2025屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第一編專題7物理實驗第1講力學(xué)實驗課件

第一講力學(xué)實驗通覽知識明要點研學(xué)考點提能力目錄索引0102突破熱點聚素養(yǎng)03通覽知識明要點研學(xué)考點提能力考點一紙帶類和光電門類實驗高考風(fēng)向標(biāo)考點考題明細(xì)考查頻度紙帶類和光電門類實驗2024新課標(biāo)卷,22;2024山東卷,13;2024北京卷,18;2024廣東卷,11(1);2024江西卷,11;2024浙江1月選考,16-Ⅰ;2024甘肅卷,11;2023全國甲卷,23;2023遼寧卷,11;2023浙江1月選考,16-Ⅰ(1);2022廣東卷,11;2022浙江6月選考,17(1);2022天津卷,9;2022重慶卷,12;2022北京卷,16;2022湖北卷,12;2022河北卷,11全國卷:3年2考地方卷:3年15考命題角度1

探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理

1.細(xì)繩與長木板平行2.釋放前小車應(yīng)靠近打點計時器3.先接通電源,再釋放小車,打點結(jié)束先切斷電源,再取下紙帶4.鉤碼質(zhì)量適當(dāng)1.判斷物體是否做勻變速直線運動2.根據(jù)一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,測出不同時刻的瞬時速度3.利用逐差法求平均加速度充分利用實驗數(shù)據(jù),減小誤差4.作速度—時間圖像,通過圖像的斜率求加速度溫馨提示

常見的測速方法有利用紙帶打點計時器測速、光電門測速、傳感器測速、動能定理計算法、平拋運動計算法等。例1(2023全國甲卷)某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連,右端用細(xì)繩跨過定滑輪和鉤碼相連,鉤碼下落,帶動小車運動,打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙所示。

24.0080.0(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到小車平均速度

隨時間Δt的變化關(guān)系,如圖丙所示。在圖丙中補(bǔ)全實驗點。丙(3)從實驗結(jié)果可知,小車運動的

-Δt圖線可視為一條直線,此直線用方程

=kΔt+b表示,其中k=

cm/s2,b=

cm/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(4)根據(jù)(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動,得到打出A點時小車瞬時速度大小vA=

,小車的加速度大小a=

。(結(jié)果用字母k、b表示)

70.059.0b2k規(guī)律方法

紙帶問題的處理方法

命題角度2探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理

1.平衡阻力,墊高長木板一端使小車能拉著紙帶勻速下滑不掛槽碼2.實驗必須保證的條件:小車質(zhì)量m?槽碼質(zhì)量m'3.釋放前小車要靠近打點計時器,應(yīng)先接通電源,后釋放小車1.利用逐差法或v-t圖像法求a2.作出a-F圖像和a-

圖像,確定a與F、m的關(guān)系溫馨提示

解題時一定理解實驗原理,在一些創(chuàng)新實驗方案中不是必須進(jìn)行操作要點中的1、2。例2(2024浙江1月選考)如圖甲所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置。(1)該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的,因此我們采用的研究方法是

。

A.放大法B.控制變量法C.補(bǔ)償法(2)該實驗過程中操作正確的是

。

A.平衡阻力時小車未連接紙帶B.先接通打點計時器電源,后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與水平桌面平行甲BB(3)在小車質(zhì)量

(選填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”)槽碼質(zhì)量時,可以認(rèn)為細(xì)繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為

(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差,下列可行的方案是

。A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌,滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條,用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器C.在小車與細(xì)繩之間加裝力傳感器,測出小車所受拉力大小遠(yuǎn)大于系統(tǒng)誤差C(4)經(jīng)正確操作后獲得一條如圖乙所示的紙帶,建立以計數(shù)點0為坐標(biāo)原點的x軸,各計數(shù)點的位置坐標(biāo)分別為0、x1、…、x6。已知打點計時器的打點周期為T,則打計數(shù)點5時小車速度的表達(dá)式v=

,小車加速度的表達(dá)式是

。

乙A解析

(1)該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的,因此我們可以控制其中一個物理量不變,研究另外兩個物理量之間的關(guān)系,即采用了控制變量法,故選B。(2)平衡阻力時小車需要連接紙帶,一方面是需要連同紙帶所受的阻力一并平衡,另外一方面是通過紙帶上的點間距判斷小車是否在長木板上做勻速直線運動,A錯誤;由于小車速度較快,且運動距離有限,打出的紙帶長度也有限,為了能在長度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點,實驗時應(yīng)先接通打點計時器電源,后釋放小車,B正確;為使小車所受拉力與速度同向,應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與長木板平行,C錯誤。(3)設(shè)小車質(zhì)量為m0,槽碼質(zhì)量為m。對小車和槽碼根據(jù)牛頓第二定律分別有F=m0a、mg-F=ma,聯(lián)立解得F=,由上式可知在小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量時,可以認(rèn)為細(xì)繩拉力近似等于槽碼的重力;上述做法引起的誤差是由實驗方法或原理不完善造成的,屬于系統(tǒng)誤差;該誤差是將細(xì)繩拉力用槽碼重力近似替代所引入的,不是由車與木板間存在阻力(實驗中已經(jīng)補(bǔ)償了阻力)或是速度測量精度低造成的,為減小此誤差,可在小車與細(xì)繩之間加裝力傳感器,測出小車所受拉力大小,故選C。(4)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為t=5T,命題角度3驗證機(jī)械能守恒定律

例3(2024浙江嘉興二模)(1)某實驗小組用如圖甲所示裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗。①除圖甲中器材外,還需在圖乙中選取的器材是

(填字母)。

②圖丙是經(jīng)規(guī)范操作得到的一條紙帶。O點為起始點,在紙帶上選取連續(xù)打出的點A、B、C、D、E、F,則下列數(shù)據(jù)處理方法可行的是

。

A.測出B點的瞬時速度vB及BF之間的距離hBF,計算得EB=+mghBF。同理得出EC、ED、EE。若EB、EC、ED、EE相等,則可驗證機(jī)械能守恒B.讀取O、A間的時間tOA,利用vA=g·tOA得A點瞬時速度vA,測出OA間距hOA。若A、B、C、D、E、F各點均滿足

mv2=mgh,則可驗證機(jī)械能守恒C.測出B、C、D、E點的瞬時速度vB、vC、vD、vE,以A點時刻為計時起點,繪制v-t圖像,若圖線過原點,則可驗證機(jī)械能守恒D.測出B、C、D、E點的瞬時速度vB、vC、vD、vE,及四點到O點的距離h,繪制v2-h圖像,若圖線斜率略小于2g,則可驗證機(jī)械能守恒AAD(2)如圖丁所示是利用氣墊導(dǎo)軌做“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗的裝置。?、偃魵鈮|導(dǎo)軌水平放置,測出遮光條寬度d、兩光電門間距l(xiāng)、遮光條依次通過兩光電門的遮光時間t1和t2,以及滑塊和遮光條總質(zhì)量m0,托盤和砝碼總質(zhì)量m。當(dāng)滿足關(guān)系式

時,可驗證機(jī)械能守恒。②實驗中,氣墊導(dǎo)軌是否必須水平放置:

(選填“是”或“否”);是否需要滿足m?m0:

(選填“是”或“否”)。

是否解析

(1)①除圖甲中器材外,還需交流電源給打點計時器供電,故選A。②測出B點瞬時速度vB及BF間距hBF,計算得EB=+mghBF。同理得出EC、ED、EE。若EB、EC、ED、EE相等,則說明每一個位置的機(jī)械能都相等,可以驗證機(jī)械能守恒,A正確;讀取O、A間的時間tOA,利用vA=g·tOA得A點瞬時速度vA,相當(dāng)于默認(rèn)了物體所受合外力為重力,加速度為重力加速度,起不到驗證的效果,B錯誤;繪制出v-t圖像過原點,只能說明物體做初速度為零的勻加速直線運動,不能說明物體的加速度為重力加速度,C錯誤;根據(jù)mgh=mv2可得v2=2gh,由于摩擦阻力和空氣阻力的原因,當(dāng)v2-h圖像的斜率略小于2g時,即可驗證機(jī)械能守恒,D正確。②試驗中是托盤和砝碼的重力勢能轉(zhuǎn)化為托盤和砝碼以及滑塊和遮光條的動能,所以氣墊導(dǎo)軌必須水平放置,不需要滿足m?m0。命題角度4驗證動量守恒定律

裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理

1.開始前調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平2.用天平測出兩滑塊的質(zhì)量3.用光電門測量碰前和碰后的速度1.滑塊速度的測量:v=2.驗證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'例4(2024山東卷)在第四次“天宮課堂”中,航天員演示了動量守恒實驗。受此啟發(fā),某同學(xué)使用如圖甲所示的裝置進(jìn)行了碰撞實驗,氣墊導(dǎo)軌兩端分別安裝a、b兩個位移傳感器,a測量滑塊A與它的距離xA,b測量滑塊B與它的距離xB。部分實驗步驟如下:①測量兩個滑塊的質(zhì)量,分別為200.0g和400.0g;②接通氣源,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平;③撥動兩滑塊,使A、B均向右運動;④導(dǎo)出傳感器記錄的數(shù)據(jù),繪制xA、xB隨時間變化的圖像,分別如圖乙、圖丙所示?；卮鹨韵聠栴}:(1)從圖像可知兩滑塊在t=

s時發(fā)生碰撞;

(2)滑塊B碰撞前的速度大小v=

m/s(保留2位有效數(shù)字);

(3)通過分析,得出質(zhì)量為200.0g的滑塊是

(選填“A”或“B”)。

10.20B解析

(1)從圖上可以看出1

s時速度改變,即這時碰撞。

拓展衍生1.(2024江西卷)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實驗裝置如圖甲所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細(xì)線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。甲(1)實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度,使細(xì)線與軌道平行,再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。(2)小車的質(zhì)量為m1=320g。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a。鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖乙圖線a所示。乙(3)由圖線a可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比。為了進(jìn)一步探究,將小車的質(zhì)量增加至m2=470g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,作出a-F圖像,如圖乙中圖線b所示。(4)與圖線a相比,圖線b的線性區(qū)間

,非線性區(qū)間

。再將小車的質(zhì)量增加至m3=720g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如表所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出)。

序號12345鉤碼所受重力F/(9.8

N)0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36序號6789~1415鉤碼所受重力F/(9.8

N)0.1200.1400.160……0.300小車加速度a/(m·s-2)1.671.952.20……3.92較大較小(5)請在圖乙中補(bǔ)充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點,并補(bǔ)充完成圖線c。如圖所示

(6)根據(jù)以上實驗結(jié)果猜想和推斷:小車的質(zhì)量

時,a與F成正比。結(jié)合所學(xué)知識對上述推斷進(jìn)行解釋:

。

遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量見解析解析

(4)由題圖乙分析可知,與圖線a相比,圖線b的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小。(5)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點,結(jié)合其他點用平滑的曲線擬合,使盡可能多的點在線上,不在線上的點均勻分布在線的兩側(cè),如答案圖所示。(6)設(shè)繩子拉力為FT,對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有F-FT=ma對小車根據(jù)牛頓第二定律有FT=m車a聯(lián)立解得F=(m車+m)a2.(2024山東濟(jì)寧一模)某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的裝置來驗證機(jī)械能守恒定律。左側(cè)鐵架臺的橫桿上固定一拉力傳感器,將小球(可視為質(zhì)點)用不可伸長的細(xì)線懸掛在傳感器上。右側(cè)有兩個豎直桿固定在底座上,桿上分別裝有刻度尺和激光筆,激光筆保持水平。實驗步驟如下:①使小球自由靜止在最低點O',記錄此時拉力傳感器的示數(shù)F0;②借助激光束調(diào)節(jié)刻度尺的零刻線與小球相平;③借助激光筆測出懸點O與O'之間的高度差L;④將激光筆向下移動到某位置,讀出此時激光束與O'高度差h,并記為h1。把小球拉至該高度處(并使細(xì)線處于伸直狀態(tài)),由靜止釋放小球,讀出小球下擺過程中拉力傳感器最大示數(shù)F,并記為F1;⑤改變激光筆的高度h,重復(fù)步驟④,實驗過程中h均小于L;⑥測出多組F和h的數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出F-h圖像如圖乙所示。(1)由題中信息可知,小球從h1高處擺到最低點的過程中重力勢能的減少量為

,小球動能的增加量為

。(用題中所給物理量符號表示)

(2)測得F-h圖像的斜率為k,如果該過程滿足機(jī)械能守恒定律,則k=

。(用題中所給物理量符號表示)

F0h1解析

(1)對小球,根據(jù)平衡條件可得mg=F0,小球從h1高處擺到最低點的過程中重力勢能的減少量ΔEp=mgh1=F0h1;小球在最低點時,考點二彈簧類和橡皮條類實驗高考風(fēng)向標(biāo)考點考題明細(xì)考查頻度彈簧類和橡皮條類實驗2024全國甲卷,22;2024海南卷,14(2);2023全國乙卷,22;2023浙江6月選考,16-Ⅰ(2);2022浙江6月選考,17(2);2022河北卷,11;2022湖南卷,11全國卷:3年2考地方卷:3年5考命題角度1探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

實驗裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

1.應(yīng)在彈簧自然下垂時,測量彈簧原長l02.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,使圖像橫軸截距不為零1.作出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖像,斜率表示彈簧的勁度系數(shù)2.超過彈簧的彈性限度,圖像會發(fā)生彎曲例5(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)計了如圖甲所示的實驗裝置,測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下:甲(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,繪制圖線:(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,此時橡皮筋的長度為

cm。

丙(5)由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為

g(計算結(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。命題角度2探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律

裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理

體現(xiàn)合力與分力

的等效替代關(guān)系1.正確使用彈簧測力計2.同一次實驗中,橡皮條結(jié)點的位置一定要相同3.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,互成角度地拉橡皮條時,夾角大小應(yīng)適當(dāng)1.按力的圖示作平行四邊形2.求合力大小例6(2023全國乙卷)驗證力的平行四邊形定則的實驗如圖甲所示,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,OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示。(1)本實驗采用的科學(xué)方法是

;

A.理想實驗法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)于該實驗,下列說法正確的是

。

A.拉橡皮筋的細(xì)繩短一些,實驗效果較好B.拉橡皮筋時,彈簧測力計、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)點到達(dá)某一位置O時,拉力F1和F2的夾角越大越好D.在同一實驗中O點位置不能變BD解析

(1)本實驗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'是通過一個彈簧測力計沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到O點的力,其方向一定沿AO方向。(3)在實驗中要減小拉力方向的誤差,應(yīng)讓標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點盡量遠(yuǎn)些,故細(xì)繩應(yīng)該長一些,A錯誤;該實驗是在白紙中作圖,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;兩個拉力的夾角過大,合力會過小,畫理論值時相對誤差變大,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點位置不能變,C錯誤,D正確。拓展衍生3.(2022浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖所示,在該實驗中:(1)下列說法正確的是

;

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

(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點拉到O。

D3解析

(1)在不超出彈簧測力計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的示數(shù)相同,A錯誤;在已記錄結(jié)點位置的情況下,確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個點就可以了,B錯誤;實驗中拉彈簧測力計時,只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦,此時彈簧測力計的示數(shù)即為彈簧對細(xì)繩的拉力,與彈簧測力計外殼和木板之間是否存在摩擦無關(guān),C錯誤;為了減小實驗中摩擦對測量結(jié)果的影響,拉橡皮條時,橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計應(yīng)貼近并平行于木板,D正確。(2)若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗,用手拉住一條細(xì)繩,用彈簧測力計拉住另一條細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使其結(jié)點達(dá)到某一點O,記下位置O和彈簧測力計示數(shù)F1及兩個拉力的方向;交換彈簧測力計和手所拉細(xì)繩的位置,再次將結(jié)點拉至O點,使兩力的方向與原來兩力方向相同,并記下此時彈簧測力計的示數(shù)F2;只用一個彈簧測力計將結(jié)點拉至O點,并記下此時彈簧測力計的示數(shù)F的大小及方向。所以若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗至少需要3次把橡皮條結(jié)點拉到O。考點三力學(xué)其他實驗高考風(fēng)向標(biāo)考點考題明細(xì)考查頻度力學(xué)其他實驗2024湖南卷,12;2024湖北卷,12;2024黑吉遼卷,12;2024廣西卷,11;2024河北卷,11(2);2024海南卷,14(1);2023新課標(biāo)卷,23;2023北京卷,17;2023浙江6月選考,16Ⅰ(1);2023浙江1月選考,16Ⅰ(2);2022福建卷,11;2022海南卷,14(2);2022湖北卷,12;2022江蘇卷,11;2022浙江1月選考,17(1);2022上海卷,18全國卷:3年1考地方卷:3年15考命題角度1探究平拋運動的特點

例7(2023浙江6月選考)在“探究平拋運動的特點”實驗中(1)用圖甲裝置進(jìn)行探究,下列說法正確的是

。

A.只能探究平拋運動水平分運動的特點B.需改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實驗C.能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點(2)用圖乙裝置進(jìn)行實驗,下列說法正確的是

。

A.斜槽軌道M必須光滑且其末端水平B.上下調(diào)節(jié)擋板N時必須每次等間距移動C.小鋼球從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下BC(3)用圖丙裝置進(jìn)行實驗,豎直擋板上附有復(fù)寫紙和白紙,可以記下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端,鋼球從斜槽上P點靜止?jié)L下,撞擊擋板留下點跡0,將擋板依次水平向右移動x,重復(fù)實驗,擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐標(biāo)原點,豎直向下建立坐標(biāo)軸y,各點跡坐標(biāo)值分別為y1、y2、y3、y4。測得鋼球直徑為d,則鋼球平拋初速度v0為

。

D解析

(1)用題圖甲裝置可以探究平拋運動豎直方向做自由落體運動的特點,需要改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實驗,B正確,A、C錯誤。(2)用題圖乙裝置進(jìn)行實驗,斜槽軌道M沒必要光滑,但末端必須水平,A錯誤;上下調(diào)節(jié)擋板N時,不需要等間距移動,B錯誤;為了保證平拋運動的初速度一定,小鋼球必須從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下,C正確。命題角度2探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系

裝置圖操作要點數(shù)據(jù)處理

1.橫臂對小球的彈力大小關(guān)系可以通過標(biāo)尺上刻度讀出,該讀數(shù)顯示了向心力大小關(guān)系2.采用了控制變量法,探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系作出F-ω2、F-r、F-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系例8(2024福建莆田二模)用如圖甲所示的裝置探究影響向心力大小的因素。已知小球在槽中A、B、C位置做圓周運動的軌跡半徑之比為1∶2∶1,變速塔輪自上而下按如圖乙所示三種方式進(jìn)行組合,每層半徑之比由上至下分別為1∶1、2∶1和3∶1。甲乙(1)在探究向心力大小與半徑的關(guān)系時,為了控制角速度相同需要將傳動皮帶調(diào)至第

(選填“一”“二”或“三”)層塔輪,然后將兩個質(zhì)量相等的鋼球分別放在

(選填“A和B”“A和C”或“B和C”)位置,勻速轉(zhuǎn)動手柄,左側(cè)標(biāo)尺露出4格,右側(cè)標(biāo)尺露出2格,則左右兩球所受向心力大小之比為

。一B和C2∶1(2)在探究向心力大小與角速度的關(guān)系時,若將傳動皮帶調(diào)至圖乙中的第三層,轉(zhuǎn)動手柄,則左右兩小球的角速度之比為

。為了更精確探究向心力大小F與角速度ω的關(guān)系,采用接有傳感器的自制向心力實驗儀進(jìn)行實驗,測得多組數(shù)據(jù)經(jīng)擬合后得到F-ω2圖像如圖丙所示,由此可得的實驗結(jié)論是

。

小球的質(zhì)量、運動半徑相同時,小球受到的向心力與角速度的二次方成正比

丙1∶3解析

(1)變速塔輪邊緣處的線速度相等,根據(jù)v=ωr,在探究向心力大小與半徑的關(guān)系時,需控制小球質(zhì)量、角速度相同,運動半徑不同,故需要將傳動皮帶調(diào)至第一層塔輪,將兩個質(zhì)量相等的鋼球分別放在B和C位置;左右兩球所受向心力大小之比為F左∶F右=n左∶n右=4∶2=2∶1。(2)變速塔輪邊緣處的線速度相等,根據(jù)v=ωr,左右兩小球的角速度之比為ω左∶ω右=R3∶3R3=1∶3;可得的實驗結(jié)論是:小球的質(zhì)量、運動半徑相同時,小球受到的向心力與角速度的二次方成正比。命題角度3用單擺測量重力加速度的大小

例9(2023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”實驗。

(1)用實驗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,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,如圖甲所示,該示數(shù)為

mm;螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖乙所示,該示數(shù)為

mm,則擺球的直徑為

mm。(2)單擺實驗的裝置示意圖如圖丙所示,其中角度盤需要固定在桿上的確定點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點上方,則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時,實際擺角

(選填“大于”或“小于”)5°。

(3)某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm,則擺長為

cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為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)

0.00620.03520.029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點的上方,則擺線和刻度盤的交點靠向內(nèi)側(cè),如圖所示,故擺線示數(shù)為5°時,實際擺角大于5°。拓展衍生4.(2024福建廈門二模)某同學(xué)設(shè)計實驗“探究向心力大小與半徑、角速度的關(guān)系”,裝置如圖甲所示,角速度ω可調(diào)節(jié)的水平圓盤,沿半徑方向固定一光滑凹槽,小球Q通過輕繩與傳感器在圓心O處連接,且可在凹槽內(nèi)沿半徑方向滑動,當(dāng)小球與凹槽一起繞圓心O旋轉(zhuǎn)時,傳感器可測出轉(zhuǎn)動的角速度和輕繩的拉力大小。(1)用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,則小球的直徑d=

mm。

14.4(2)關(guān)閉轉(zhuǎn)盤的開關(guān),轉(zhuǎn)盤緩慢減速,測出這一過程的角速度ω和輕繩拉力F數(shù)據(jù),作出F與ω2的關(guān)系圖像如圖丙所示,由圖可判斷當(dāng)小球質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動半徑r一定時,ω減小,F

(選填“增大”“減小”或“不變”),已知r=0.40m,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可求得小球的質(zhì)量m=

kg(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

丙減小0.025(3)在“探究向心力大小F與轉(zhuǎn)動半徑r的關(guān)系”時,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出F與r的關(guān)系圖像如圖丁所示,圖線沒有過原點,其原因可能是

。

丁A.把輕繩長作為轉(zhuǎn)動的半徑B.把輕繩長與小球直徑之和作為轉(zhuǎn)動的半徑C.凹槽不夠光滑,小球受到指向圓心的摩擦力A解析

(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)律,該讀數(shù)為14

mm+0.1×4

mm=14.4

mm。(2)小球轉(zhuǎn)動過程中,由輕繩拉力提供向心力,則有F=mω2r,由圖可判斷當(dāng)小球質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動半徑r一定時,ω減小,F減小;(3)根據(jù)圖像可知,在r等于0時輕繩的拉力為正值,表明在r等于0時,小球圓周運動的半徑并不等于0,即小球圓周運動的半徑的實際值大于r,可知,圖像不過原點的原因是把輕繩長作為轉(zhuǎn)動的半徑,沒有考慮小球的半徑,故選A。5.(2024廣西卷)單擺可作為研究簡諧運動的理想模型。(1)制作單擺時,在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中,選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中

不變。

(2)用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑,讀數(shù)如圖丙,則擺球直徑為

cm。

擺長1.06(3)若將一個周期為T的單擺,從平衡位置拉開5°的角度釋放,忽略空氣阻力,擺球的振動可看為簡諧運動。當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以釋放時刻作為計時起點,則擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為

。

解析

(1)題圖乙中的懸掛方式,小球在運動過程中,擺長會變化。(2)該游標(biāo)卡尺為10分度的,游標(biāo)尺上的最小分度為0.01

cm且游標(biāo)卡尺不估讀,則d=1.0

cm+6×0.01

cm=1.06

cm。突破熱點聚素養(yǎng)知識精要創(chuàng)新實驗:力學(xué)創(chuàng)新類實驗歸納分析對于創(chuàng)新型實驗的處理,最根本的方法是要把實驗的本質(zhì)從新情境中分離出來,找出與常規(guī)實驗的相同之處,然后運用熟悉的實驗原理和實驗數(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,明確實驗的理論依據(jù)和實驗?zāi)康?設(shè)計實驗方案。(2)進(jìn)行實驗,記錄數(shù)據(jù),應(yīng)用原理公式或圖像法處理實驗數(shù)據(jù),結(jié)合物體實際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行誤差分析?？枷蚍治龈呖剂W(xué)創(chuàng)新實驗題常把考查內(nèi)容延伸到演示實驗中,甚至拓展到遷移類實驗、應(yīng)用性實驗、設(shè)計性實驗。要求學(xué)生利用所學(xué)知識,對實驗儀器或?qū)嶒灧椒ㄖ亟M,將教材中的學(xué)生實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到情境新穎的實驗中去。從高考題的特點我們可以看出,考查原始實驗的題目較少,實驗題大都以基本的力學(xué)模型為載體,依托運動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計實驗,力學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計的形式有以下三種:1.實驗器材的等效與替換。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.實驗原理的拓展與延伸。該類實驗的特點是題目來源于教材,但又高于教材,實驗的基本原理和思想方法是考查的核心,要解決此類實驗問題,應(yīng)從背誦實驗向分析理解實驗轉(zhuǎn)變。3.試題情境的設(shè)計與創(chuàng)新。不管試題情境的設(shè)計進(jìn)行了怎樣的創(chuàng)新,其考查的實驗原理和實驗處理方法仍然不變。案例探究典例(2024山東煙臺一模)圖甲為測量滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖,實驗步驟如下:①用天平測量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m0、重物的質(zhì)量m,用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d;②安裝器材,并調(diào)整輕滑輪,使細(xì)線水平;③用米尺測量遮光條與光電門間距x;④由靜止釋放滑塊,用數(shù)字計時器測出遮光條經(jīng)過光電門的時間t;⑤改變滑塊與光電門間距,重復(fù)步驟③④?；卮鹣铝袉栴}:(1)測量d時,某次游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為

cm。

標(biāo),可作出如圖丙所示的圖像,該圖像的斜率為k,若實驗測得m=2m0,則滑塊和桌面間的動摩擦因數(shù)為μ=

(用k、g、d表示)。

0.960解析

(1)游標(biāo)卡尺的示數(shù)為d=0.9×10

mm+0.05

mm×12=9.60

mm=0.960

cm。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。

實驗方法創(chuàng)新思維實驗原理

將研究運動物體轉(zhuǎn)化為研究靜止物體利用F彈=Ff=μFN求μ

讓物塊先做加速運動,當(dāng)重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運動減速運動中,利用逐差法求加速度,利用F=μmg=ma進(jìn)一步求μ角度拓展1.(2023湖北卷)某同學(xué)利用測質(zhì)量的小型家用電子秤,設(shè)計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的實驗。如圖甲所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質(zhì)量m0為20.0g),向左拉動木板的同時,記錄電子秤的對應(yīng)示數(shù)m。甲(1)實驗中,拉動木板時

(選填“必須”或“不必”)保持勻速。

(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關(guān)系式為m=

。

(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出m-n圖像,如圖乙所示,可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ=

(保留2位有效數(shù)字)。

乙不必mB-μ(mA+nm0