滑块下滑过程的频闪照片示意图。已知频闪相机每隔0.05 s闪光一次,照片中的数字是滑块滑下的距离。(1)根据图中的数据如何判定滑块的运动是匀变速运动?答:_;(2)滑块下滑过程中的加速度大小a_m/s2;(3)滑块下滑过程中经过位置3时速度大小v3_m/s;(4)已知斜面固定在水平面上,倾角为37,则滑块与斜面间的动摩擦因数_。(已知sin 370.6,cos 370.8,g10 m/s2,以上结果均要求保留两位有效数字)解析:(1)由图示可知:x2x14.48 cm3.51 cm0.97 cm0.009 7 m,x3x25.49 cm4.48 cm1.01 cm0.010 1 m,x4x36.50 cm5.49 cm1.01 cm0.010 1 m,由此可知,在误差允许的范围内,滑块在相邻相等时间内的位移差相等,滑块做匀变速直线运动。(2)由(1)可知:x0.010 0 m,由xat2可知,加速度:a m/s24.0 m/s2;(3)滑块下滑过程中经过位置3时速度大小v3 m/s1.0 m/s;(4)由牛顿第二定律得:agsin 37gcos 37,解得:0.25。答案:(1)在误差允许范围内,滑块在相邻相等时间内的位移差相等(2)4.0(3)1.0(4)0.257由测定加速度延伸为测定交流电的频率某同学用图(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s18.89 cm,s29.50 cm,s310.10 cm;当地重力加速度大小为9.80 m/s2,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)重物匀加速下落时,根据匀变速直线运动的规律得vBf(s1s2)vCf(s2s3)由s3s12aT2得a。(2)根据牛顿第二定律,有mgkmgma根据以上各式,化简得f代入数据可得f40 Hz。答案:(1)f(s1s2)f(s2s3)f2(s3s1)(2)40考点一试题情景的设计与创新最近几年的考题在试题情景的设计上进行了较多的创新,不过其考查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,最根本的方法是要把其从新情景中分离出来,找出与常规实验的相通之处,然后运用熟悉的实验原理和数据处理方法进行解答。需要考生在常规实验的基础上学会灵活变通1利用打点计时器或光电门和运动学规律测出滑块加速度,再利用牛顿第二定律得到动摩擦因数,是常见的实验思想。诊断卷第1题是利用能量守恒定律,滑块重力做的功与克服摩擦力所做的功的关系测得动摩擦因数,这是本实验情景设计上的创新之处。2在诊断卷第2题中,利用小球由静止向下摆动的过程验证机械能守恒定律是实验情景的创新,本题由于用遮光条的速度作为小球的速度,出现了EkEp的反常实验结论,是属于问题设计上的创新。3在诊断卷第3题中,利用凹形桥模拟器和托盘秤测量玩具小车到达凹形桥最低点的速度,是从实验器材、测量原理到测量物理量的整体创新,试题难度相对较大。在解答本题时要注意区别几个示数:图(a)所示对应的示数1.00 kg为凹形桥模拟器的质量;图(b)所示的示数与图(a)中示数之差为玩具小车的质量;表格中示数的平均值对应的力与凹形桥模拟器的重力之差为小车在凹形桥最低点时对桥的压力。1(2016四川高考)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,右端在O点;在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点间距离s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A,静止释放,计时器显示遮光片从B到C所用的时间t,用米尺测量A、O之间的距离x。(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_。(2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量_。A弹簧原长B当地重力加速度C滑块(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x,计时器显示时间t将_。A增大B减小C不变解析:(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动,故滑块的速率v。(2)根据功能关系,弹簧的弹性势能Epmv2,所以要求弹性势能,还需要测得滑块的质量,故选项C正确。(3)弹簧的形变量越大,弹性势能越大,滑块离开弹簧时的速度越大,滑块从B运动到C的时间越短,故x增大时,计时器显示时间t将变小,故选项B正确。答案:(1)v(2)C(3)B2某同学利用如图甲所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒。在圆弧槽轨道的末端安装一个光电门B,圆弧槽末端水平。地面上铺有白纸,白纸上铺有复写纸,让小球从圆弧槽上固定位置A点由静止释放,通过光电门后落在地面的复写纸上,在白纸上留下打击印。重复实验多次,测得小球通过光电门B的平均时间为t2.50 ms。(当地重力加速度g9.8 m/s2)(1)用游标卡尺测得小球直径如图乙所示,则小球直径为d_mm,由此可知小球通过光电门的速度vB_m/s。(2)实验测得轨道末端离地面的高度h0.441 m,小球的平均落点P到轨道末端正下方O点的距离x0.591 m,则由平抛运动规律解得小球平抛的初速度v0_m/s。(3)在误差允许范围内,实验结果中小球通过光电门的速度vB与由平抛运动规律求解的平抛初速度v0满足_关系,就可以认为平抛运动过程中机械能是守恒的。解析:(1)小球的直径d5 mm0.05 mm05.00 mm小球通过光电门的速度vB2.0 m/s。(2)由平抛运动规律可得:xv0t,hgt2,可求得v01.97 m/s。(3)在误差允许范围内,可认为vBv0,平抛运动过程中机械能是守恒的。答案:(1)5.002.0(2)1.97(3)vBv0(相等)3(2017淮北市一模)某兴趣小组的同学看见一本物理书上说“在弹性限度内,劲度系数为k的弹簧,形变量为x时弹性势能为Epkx2。”为了验证这个结论,该小组就尝试用“研究加速度与合外力、质量关系”的实验装置(如图甲)设计了以下实验步骤:A将长木板放置在水平桌面上,并将其右端适当垫高,在它的左端固定一轻质弹簧,通过细绳与小车左端相连,小车的右端连接穿过打点计时器的纸带;B将弹簧拉伸x后用插销锁定,测出其伸长量x;C合上打点计时器的电源开关后,拔掉插销解除锁定,小车在弹簧作用下运动到左端;D在纸带上某处选取合适的A点,测出小车获得的速度v;E取不同的x重复以上步骤多次,记录数据并利用功能关系分析结论。实验中已知小车的质量为m,弹簧的劲度系数为k,则:(1)将长木板右端适当垫高,其作用是_;(2)在步骤D中,所选取的A点位置应在图乙中的_段(选填“s1”“s2”或“s3”);(3)若Epkx2成立,则实验中测量出物理量x与m、k、v关系式是x_。解析:(1)根据实验原理可知,为了让弹簧的弹力更加接近于小车受到的合外力,长木板右端需要适当垫高,其作用是平衡摩擦力;(2)根据实验原理,s2段点间距均匀,为匀速直线运动阶段,说明小车速度达到最大,故纸带上A点位置应在s2段;(3)根据实验过程可知,弹簧的弹性势能转化为了小车的动能,由机械能守恒定律有:Epkx2mv2解得:xv。答案:(1)平衡摩擦力(2)s2(3)v考点二实验器材的等效与替换实验器材的等效与替换是实验考题的主要创新设计思路之一。从近几年的高考命题来看,主要有以下几个方向:(1)用气垫导轨代替长木板,用光电门、频闪相机代替打点计时器(如诊断卷第5题);(2)用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计(如诊断卷第4题)。需要考生学会迁移应用1实验器材替换,解决问题的思维方式不变,如诊断卷第4题,用电子秤代替弹簧测力计,测出水壶的重力及F1和F2的合力大小。(b)、(c)图中的两次测量,分别测出F1和F2,且必须保证结点位置不变(作用效果相同)。2气垫导轨代替长木板时,应调整导轨水平,不必平衡摩擦力。3拉力传感器的示数即为细线对滑块的拉力,与钩码质量大小无关。如诊断卷第5题第(3)问。1某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中,先后通过光电门A、B,计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h,钢球直径为D,当地的重力加速度为g。(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径D,读数如图乙所示,则D_cm。(2)要验证机械能守恒,需要比较_。AD2与
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