高考二輪復(fù)習(xí)物理課件第一編核心專題突破專題7物理實(shí)驗(yàn)第一講力學(xué)實(shí)驗(yàn)

第一講力學(xué)實(shí)驗(yàn)1通覽主干知識2研學(xué)核心考點(diǎn)目錄索引

3突破熱考命題1通覽主干知識2研學(xué)核心考點(diǎn)考點(diǎn)一紙帶類和光電門類實(shí)驗(yàn)分層突破——明要點(diǎn)命題角度1探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(1)根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,測出不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度,然后繪制v-t圖像,分析運(yùn)動規(guī)律。(2)根據(jù)紙帶用逐差法直接測量加速度或由v-t圖像斜率求加速度。充分利用數(shù)據(jù),減小誤差

命題角度2探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(1)平衡阻力,墊高長木板使不掛槽碼的小車能勻速下滑,不用重復(fù)平衡阻力。(2)實(shí)驗(yàn)必須保證的條件:小車質(zhì)量m?槽碼質(zhì)量m'。特別提醒一定理解實(shí)驗(yàn)原理,有些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案中不需要滿足以上兩條。命題角度3驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(1)豎直安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,以減少摩擦力。(2)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。(3)選取第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶,用mgh=mv2進(jìn)行驗(yàn)證。

命題角度4驗(yàn)證動量守恒定律(1)利用氣墊導(dǎo)軌和光電門測出物體碰撞前后的速度,驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'或m1v1=(m1+m2)v2。(2)利用等長擺球完成一維碰撞,測出擺球速度,驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1=m1v1'+m2v2'。(3)利用斜槽滾球水平射程的測量,驗(yàn)證的表達(dá)式:m1lOP=m1lOM+m2lON。深化拓展1.紙帶問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn):計(jì)時(shí)點(diǎn)是指打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn),計(jì)數(shù)點(diǎn)是指測量和計(jì)算時(shí)在紙帶上所選取的點(diǎn)。要注意“每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”與“每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”的取點(diǎn)方法是一樣的。(2)涉及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)均是先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后,再釋放紙帶。不一定“每五個(gè)點(diǎn)”2.紙帶數(shù)據(jù)的處理方法

典例剖析例1

(命題角度4)(2023遼寧卷)某同學(xué)為了驗(yàn)證對心碰撞過程中的動量守恒定律,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段,選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖(a)圖(b)測量硬幣的質(zhì)量,得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2),將硬幣甲放置在斜面上某一位置,標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲,當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí),測量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側(cè)與O點(diǎn)重合,將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測量甲、乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON,保持釋放位置不變,重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實(shí)驗(yàn)中,甲選用的是

(選填“一元”或“一角”)硬幣;

(2)碰撞前,甲到O點(diǎn)時(shí)速度的大小可表示為

(設(shè)硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g);

一元

(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒,則

=

(用m1和m2表示),然后通過測得的具體數(shù)據(jù)驗(yàn)證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒;

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差,計(jì)算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1,寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因:

。

存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點(diǎn)等

解析

(1)甲碰撞乙,為了使碰撞后甲的速度方向不變,則甲的質(zhì)量應(yīng)該大于乙的質(zhì)量,已知一元硬幣的質(zhì)量大于一角硬幣的質(zhì)量,所以甲選用的是一元硬幣。(2)對甲,從O到P做勻減速直線運(yùn)動,設(shè)甲到O

點(diǎn)時(shí)的速度大小為v0,加速度(4)存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點(diǎn)等。

分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度4)(2022浙江1月選考)探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B,給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B,小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。(1)實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行的操作有

。

A.測量滑軌的長度B.測量小車的長度和高度C.碰撞前將滑軌調(diào)成水平C(2)下表是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)測得的數(shù)據(jù):A的質(zhì)量/kgB的質(zhì)量/kg碰撞前A的速度大小/(m·s-1)碰撞后A的速度大小/(m·s-1)碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知,碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動量大小是_________

kg·m/s。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

0.200解析

(1)碰撞前將滑軌調(diào)成水平,保證碰撞前后A、B兩車做勻速直線運(yùn)動即可,沒有必要測量滑軌的長度和小車的長度、高度,故選C。(2)由表中數(shù)據(jù)可知小車A的質(zhì)量小于小車B的質(zhì)量,則碰后小車A反向運(yùn)動,設(shè)碰前小車A的運(yùn)動方向?yàn)檎较?則可知碰后系統(tǒng)的總動量大小為p'=mBvB-mAvA',解得p'=0.200

kg·m/s。2.(命題角度1、2)(2022浙江6月選考)(1)探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,長木板水平放置,細(xì)繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分,以計(jì)數(shù)點(diǎn)O為位移測量起點(diǎn)和計(jì)時(shí)起點(diǎn),則打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車位移大小為

cm。由圖3中小車運(yùn)動的數(shù)據(jù)點(diǎn),求得加速度為

m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

圖1圖26.20

1.9(2)利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),需調(diào)整的是

。

A.換成質(zhì)量更小的車B.長木板的傾斜程度C.把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D.改變連接小車的細(xì)繩與長木板的夾角圖3BC解析

(1)依題意,打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車位移大小為6.20

cm,考慮到偶然誤差,6.15~6.25

cm均可;由圖3中小車運(yùn)動的數(shù)據(jù)點(diǎn),有

a=

m/s2=1.9

m/s2,考慮到偶然誤差,1.7~2.1

m/s2均可。(2)利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量,所以不需要換質(zhì)量更小的車,A錯(cuò)誤;利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要利用小車的重力沿斜面向下的分力平衡其摩擦力,所以需要將長木板安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端適當(dāng)墊高一些,B正確;以系統(tǒng)為研究對象,依題意“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)知m1≈4m2,而利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證所懸掛質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,即m2?m1,可知目前實(shí)驗(yàn)條件不滿足,所以利用當(dāng)前裝置在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),需將鉤碼更換成砝碼盤和砝碼,以滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于所懸掛物體的質(zhì)量,C正確;實(shí)驗(yàn)過程中,連接砝碼盤和小車的細(xì)繩需跟長木板始終保持平行,與之前的相同,D錯(cuò)誤。練模擬·提能力1.(命題角度2)(2023山東臨沂一模)某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證小車加速度與力的關(guān)系。小車通過輕繩與鉤碼相連,固定在小車上的擋光片寬度為d,光電門固定在軌道上。實(shí)驗(yàn)時(shí),將小車從某一位置由靜止釋放,通過光電門測出擋光片的擋光時(shí)間Δt,實(shí)驗(yàn)中小車從同一位置由靜止釋放,記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)F。改變動滑輪下懸掛的鉤碼個(gè)數(shù),進(jìn)行多次測量,測得多組Δt和F,根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系-F中,得到如圖乙所示的點(diǎn)和一條過原點(diǎn)的直線。甲

乙(1)下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是

;

A.實(shí)驗(yàn)操作過程中需要適度抬高軌道的左端來平衡摩擦力B.該實(shí)驗(yàn)中,鉤碼的質(zhì)量需遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量C.小車加速時(shí),彈簧測力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半D.在誤差允許的范圍內(nèi),小車加速度與懸掛的鉤碼所受的重力大小的一半成正比AC(2)在實(shí)驗(yàn)操作完全正確的情況下,若小車的位移為x,小車的質(zhì)量為m,請寫出

關(guān)于F的函數(shù)表達(dá)式

;

(3)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)圖像在縱軸上有一正截距,原因可能是

。

平衡摩擦力過度

解析

(1)為了使彈簧測力計(jì)的讀數(shù)等于小車所受的合力,實(shí)驗(yàn)操作過程中需要適度抬高軌道的左端來平衡摩擦力,A正確;該實(shí)驗(yàn)中,由于有彈簧測力計(jì)測量小車的拉力,則不需要鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,B錯(cuò)誤;小車加速時(shí),鉤碼失重,則彈簧測力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,C正確;由于彈簧測力計(jì)的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,則小車加速度與懸掛的鉤碼所受的重力大小的一半不是成正比,D錯(cuò)誤。(3)圖線在縱軸上有一正截距,說明沒有加力F時(shí),小車已經(jīng)運(yùn)動,據(jù)此可知木板一端抬得過高,小車平衡摩擦力過度。2.(命題角度3)一學(xué)習(xí)小組利用給定的器材驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,步驟如下:(1)分別測量給定的兩物塊的質(zhì)量,質(zhì)量大的為物塊1,其質(zhì)量記為m1;質(zhì)量小的為物塊2,其質(zhì)量記為m2。(2)按圖甲所示組裝器材:物塊1、2由跨過輕質(zhì)定滑輪的細(xì)繩連接,物塊2下端與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶相連,初始時(shí),托住物塊1,兩物塊保持靜止,且紙帶豎直繃緊,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的交流電源頻率為50Hz,相鄰兩次打點(diǎn)的時(shí)間間隔記為Δt。(3)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,釋放物塊1,兩物塊開始運(yùn)動,打出的紙帶中的一段經(jīng)整理后如圖乙所示,每兩個(gè)相鄰的點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出,將相鄰點(diǎn)的間距依次記為s1、s2、s3、s4和s5,測量并記下它們的大小。(4)利用上述表示各物理量的符號和重力加速度的大小g完成下列填空:在打出圖乙中B點(diǎn)時(shí),物塊的運(yùn)動速度大小為

;從打出B點(diǎn)到打出E點(diǎn),系統(tǒng)動能增加量為ΔEk=

,系統(tǒng)的重力勢能減少量為ΔEp=

。

(s2+s3+s4)(m1-m2)g(5)該小組的實(shí)測數(shù)據(jù)為m1=0.250kg,m2=0.200kg,s1=16.4mm,s2=27.2mm,s3=39.8mm,s4=49.6mm,s5=59.0mm,取g=9.80m/s2,則ΔEk=

J,ΔEp=

J,兩者的相對偏差δ==

%,如果δ<5%,則可認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(6)寫出一條本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差的原因:______________________________________________________________

。

0.0560.0571.8繩與輪、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶有摩擦消耗掉一定能量,繩子、紙帶動能勢能變化沒有計(jì)入等(6)繩與輪、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶有摩擦消耗掉一定能量,繩子、紙帶動能勢能變化沒有計(jì)入,等等?？键c(diǎn)二彈簧、橡皮條實(shí)驗(yàn)分層突破——明要點(diǎn)命題角度1探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系(1)安裝:按照原理裝置圖安裝實(shí)驗(yàn)儀器。(2)操作:彈簧豎直懸掛,待鉤碼靜止時(shí)測出彈簧長度。(3)作圖:坐標(biāo)軸標(biāo)度要適中,單位要標(biāo)注,連線時(shí)要通過盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn),不能通過的數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè),明顯偏離圖線的點(diǎn)要舍去。深化拓展

兩種非常規(guī)圖像分析(1)圖像發(fā)生彎曲:懸掛鉤碼數(shù)量過多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出了其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲,如圖所示。(2)截距不為零:水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,故圖像橫軸截距不為零,如圖所示。命題角度2探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律(1)等效:同一次實(shí)驗(yàn)中兩次把橡皮條拉長后的結(jié)點(diǎn)O位置必須保持不變。合力、分力等效替代

(2)拉力:沿彈簧測力計(jì)軸線方向拉(與板面平行),橡皮條、彈簧測力計(jì)和細(xì)繩套與紙面平行;兩分力F1、F2的夾角不要太大或太小。(3)記錄:記下每次各力的大小和方向,標(biāo)記方向的兩點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些。(4)作圖:選定比例要相同,嚴(yán)格按力的圖示要求作平行四邊形求合力。典例剖析例2

(命題角度2)驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的力的圖示。(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是

;

A.理想實(shí)驗(yàn)法B.等效替代法C.控制變量法(2)圖乙中的F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是

;

BF'(3)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是

。

A.拉橡皮筋的細(xì)繩短一些,實(shí)驗(yàn)效果較好B.拉橡皮筋時(shí),彈簧測力計(jì)、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C.橡皮筋彈性要好,拉結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O時(shí),拉力F1和F2的夾角越大越好D.在同一實(shí)驗(yàn)中O點(diǎn)位置不能變BD解析

(1)本實(shí)驗(yàn)用一根彈簧的拉力代替兩根彈簧的拉力作用效果,采用等效替代法,故選B。(2)F是通過作圖的方法得到的合力的理論值,在平行四邊形的對角線上,而F'是通過一個(gè)彈簧測力計(jì)沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到O點(diǎn)的力,其方向一定沿AO方向。(3)在實(shí)驗(yàn)中要減小拉力方向的誤差,應(yīng)讓標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)盡量遠(yuǎn)些,故細(xì)繩應(yīng)該長一些,A錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)是在白紙中作圖,作出的是水平力的圖示,若拉力傾斜,則作出圖的方向與實(shí)際力的方向有較大差別,故應(yīng)使各力盡量與木板平面平行,B正確;兩個(gè)拉力的夾角過大,合力會過小,畫理論值時(shí)相對誤差變大,故夾角大小適中即可,不宜太大或太小,但要保證力的作用效果即O點(diǎn)位置不能變,C錯(cuò)誤,D正確。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(2022湖南卷)小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)查找資料,得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g。(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋,測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度l,記錄數(shù)據(jù)如下表:序號12345硬幣數(shù)量n/枚510152025橡皮筋長度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙上描點(diǎn),繪制圖線:乙

答案

如圖所示

(4)取出全部硬幣,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖丙所示,此時(shí)橡皮筋的長度為

cm。

丙

(5)由上述數(shù)據(jù)計(jì)算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為

g(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

15.35127解析

(4)由題圖丙可知,刻度尺的分度值為1

mm,讀數(shù)為15

cm+3.5

mm=153.5

mm=15.35

cm。(5)設(shè)橡皮筋的勁度系數(shù)為k,原長為x0,則n1mg=k(x1-x0)n5mg=k(x5-x0)設(shè)冰墩墩質(zhì)量為m1,則有m1g=k(l-x0)聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)解得m1=127

g。2.(命題角度2)(2022浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,在該實(shí)驗(yàn)中:(1)下列說法正確的是

;

A.拉著細(xì)繩套的兩只彈簧測力計(jì),穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B.在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)C.測量時(shí)彈簧測力計(jì)外殼與木板之間不能存在摩擦D.測量時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板(2)若只有一只彈簧測力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要

(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O。

D3解析

(1)在不超出彈簧測力計(jì)的量程和橡皮條形變限度的條件下,使拉力適當(dāng)大些,不必使兩只彈簧測力計(jì)的示數(shù)相同,A錯(cuò)誤;在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)就可以了,B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中拉彈簧測力計(jì)時(shí),只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦,此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)即為彈簧對細(xì)繩的拉力,與彈簧測力計(jì)外殼和木板之間是否存在摩擦無關(guān),C錯(cuò)誤;為了減小實(shí)驗(yàn)中摩擦對測量結(jié)果的影響,拉橡皮條時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板,D正確。(2)若只有一只彈簧測力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn),用手拉住一條細(xì)繩,用彈簧測力計(jì)拉住另一條細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使其結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一點(diǎn)O,記下位置O和彈簧測力計(jì)示數(shù)F1及兩個(gè)拉力的方向;交換彈簧測力計(jì)和手所拉細(xì)繩的位置,再次將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),使兩力的方向與原來兩力方向相同,并記下此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F2;只用一個(gè)彈簧測力計(jì)將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),并記下此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F的大小及方向。所以若只有一只彈簧測力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要3次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O。練模擬·提能力(命題角度1)(2023福建龍巖高三質(zhì)檢)某實(shí)驗(yàn)小組要測量彈簧的勁度系數(shù),他們利用智能手機(jī)中自帶的定位傳感器設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn),手機(jī)軟件中的“定位”功能可以測量手機(jī)豎直方向的位移(以打開定位傳感器時(shí)手機(jī)的位置為初位置)。(1)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了如下主要的實(shí)驗(yàn)步驟,正確的順序是

。

A.按圖安裝實(shí)驗(yàn)器材,彈簧上端固定在橫桿上,下端與手機(jī)連接,手機(jī)重心和彈簧在同一豎直線上;B.在手機(jī)下方懸掛一個(gè)鉤碼,緩慢釋放,當(dāng)手機(jī)和鉤碼靜止時(shí)記錄下手機(jī)下降的位移x;C.在坐標(biāo)紙圖中描點(diǎn)作出n-x圖像,如圖所示;D.手托著手機(jī)緩慢下移,手離開手機(jī),手機(jī)靜止時(shí),打開手機(jī)中的定位傳感器;E.改變鉤碼個(gè)數(shù)n,重復(fù)上述操作,記錄相應(yīng)的位移x,數(shù)據(jù)如表格所示。

鉤碼個(gè)數(shù)n123456手機(jī)位移x/cm0.982.023.013.985.015.99答案

ADBEC(2)已知每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為50g,重力加速度g取9.8m/s2,由圖像可以求得彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。

(3)實(shí)驗(yàn)中未考慮手機(jī)重力使彈簧伸長,這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果

(選填“有”或“無”)影響,說明理由___________________________

。

49無勁度系數(shù)是通過圖像斜率與每個(gè)鉤碼重力的乘積得到的

解析

(1)根據(jù)題意,由實(shí)驗(yàn)原理可知,本實(shí)驗(yàn)通過改變鉤碼的數(shù)量來改變彈簧的彈力,通過手機(jī)的定位傳感器確定彈簧的形變量,通過作圖的方法得到彈簧的勁度系數(shù),則正確的實(shí)驗(yàn)步驟為ADBEC。(3)由上述分析可知,彈簧的勁度系數(shù)是通過圖像的斜率與每個(gè)鉤碼重力的乘積得到的,則手機(jī)重力使彈簧伸長,這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果無影響。考點(diǎn)三力學(xué)其他實(shí)驗(yàn)分層突破——明要點(diǎn)命題角度1探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)利用運(yùn)動的分解,化曲為直,分別研究兩個(gè)方向的分運(yùn)動。命題角度2探究向心力與半徑、質(zhì)量、角速度的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法。(2)實(shí)驗(yàn)原理:Fn=mrω2。命題角度3用單擺測量重力加速度的大小(1)先測量單擺周期和擺長。懸點(diǎn)到小球球心的距離

典例剖析例3

(命題角度3)(2023湖南岳陽二模)有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀位于北京和廣州的物理實(shí)驗(yàn)室,各自探究了“單擺的周期T與擺長L的關(guān)系”。(1)單擺振動的回復(fù)力是

。

A.擺球所受的重力B.擺球重力在垂直擺線方向上的分力C.擺線對擺球的拉力D.擺球所受重力和擺線對擺球拉力的合力(2)用游標(biāo)卡尺測量小球直徑D如圖甲所示,其讀數(shù)為

mm。

甲

B10.60(3)兩位同學(xué)測量出A、B兩個(gè)單擺的多組周期T、擺長L的數(shù)值后,用計(jì)算機(jī)繪制了A、B的T2-L圖像如圖乙所示,并繪制了A、B兩個(gè)單擺的某次振動圖像(如圖丙所示),由此可知,兩單擺擺長之比

=

。

乙

丙解析

(1)對擺球受力分析可知,重力沿?cái)[線方向的分力與擺線對擺球拉力的合力為擺球做圓周運(yùn)動提供向心力,重力垂直于擺線方向的分力為單擺的回復(fù)力,B正確,A、C、D錯(cuò)誤。(2)由圖可知,游標(biāo)卡尺分度值為0.05

mm,主尺讀數(shù)為10

mm,游標(biāo)尺第12刻線與主尺刻線對齊,所以游標(biāo)卡尺讀數(shù)為10

mm+12×0.05

mm=10.60

mm。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(2022浙江1月選考)在“研究平拋運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)中,以小鋼球離開軌道末端時(shí)球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處由靜止釋放,使其水平拋出,通過多次描點(diǎn)可繪出小球做平拋運(yùn)動時(shí)球心的軌跡,如圖所示。在軌跡上取一點(diǎn)A,讀取其坐標(biāo)(x0,y0)。(1)下列說法正確的是

。

A.實(shí)驗(yàn)所用斜槽應(yīng)盡量光滑B.畫軌跡時(shí)應(yīng)把所有描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來C.求平拋運(yùn)動初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù)C(2)根據(jù)題目所給信息,小球做平拋運(yùn)動的初速度大小v0=

。

(3)在本實(shí)驗(yàn)中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是

。

D確保多次運(yùn)動的軌跡相同解析

(1)只要保證小球每次從同一位置由靜止釋放,到達(dá)斜槽末端的速度大小都相同,與實(shí)驗(yàn)所用斜槽是否光滑無關(guān),A錯(cuò)誤;畫軌跡時(shí)應(yīng)舍去誤差較大的點(diǎn),把誤差小的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來,B錯(cuò)誤;求平拋運(yùn)動初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù),便于減小讀數(shù)產(chǎn)生的偶然誤差,C正確。(3)小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達(dá)斜槽末端的速度大小都相同,從而能確保多次運(yùn)動的軌跡相同。2.(命題角度3)(2023全國新課標(biāo)卷)一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實(shí)驗(yàn)。(1)用實(shí)驗(yàn)室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先,調(diào)節(jié)螺旋測微器,擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時(shí),發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊,如圖(a)所示,該示數(shù)為

mm;螺旋測微器在夾有擺球時(shí)示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為

mm,則擺球的直徑為

mm。

0.00620.03520.029(2)單擺實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖如圖(c)所示,其中角度盤需要固定在桿上的確定點(diǎn)O處,擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點(diǎn)上方,則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時(shí),實(shí)際擺角

(選填“大于”或“小于”)5°。

(3)某次實(shí)驗(yàn)所用單擺的擺線長度為81.50cm,則擺長為

cm。實(shí)驗(yàn)中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點(diǎn)到第61次經(jīng)過最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為54.60s,則此單擺周期為

s,該小組測得的重力加速度大小為

m/s2。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字,π2取9.870)

大于82.51.829.83解析

(1)讀數(shù)x1=0.006

mm,讀數(shù)x2=20.035

mm,擺球的直徑為x=x2-x1=20.029

mm。(2)若固定在O點(diǎn)的上方,則擺線和刻度盤的交點(diǎn)靠向內(nèi)側(cè),如圖所示,故擺線示數(shù)為5°時(shí),實(shí)際擺角大于5°。練模擬·提能力(命題角度2)(2023山東日照一模)某物理興趣小組利用傳感器進(jìn)行“探究向心力大小F與半徑r、角速度ω、質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,裝置中水平光滑直桿能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動,將滑塊套在水平直桿上,用細(xì)線將滑塊與固定的力傳感器連接。當(dāng)滑塊隨水平光滑直桿一起勻速轉(zhuǎn)動時(shí),細(xì)線的拉力提供滑塊做圓周運(yùn)動的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得,滑塊轉(zhuǎn)動的角速度可以通過角速度傳感器測得。甲

(1)小組同學(xué)先讓一個(gè)滑塊做半徑r為0.20m的圓周運(yùn)動,得到圖乙中②圖線。然后保持滑塊質(zhì)量不變,再將運(yùn)動的半徑r分別調(diào)整為0.14m、0.16m、0.18m、0.22m,在同一坐標(biāo)系中又分別得到圖乙中⑤、④、③、①四條圖線。乙

(2)本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法與下列哪些實(shí)驗(yàn)是相同的

。

A.探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)B.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系C.探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律D.探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(3)對②圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲得了F-x圖像,如圖丙所示,該圖像是一條過原點(diǎn)的直線,則圖像橫坐標(biāo)x代表的是

。(用半徑r、角速度ω、質(zhì)量m表示)

丙

BDω2解析

(2)本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法是保持滑塊質(zhì)量不變,探究運(yùn)動半徑在不同值時(shí),滑塊的向心力大小與角速度之間的關(guān)系,屬于控制變量法,與“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的探究方法相同;“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”和“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”兩實(shí)驗(yàn)的探究方法是等效法。故選B、D。(3)

②圖線中各圖線均為曲線,對②圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出,當(dāng)ω增大為原來的2倍時(shí),F增大為原來的4倍,當(dāng)ω增大為原來的3倍時(shí),F增大為原來的9倍……可知,F與ω2成正比,以F為縱軸,ω2為橫軸,則圖像是一條過原點(diǎn)的直線,故圖丙圖像橫坐標(biāo)x代表的是ω2。3突破熱考命題創(chuàng)新實(shí)驗(yàn):力學(xué)創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)歸納分析知識精要對于創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的處理,最根本的方法是要把實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)從新情境中分離出來,找出與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的相同之處,然后運(yùn)用熟悉的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行處理,解決此類問題要有“以不變應(yīng)萬變”的策略:(1)根據(jù)題目情境,提取相應(yīng)的力學(xué)模型,明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。(2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù),應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行誤差分析?？枷蚍治?.實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換。常見的考查模式主要有兩大類:一是不變目的,變裝置;二是不變裝置,變目的。2.實(shí)驗(yàn)原理的拓展與延伸。該類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是題目來源于教材,但又高于教材,實(shí)驗(yàn)的基本原理和思想方法是考查的核心,要解決此類實(shí)驗(yàn)問題,應(yīng)從背誦實(shí)驗(yàn)向分析理解實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。3.試題情境的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。不管試題情境的設(shè)計(jì)進(jìn)行了怎樣的創(chuàng)新,其考查的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)處理方法仍然不變。案例探究例題(2022山東卷)在天宮課堂中,我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā),某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計(jì)了測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn),如圖甲所示。主要步驟如下:①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上,加速度傳感器固定在滑塊上。②接通氣源,放上滑塊,調(diào)平氣墊導(dǎo)軌。甲

③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊。彈簧處于原長時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn),A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm,拉動滑塊使其左端處于A點(diǎn),由靜止釋放并開始計(jì)時(shí)。④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù),得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像,部分圖像如圖乙所示。乙

丙回答以下問題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字):(1)彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。

(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù),畫出a-F圖像如圖丙中

Ⅰ

所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為

kg。

(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測物體,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ,則待測物體的質(zhì)量為

kg。

120.200.13思維拓展本題這一類問題創(chuàng)新之處常常有下列幾種情況。

實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新思維實(shí)驗(yàn)原理將研究運(yùn)動物體轉(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,當(dāng)重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運(yùn)動減速運(yùn)動中,利用逐差法求加速度,利用F=μmg=ma進(jìn)一步求μ實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新思維實(shí)驗(yàn)原理將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為角度的測量利用a=gsin

θ-μgcos

θ求μ(a通過逐差法求解)將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為加速度的測量利用

=2ax求加速度,再利用動力學(xué)知識得到μ角度拓展1(2022湖北卷)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用拉力傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器,另一端連接小鋼球,如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放,使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動,記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Fmax和最小值Fmin。改變小鋼球的初始釋放位置,重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Fmax-Fmin圖像是一條直線,如圖乙所示。甲

乙

(1)若小鋼球擺動過程中機(jī)械能守恒,則圖乙中直線斜率的理論值為

。

(2)由圖乙得:直線的斜率為

,小鋼球的重力為

N。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(3)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是

。

A.小鋼球擺動角度偏大B.小鋼球初始釋放位置不同C.小鋼球擺動過程中有空氣阻力-2-2.10.59C解析

(1)設(shè)初始位置時(shí),細(xì)線與豎直方向夾角為θ,則細(xì)線拉力最小值為

聯(lián)立可得Fmax=3mg-2Fmin,即若小鋼球擺動過程中機(jī)械能守恒,則圖乙中直線斜率的理論值為-2。(3)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動過程中有空氣阻力,使得機(jī)械能減小,故選C。角度拓展2(2022廣東卷)某實(shí)驗(yàn)小組為測量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置,實(shí)驗(yàn)過程如下:甲

乙(1)讓小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過程中均可通過光電門。(2)用螺旋測微器測量小球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,小球直徑d=________

mm。

(3)測量時(shí),應(yīng)

(選填“A”或“B”,其中A為“先釋放小球,后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”,B為“先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器,后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時(shí)間t1和t2。

(4)計(jì)算小球通過光電門的速度,已知小球的質(zhì)量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE=

(用字母m、d、t1和t2表示)。

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會

(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差。

7.884B增大解析

(2)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則得小球的直徑為d=7.5

mm+38.4×0.01

mm=7.884

mm考慮到偶然誤差,7.883

mm也可以。(3)在測量時(shí),因小球下落時(shí)間很短,如果先釋放小球,可能會出現(xiàn)時(shí)間記錄不完整的情況,所以應(yīng)