新高考物理二輪復(fù)習(xí)專題六第1講力學(xué)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新學(xué)案

專題六物理實(shí)驗(yàn)第1講力學(xué)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新考情速覽·明規(guī)律高考命題點(diǎn)命題軌跡情境圖長(zhǎng)度測(cè)量及讀數(shù)17(3)22題18(1)22題通過力的測(cè)量進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)2017Ⅲ卷222018Ⅰ卷222019Ⅲ卷222020通過測(cè)量速度、加速度的實(shí)驗(yàn)2016Ⅰ卷22Ⅲ卷2316(1)22題16(3)23題19(1)22題19(2)22題20(3)22題2019Ⅰ卷22Ⅱ卷222020Ⅲ卷22拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2016Ⅱ卷2216(2)22題17(1)22題17(2)22題18(2)23題20(1)23題20(2)22題2017Ⅰ卷22Ⅱ卷222018Ⅱ卷23Ⅲ卷222020Ⅰ卷23Ⅱ卷22命題熱點(diǎn)·巧突破考點(diǎn)一長(zhǎng)度測(cè)量及讀數(shù)1．(2020·廣東揭陽(yáng)一模)某同學(xué)用頻閃照相法“研究小球的自由落體運(yùn)動(dòng)”，選擇一張清晰的頻閃照片，剪掉前面小球重疊部分進(jìn)行研究，如圖．已知小球在釋放位置時(shí)，球心與刻度尺的零刻度線對(duì)齊．根據(jù)照片中刻度尺的數(shù)據(jù)，請(qǐng)讀出小球運(yùn)動(dòng)到照片中第5個(gè)像點(diǎn)時(shí)下落的高度為_0.212_0__m.【解析】由題圖可知，下落的高度h＝21.20cm＝0.2120m.2．(2019·山東煙臺(tái)期末)圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)是_10.50__mm，螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是_5.315(5.312～5.318)__mm.【解析】游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：1.0cm＝10mm，游標(biāo)尺上第10個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，所以游標(biāo)尺讀數(shù)為10×0.05mm＝0.50mm，所以最終讀數(shù)為：10mm＋0.50mm＝10.50mm.螺旋測(cè)微器的固定刻度為5.0mm，可動(dòng)刻度為31.5×0.01mm＝0.315mm，所以最終讀數(shù)為5.0mm＋0.315mm＝5.315mm(5.312～5.318mm)．3．(2020安徽蚌埠二次質(zhì)檢)用螺旋測(cè)微器測(cè)量一根導(dǎo)體棒的直徑，刻度如圖1甲所示，讀數(shù)為_4.223(4.222～4.225)__mm；小明用游標(biāo)為20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量某個(gè)圓筒的深度，部分刻度如圖乙所示，讀數(shù)為_2.185__cm.【解析】螺旋測(cè)微器的固定刻度為4.0mm，可動(dòng)刻度為22.3×0.01mm＝0.223mm，所以最終讀數(shù)為4.0mm＋0.223mm＝4.223mm；這種游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺刻度是把主尺刻度19mm的長(zhǎng)度，分為20等份，每等份為0.95mm，游標(biāo)尺上第17個(gè)刻度和主尺上38mm刻度對(duì)齊，讀數(shù)為38mm－17×0.95mm＝21.85mm＝2.185cm.考點(diǎn)二通過力的測(cè)量進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)考向1“橡皮條”類實(shí)驗(yàn)1．(2020·安徽安慶聯(lián)考)在做“驗(yàn)證力的平行四邊行定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩．實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，第一次是通過兩根細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條，第二次是通過一根細(xì)繩用一個(gè)彈簧重拉橡皮條．(1)某次實(shí)驗(yàn)用一個(gè)彈簧秤把橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_4.00__N.(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(AD)A．本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是等效替代法B．第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩細(xì)繩的夾角應(yīng)越大越好C．第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，只須記下彈簧秤的示數(shù)就行D．兩次實(shí)驗(yàn)都要將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置(3)請(qǐng)?zhí)嵋粭l對(duì)減小本實(shí)驗(yàn)誤差有益的建議_拉細(xì)線時(shí)，細(xì)線要平行于桌面；兩細(xì)繩的夾角不宜太大，也不宜太小__．【解析】(1)彈簧秤的讀數(shù)為：F＝4.00N.(2)本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)彈簧秤把橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)和兩個(gè)彈簧秤把橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)的效果相同，即為等效替代，故A正確；第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩細(xì)繩的夾角應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，不要太大，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)要記下力的大小和方向，故C錯(cuò)誤；要兩次實(shí)驗(yàn)達(dá)到相同的效果，則要橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置，故D正確．(3)拉細(xì)線時(shí)，細(xì)線要平行于桌面，兩細(xì)線的夾角不宜太大，也不宜太?。枷?“彈簧”類實(shí)驗(yàn)2．(2020·河北承德一中模擬)另一實(shí)驗(yàn)小組在同一實(shí)驗(yàn)的研究性學(xué)習(xí)中，利用所學(xué)的知識(shí)解決了如下問題：一輕質(zhì)彈簧豎直懸掛于某一深度為h＝35.0cm，且開口向下的小筒中(沒有外力作用時(shí)彈簧的下端位于筒內(nèi)，用測(cè)力計(jì)可以同彈簧的下端接觸)，如圖甲所示，若本實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度測(cè)量工具只能測(cè)量露出筒外彈簧的長(zhǎng)度l，現(xiàn)要測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)l0和彈簧的勁度系數(shù)，該同學(xué)通過改變l而測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈力F，作出F－l圖像如圖乙所示，則彈簧的勁度系數(shù)為k＝_200__N/m，彈簧的原長(zhǎng)l0＝_25__cm.【解析】根據(jù)胡克定律F與l的關(guān)系式為：F＝k(l＋h－l0)＝kl＋k(h－l0)，從圖像中可得直線的斜率為2N/cm，截距為20N，故彈簧的勁度系數(shù)為：k＝2N/cm＝200N/m.由k(h－l0)＝20N，于是：l0＝25cm.3．(2020·廣西柳州聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的裝置測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)k.當(dāng)掛在彈簧下端的砝碼處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，測(cè)出彈簧受到的拉力F與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度L(彈簧始終在彈性限度內(nèi))，列表記錄如下(1)下表記錄的是該同學(xué)已測(cè)出的6個(gè)值，其中有一個(gè)數(shù)值在記錄時(shí)有誤，它是_C__.測(cè)量記錄表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)iFi(N)Li(cm)10.494.4020.986.1231.4741.969.6052.4511.362.9413.10A．L1 B．L2C．L5 D．L6(2)根據(jù)乙圖示數(shù)，表中還沒有記錄的測(cè)量值L3＝_7.92__cm；(3)設(shè)彈簧每增加拉力ΔF對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量為ΔL，則此彈簧的勁度系數(shù)的表達(dá)式k＝eq\f(ΔF,ΔL)；(4)因?yàn)橹鸩罘ǔＳ糜谔幚碜宰兞康乳g距變化的數(shù)據(jù)組，所以小組一成員用逐差法求出ΔL的平均值Δeq\x\to(L)來減小實(shí)驗(yàn)誤差，試用L1、L2、L3、L4、L5、L6表示ΔL的平均值Δeq\x\to(L)＝eq\f(L4＋L5＋L6－L1＋L2＋L3,9).【解析】(1)刻度尺讀數(shù)應(yīng)估讀到最小分度(毫米刻度)的下一位，故第5組數(shù)據(jù)有誤，正確結(jié)果應(yīng)為11.30cm.(2)根據(jù)乙圖示數(shù)L3＝79.2mm＝7.92cm(3)根據(jù)胡克定律可知：k＝eq\f(ΔF,ΔL)；④根據(jù)逐差規(guī)律得：3ΔL1＝L6－L3；3ΔL2＝L5－L2；3ΔL3＝L4－L1；則ΔL的平均值為：Δeq\x\to(L)＝eq\f(1,3)(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3)＝eq\f(L4＋L5＋L6－L1＋L2＋L3,9).考向3驗(yàn)證力與加速度的關(guān)系4．(2020·江蘇模擬三)某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲以如圖甲裝置中的滑塊為對(duì)象驗(yàn)證“牛頓第二定律”，裝置由彈簧測(cè)力計(jì)、氣墊導(dǎo)軌、兩個(gè)光電門、滑塊和砝碼盤(含砝碼)等組成．光電門可以測(cè)出滑塊的遮光條依次分別通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1、Δt2，游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的寬度d，導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測(cè)出兩個(gè)光電門間的距離L，另用天平測(cè)出滑塊、砝碼盤(含砝碼)的質(zhì)量分別為M和m，不計(jì)滑輪的重量和摩擦．(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d如圖乙所示，則d＝_1.015__cm(2)實(shí)驗(yàn)操作中，下列說法正確的是(AD)A．該裝置可以不平衡摩擦力．只需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平B．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證質(zhì)量m遠(yuǎn)小于質(zhì)量MC．實(shí)驗(yàn)時(shí)，多次在同一條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)取遮光條通過兩光電門時(shí)間的平均值減小系統(tǒng)誤差D．如果氣墊導(dǎo)軌水平，則輕推滑塊勻速滑動(dòng)時(shí)通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1和Δt2必相等(3)該裝置中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為F＝eq\a\vs4\al(\f(Md2,4L)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt22)－\f(1,Δt12)))).(4)對(duì)質(zhì)量保持不變的過程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出滑塊的加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F的關(guān)系圖像，最符合本實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況的是(A)【解析】(1)由圖示游標(biāo)卡尺可知，其示數(shù)為：10mm＋3×0.05mm＝10.15mm＝1.015cm.(2)實(shí)驗(yàn)前要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，因有彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出拉力，則不需要平衡摩擦力，故A正確；滑塊受到的拉力可以由測(cè)力計(jì)讀出，實(shí)驗(yàn)中不需要保證質(zhì)量m遠(yuǎn)小于質(zhì)量M，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，多次在同一條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)取遮光條通過兩光電門時(shí)間的平均值以減小偶然誤差，故C錯(cuò)誤；如果氣墊導(dǎo)軌水平則輕推滑塊勻速滑動(dòng)時(shí)，通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1和Δt2必相等，故D正確；(3)滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度：v1＝eq\f(d,Δt1)v2＝eq\f(d,Δt2)滑塊的加速度：a＝eq\f(v\o\al(2,2)－v\o\al(2,1),2L)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2,2L)對(duì)滑塊，由牛頓第二定律得：2F＝Ma則：F＝eq\f(1,2)Ma＝eq\f(M,4L)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2))(4)質(zhì)量不變，由牛頓第二定律得：a＝eq\f(2,M)F，M不變，a與F成正比，a－F是正比例函數(shù)圖像，故A正確，BCD錯(cuò)誤．考點(diǎn)三通過測(cè)量速度、加速度的實(shí)驗(yàn)速度、加速度的求解方法“平均速度法”求速度即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，如圖所示．“逐差法”求加速度即a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準(zhǔn)確度，若為奇數(shù)段，則去掉第一段轉(zhuǎn)化為偶數(shù)段采用上述方法處理．“圖像法”求加速度即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫出v－t圖像，直線的斜率即表示加速度.考向1“平均速度法”求速度1．(2020·新課標(biāo)卷Ⅲ)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理．調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)并打出紙帶．某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示．已知打出圖(b)中相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vB＝_0.36__m/s，打出P點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vP＝_1.80__m/s(結(jié)果均保留2位小數(shù))．若要驗(yàn)證動(dòng)能定理，除了需測(cè)量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為_B、P之間的距離__．【解析】由勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于平均速度vB＝eq\f(4.00－2.56×10－2,0.04)m/s＝0.36m/s；vP＝eq\f(57.86－50.66×10－2,0.04)m/s＝1.80m/s，驗(yàn)證動(dòng)能定理需要求出小車運(yùn)動(dòng)的過程中拉力對(duì)小車做的功，所以還需要測(cè)量對(duì)應(yīng)的B、P之間的距離．2．(2020·安徽黃山一模)某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，讓小球從A點(diǎn)自由下落，下落過程中經(jīng)過A點(diǎn)正下方的光電門B時(shí)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門時(shí)間t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.(1)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，該實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)量下列哪些物理量(BD)A．小球的質(zhì)量m B．AB之間的距離HC．小球從A到B的下落時(shí)間tAB D．小球的直徑d(2)小球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,t)(用題中所給的物理量表示)．(3)調(diào)整AB之間距離H，多次重復(fù)上述過程，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖像如圖所示，當(dāng)小球下落過程中機(jī)械能守恒時(shí)，該直線斜率k0＝eq\f(2g,d2).(4)在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)際繪出eq\f(1,t2)－H圖像的直線斜率為k(k＜k0)，則實(shí)驗(yàn)過程中所受的平均阻力f與小球重力mg的比值eq\f(f,mg)＝eq\f(k0－k,k0)(用k、k0表示)．【解析】(1)根據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式可知，方程兩邊可以約掉質(zhì)量，因此不需要測(cè)量質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測(cè)量的是A點(diǎn)到光電門B的距離H，故B正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度，不需要測(cè)量下落時(shí)間，故C錯(cuò)誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度時(shí)，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測(cè)量小球的直徑，故D正確．故選BD．(2)已知經(jīng)過光電門時(shí)的時(shí)間和小球的直徑；則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時(shí)的速度；故v＝eq\f(d,t)；(3)若減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒；則有：mgH＝eq\f(1,2)mv2；即：2gH＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2解得：eq\f(1,t2)＝eq\f(2g,d2)·H，那么該直線斜率k0＝eq\f(2g,d2).(4)乙圖線eq\f(1,t2)＝kH，因存在阻力，則有：mgH－fH＝eq\f(1,2)mv2；所以重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為eq\f(f,mg)＝eq\f(k0－k,k0).考向2“逐差法”求加速度3．(2019·全國(guó)卷Ⅰ·22)某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究．物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出．在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是_A__點(diǎn)，在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為_0.233__m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為_0.75__m/s2(保留2位有效數(shù)字)．【解析】分析可知，物塊沿傾斜長(zhǎng)木板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，紙帶上的點(diǎn)跡，從A到E，間隔越來越大，可知，物塊跟紙帶的左端相連，紙帶上最先打出的是A點(diǎn)；在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)瞬間，物塊的速度vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(4.65×10－2,2×0.1)m/s＝0.233m/s；根據(jù)逐差法可知，物塊下滑的加速度a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(6.15－3.15×10－2,4×0.12)m/s2＝0.75m/s2.4．某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50Hz.甲乙(1)實(shí)驗(yàn)過程中，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)操作有誤，當(dāng)砝碼盤及砝碼下降一段時(shí)間后，趕緊用手托住砝碼盤，小車?yán)^續(xù)拖著紙帶在木板上運(yùn)動(dòng)，但沒有到達(dá)滑輪處．打出的紙帶如圖乙所示，從紙帶上點(diǎn)跡分析，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)現(xiàn)的問題可能是_沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠__．(2)圖乙中，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1s．則計(jì)數(shù)點(diǎn)3對(duì)應(yīng)的速度大小是_0.30_m/s__，小車減速運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小是_0.40_m/s2__.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)該實(shí)驗(yàn)中，改變拉力或小車質(zhì)量后，在實(shí)際操作過程中，對(duì)小車所放的位置、接通電源與放開小車的先后順序及小車運(yùn)動(dòng)的控制等描述，你認(rèn)為正確的是(C)A．小車應(yīng)盡量遠(yuǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先放開小車后接通電源，在小車到達(dá)滑輪前按住小車B．小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源后放開小車，讓小車一直到與滑輪相撞為止C．小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源后放開小車，在小車到達(dá)滑輪前按住小車D．小車應(yīng)盡量放在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與滑輪的中間，先接通電源后放開小車，在小車到達(dá)滑輪前按住小車【解析】(1)由題意知，第5點(diǎn)以后，間距是逐漸減小的，顯然小車在做減速直線運(yùn)動(dòng)，則小車是未平衡摩擦力或平衡不足；(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，則有打下3點(diǎn)的速度v3＝eq\x\to(v)24＝eq\f(2.51＋3.51×10－2,2×0.1)m/s＝0.30m/s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式Δx＝aT2，得：a＝eq\f(x7－x5,2T2)＝eq\f(3.41－4.20×10－2,2×0.12)m/s2＝－0.40m/s2，則加速度的大小為0.40m/s2；(3)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用要求，應(yīng)先通電再釋放小車，且小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C合理．考向3“圖像法”求加速度5．(2020·江蘇海安聯(lián)考)如圖甲所示，小虎同學(xué)將氣墊導(dǎo)軌的右支撐點(diǎn)調(diào)高支成斜面，用圖示裝置測(cè)量滑塊沿氣墊導(dǎo)軌下滑的加速度．遮光片P固定在滑塊的左端并與滑塊左端平齊，光電門固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)光孔與導(dǎo)軌上的位置A對(duì)齊．讓滑塊左端位于斜面上的位置B處，打開氣源，將滑塊由靜止釋放，測(cè)得AB氣墊導(dǎo)軌的距離L、遮光片的寬度及遮光時(shí)間，算出遮光片通過光電門的平均速度eq\x\to(v)，視為小車左端到達(dá)A處時(shí)的速度，從而測(cè)出滑塊下滑的加速度．(1)小虎運(yùn)用該方案測(cè)得加速度的表達(dá)式為a＝eq\f(\x\to(v)2,2L)；(2)為了更精確地測(cè)得小車的加速度，小芳對(duì)方案進(jìn)行了改進(jìn)：運(yùn)用同一氣墊導(dǎo)軌裝置，僅換用不同寬度的遮光片固定在滑塊的左端并與滑塊左端平齊，讓滑塊左端位于斜面上的同一位置B處，打開氣源，將滑塊由靜止釋放，記錄每次實(shí)驗(yàn)遮光片的寬度Δx和遮光時(shí)間t，并算出各次遮光片通過光電門的平均速度eq\x\to(v)，記錄數(shù)據(jù)并作出eq\x\to(v)－t圖像(如圖乙所示)．根據(jù)圖像，滑塊左端過A處的瞬時(shí)速度大小為_0.30±0.02__m/s，滑塊的加速度大小為_3.2±0.2__m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)你認(rèn)為小芳的新方案中，考慮遮光片的質(zhì)量變化，在換用不同遮光片時(shí)，測(cè)得的加速度應(yīng)該_一樣__(選填“一樣”、“不一樣”)．【解析】(1)根據(jù)速度與時(shí)間的關(guān)系得：eq\x\to(v)2＝2aL，解得：a＝eq\f(\x\to(v)2,2L).(2)滑塊通過光電門的過程為初速度為vA的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，Δx＝vAt＋eq\f(1,2)at2，則eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,t)＝vA＋eq\f(1,2)at，所以eq\x\to(v)－t的斜率k＝eq\f(1,2)a，縱軸的截距表示vA的大小，則vA＝0.30m/s，加速度a＝2k＝2×eq\f(0.45－0.30,100×10－3)m/s2＝3.0m/s2.(3)根據(jù)牛頓第二定律，滑塊下滑過程中，mgsinθ＝ma，a＝gsinθ，加速度與質(zhì)量無關(guān)，故在只更換不同遮光片時(shí)，測(cè)得的加速度是一樣的．考點(diǎn)四拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的3個(gè)特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．(2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法等融入實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中．(3)在試題表現(xiàn)形式上，由單一、基本的形式向綜合、開放的形式發(fā)展；在試題內(nèi)容的變化上，主要有實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理的遷移，實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法的改變，實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的變換，演變計(jì)算題為實(shí)驗(yàn)問題等．考向1測(cè)量重力加速度1．(2020·江蘇高考真題)疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主開展實(shí)驗(yàn)探究．用拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，利用圖片中小球的位置來測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，?shí)驗(yàn)裝置如題圖1所示．(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作實(shí)驗(yàn)中下落物體的是_小鋼球__．(2)下列主要操作步驟的正確順序是_①③④②__.(填寫各步驟前的序號(hào))①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③固定在三角架上，調(diào)整好鏡頭的位置④打開攝像功能，開始攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中的小球和刻度如題圖2所示．已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時(shí)間間隔為eq\f(1,6)s，刻度尺的分度值是1mm，由此測(cè)得重力加速度為_9.61(9.5～9.7)__m/s2.(4)在某次實(shí)驗(yàn)中，小明釋放小球時(shí)手稍有晃動(dòng)，視頻顯示小球下落時(shí)偏離了豎直方向．從該視頻中截取圖片，_仍能__(選填“仍能”或“不能”)用(3)問中的方法測(cè)出重力加速度．【解析】(1)要測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣刃枰M量減小空氣阻力的影響，所以密度大體積小的小鋼球最適合；(2)要完成實(shí)驗(yàn)首先應(yīng)該將刻度尺豎直固定在墻上，安裝好三腳架，調(diào)整好攝像頭的位置；因?yàn)橄侣鋾r(shí)間很短，所以一定要先打開攝像頭開始攝像，然后在將小球從刻度尺旁靜止釋放，故順序?yàn)棰佗邰堍冢?3)由三張圖片讀出小球所在位置的刻度分別為2.50cm,26.50cm,77.20cm；小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)Δx＝gT2可得g＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(77.20－26.50×10－2－26.50－2.50×10－2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,6)))2)m/s2＝9.61m/s2；(4)因?yàn)榫退阈∏蚱x了豎直方向，但是小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)依然是自由落體運(yùn)動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響，故仍能用前面的方法測(cè)量出重力加速度．2．(2019·全國(guó)卷Ⅲ·22)甲乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照．已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片．(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是_A__(填正確答案標(biāo)號(hào))．A．米尺 B．秒表C．光電門 D．天平(2)簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法．_將米尺豎直放置，使小球下落時(shí)盡量靠近米尺_(dá)_(3)實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，則該地的重力加速度大小為g＝_9.7__m/s2(保留2位有效數(shù)字)．【解析】此實(shí)驗(yàn)用數(shù)碼相機(jī)替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故實(shí)驗(yàn)原理是相同的，仍然需要米尺來測(cè)量點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離；就本實(shí)驗(yàn)而言，因?yàn)槭遣煌掌?，所以是測(cè)量連續(xù)幾張照片上小球位置之間的距離；加速度求解仍然用逐差法計(jì)算，注意是bc與ab之間的距離差．3．(2020·山東高考真題)2020年5月，我國(guó)進(jìn)行了珠穆朗瑪峰的高度測(cè)量，其中一種方法是通過使用重力儀測(cè)量重力加速度，進(jìn)而間接測(cè)量海拔高度．某同學(xué)受此啟發(fā)就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮。畬?shí)驗(yàn)步驟如下：(1)如圖甲所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為53°，在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺(圖中未畫出)．(2)調(diào)整使其攝像頭正對(duì)木板表面，開啟視頻錄像功能．將小物塊從木板頂端釋放，用記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運(yùn)動(dòng)的情況．然后通過錄像的回放，選擇小物塊運(yùn)動(dòng)路徑上合適的一點(diǎn)作為測(cè)量參考點(diǎn)，得到小物塊相對(duì)于該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離L與運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的數(shù)據(jù)．(3)該同學(xué)選取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出了eq\f(2L,t)－t圖像，利用圖像數(shù)據(jù)得到小物塊下滑的加速度大小為5.6m/s2.(4)再次調(diào)節(jié)墊塊，改變木板的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．回答以下問題：①當(dāng)木板的傾角為37°時(shí)，所繪圖像如圖乙所示．由圖像可得，物塊過測(cè)量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小為_0.32或0.33__m/s；選取圖線上位于坐標(biāo)紙網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的A、B兩點(diǎn)，利用A、B兩點(diǎn)數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為_3.1__m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)②根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮開9.4__m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80)【解析】①根據(jù)L＝v0t＋eq\f(1,2)at2可得eq\f(2L,t)＝2v0＋at，則由eq\f(2L,t)－t圖像可知2v0＝65×10－2m/s，則v0＝0.33m/s，a＝k＝eq\f(190－65×10－2,40×10－2)m/s2＝3.1m/s2.②由牛頓第二定律可知mgsinθ－μmgcosθ＝ma，即a＝gsinθ－μgcosθ，當(dāng)θ＝53°時(shí)a＝5.6m/s2，即gsin53°－μgcos53°＝5.6，當(dāng)θ＝37°時(shí)a＝3.0m/s2，即gsin37°－μgcos37°＝3.1，聯(lián)立解得g＝9.4m/s2.規(guī)律總結(jié)重力加速度的測(cè)定是力學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新熱點(diǎn)，有以下幾種常見方案.利用落體測(cè)重力加速度(忽略阻力)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，利用逐差法測(cè)定g，也可以利用圖像法求g運(yùn)動(dòng)組合光電門計(jì)時(shí)，原理為v2－veq\o\al(2,0)＝2gx(也可以利用頻閃照片)滴水法計(jì)時(shí)，原理為h＝eq\f(gt2,2)，可以利用圖像求g物體系統(tǒng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)，Δx＝gT2(也可以測(cè)量轉(zhuǎn)速)再創(chuàng)新：可以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh考向2測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)4．(2019·全國(guó)卷Ⅱ·22)如圖(a)所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)．所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50Hz的交流電源，紙帶等．回答下列問題：(a)(b)(1)鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)．(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電源．開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下．多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示．圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)．重力加速度g取9.8m/s2.可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_0.35__(結(jié)果保留2位小數(shù))．【解析】(1)由mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得：μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ).①(2)由逐差法a＝eq\f(SⅡ－SⅠ,9T2)得：SⅡ＝(76.39－31.83)×10－2m，T＝0.10s，SI＝(31.83－5.00)×10－2m，故a＝eq\f(44.56×10－2－26.83×10－2,9×10－2)m/s2≈1.97m/s2，代入①式，得：μ＝eq\f(9.8×\f(1,2)－1.97,9.8×\f(\r(3),2))≈0.355．利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)量滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．將彈簧放置在水平桌面上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的A、B位置各安裝一個(gè)光電門．讓帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置C，由靜止釋放滑塊，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從A至B所用的時(shí)間t.改變光電門B的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一位置由C靜止釋放并用米尺測(cè)量AB之間的距離x.記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示．x(mm)650.0600.0550.0500.0450.0400.0t(ms)373330293259228199x/t(m/s)1.74_______1.871.931.972.01(1)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)空格處應(yīng)填_1.82__；(2)請(qǐng)?jiān)趫D(b)給出的坐標(biāo)紙上畫出eq\f(x,t)－t圖線；(3)由所畫出的eq\f(x,t)－t圖線可得出滑塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝_0.29(0.27～0.33)__(重力加速度大小g取9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字)；(4)若保持光電門B的位置不變，改變光電門A的位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．圖(c)中作出的eq\f(x,t)－t圖線可能正確的是_BC__.【解析】(1)表中記錄的數(shù)據(jù)空格處應(yīng)填eq\f(x,t)＝eq\f(600,330)m/s≈1.82m/s；(2)描點(diǎn)作圖如下(3)由公式x＝eq\f(1,2)at2可知，eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at＝eq\f(1,2)μgt，所以圖線的斜率k＝eq\f(1,2)μg，由圖像可得：k＝eq\f(2.1－1.7,0.42－0.14)≈1.43聯(lián)立解得：μ≈0.29；(4)由公式x＝v0t＋eq\f(1,2)at2可知，eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at如果A光電門移到C點(diǎn)，則物塊的初速度為零，所以eq\f(x,t)＝eq\f(1,2)at，對(duì)應(yīng)的圖像為C，如果A光電門移到C點(diǎn)的右邊，則eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at，對(duì)應(yīng)圖像為B．規(guī)律總結(jié)測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)一般結(jié)合在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”或“探究動(dòng)能定理”等實(shí)驗(yàn)中考查．實(shí)驗(yàn)的原理是：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等器材測(cè)出物體做勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度，再利用牛頓第二定律計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù)，或者利用平衡條件、動(dòng)能定理或能量守恒定律等計(jì)算動(dòng)摩擦因數(shù).實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新思維實(shí)驗(yàn)原理將研究運(yùn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)化為研究靜止物體利用F彈＝Ff＝μFN求μ讓物塊先做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)中，利用逐差法求加速度，利用F＝μmg＝ma進(jìn)一步求μ將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為角度的測(cè)量利用a＝gsinθ－μgcosθ求μ(a通過逐差法求解)將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為加速度的測(cè)量利用veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2as和動(dòng)力學(xué)知識(shí)得到μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg)將動(dòng)摩擦因數(shù)轉(zhuǎn)化為速度測(cè)量，并營(yíng)造多過程切入水平滑動(dòng)情景A→B過程中，機(jī)械能守恒；C→D過程中，物塊Q做平拋運(yùn)動(dòng)；B→C過程中，對(duì)物塊Q只有摩擦力做功，利用Wf＝EkC－EkB，進(jìn)一步求μ考向3其他創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)6.(2020·新課標(biāo)卷Ⅱ)一細(xì)繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示．一實(shí)驗(yàn)小組用此裝置測(cè)量小球B運(yùn)動(dòng)的加速度．令兩小球靜止，細(xì)繩拉緊，然后釋放小球，測(cè)得小球B釋放時(shí)的高度h0＝0.590m，下降一段距離后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的時(shí)間T＝0.730s．由此求得小球B加速度的大小為a＝_1.84__m/s2(保留3位有效數(shù)字)．從實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間＝9.80m/s2.根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算可得小球B加速度的大小為a′＝_1.96__m/s2(保留3位有效數(shù)字)．可以看出，a′與a有明顯差異，除實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差外，寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：_滑輪的軸不光滑，繩和滑輪之間有摩擦(或滑輪有質(zhì)量)__．【解析】①有題意可知小球下降過程中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有h0－h(huán)＝eq\f(1,2)aT2，代入數(shù)據(jù)解得a＝1.84m/s2；②根據(jù)牛頓第二定律可知對(duì)小球A有T－mAg＝mAa′，對(duì)小球B有mBg－T＝mBa′，帶入已知數(shù)據(jù)解得a′＝1.96m/s2；③在實(shí)驗(yàn)中繩和滑輪之間有摩擦?xí)斐蓪?shí)際計(jì)算值偏?。?．(2020·新課標(biāo)卷Ⅰ)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等．實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)開動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間_大約相等__時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；(2)用天平測(cè)砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2；(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊；(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動(dòng)下從左邊開始運(yùn)動(dòng)，和計(jì)算機(jī)連接的光電門能測(cè)量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間t12；(5)在遮光片隨滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I＝_m1gt12__，滑塊動(dòng)量改變量的大小Δp＝m2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)－\f(d,Δt1)))；(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)(6)某次測(cè)量得到的一組數(shù)據(jù)為：d＝1.000cm，m1＝1.50×10－2kg，m2＝0.400kg，Δt1＝3.900×10－2s，Δt2＝1.270×10－2s，t12＝1.50s，取g＝9.80m/s2.計(jì)算可得I＝_0.221__N·s，Δp＝_0.212__kg·m·s－1；(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(7)定義δ＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(I－Δp,I)))×100%，本次實(shí)驗(yàn)δ＝_4__%(保留1位有效數(shù)字)．【解析】(1)當(dāng)經(jīng)過A，B兩個(gè)光電門時(shí)間相等時(shí)，速度相等，此時(shí)由于阻力很小，可以認(rèn)為導(dǎo)軌是水平的．(5)由I＝Ft，知I＝m1gt12，由Δp＝mv2－mv1知Δp＝m2·eq\f(d,Δt2)－m2·eq\f(d,Δt1)＝m2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)－\f(d,Δt1))).(6)代入數(shù)值知，沖量I＝m1gt1