（全國通用）2018年高考物理二輪復習 專題六 物理實驗 第1講 力學實驗學案

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1、 第1講　力學實驗 1.誤差和有效數(shù)字 (1)有效數(shù)字 ①有效數(shù)字的位數(shù)：從左側第一個不為零的數(shù)字起到最末一位數(shù)字止，共有幾個數(shù)字，就是幾位有效數(shù)字。 ②科學記數(shù)法：大的數(shù)字，如36 500，如果第3位數(shù)5已不可靠時，應記作3.65×104；如果是在第4位數(shù)不可靠時，應記作3.650×104。 (2)誤差 ①誤差是測量值與真實值之間的差異，不是錯誤，且不可避免。 ②由于儀器不精確、方法粗略、原理不完善等產(chǎn)生的是系統(tǒng)誤差，特點是測量值總偏大或偏小。 ③由于各偶然因素對實驗者、測量儀器、被測量物的影響而產(chǎn)生的誤差是偶然誤差，特點是有時偏大有時偏小，可用多次測量求平均值減小偶然

2、誤差。 2.基本儀器的使用 (1)長度測量類儀器： ①毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位。 ②游標卡尺的讀數(shù)： 游標尺/mm 精度/mm 測量結果(游標尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線正對時)/mm 刻度格數(shù) 刻度總長度 每小格與1毫米差 10 9 0.1 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n ③螺旋測微器的讀數(shù)：測量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01 mm。 (2)時間測量類儀器：

3、 ①打點計時器：每打兩個點的時間間隔為0.02 s，一般每五個點取一個計數(shù)點，則時間間隔為Δt＝0.02×5 s＝0.1 s。 ②頻閃照相機：用相等時間間隔獲取圖象信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來。 ③光電計時器：記錄遮光時間。 3.力學實驗 (1)驗證性實驗：驗證力的平行四邊形定則，驗證牛頓運動定律，驗證機械能守恒定律，驗證動量守恒定律。 (2)探究性實驗：探究彈力與彈簧伸長的關系，探究動能定理。 4.實驗數(shù)據(jù)的處理方法 (1)列表法：在記錄和處理數(shù)據(jù)時，為了簡單而明顯地表示出有關物理量之間的關系，可將數(shù)據(jù)填寫在適當?shù)谋砀裰?，即為列表法? (2)平均值法：把在同一狀態(tài)

4、下測定的同一個物理量的若干組數(shù)據(jù)相加求和，然后除以測量次數(shù)。 (3)作圖法：用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是直觀、簡便，有取平均值的效果。由圖線的斜率、截距、包圍的面積等可以研究物理量之間的關系。 1.(2017·全國卷Ⅰ，22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖1(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴) 圖1 (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________

5、(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。 (2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________ m/s，加速度大小為________ m/s2。(結果均保留2位有效數(shù)字) 解析　(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動。 (2)已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為Δt＝ s＝ s，所以A點位置的速度為vA＝ m/s＝0.19 m/s。根據(jù)逐差法可求加速度a＝，解得a＝0.038 m/s2。 答案　(1)從右向左

6、　(2)0.19　 0.038 2.(2017·全國卷Ⅲ，22) 某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖2(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。 (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中

7、兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。 (ⅰ)用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O為作用點，在圖2(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合； 圖2 (ⅱ)F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。 解析　(1)由圖(b)可知，F(xiàn)的大小為4.0 N (2)(ⅰ)畫出力F1、F2的圖示，如圖所示 (ⅱ)用刻度尺量出F合的線段長為20 mm，所以F合大小為4

8、.0 N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為tan α＝0.05。 答案　(1)4.0 N　(2)(ⅰ)見解析 　(ⅱ)4.0　0.05 3.(2017·全國卷Ⅱ，22)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。 圖3 實驗步驟如下： ①如圖3(a)，將光電門固定在斜面下端附近，將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑； ②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt； ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度(如圖(b)所示)

9、，v表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內的平均速度大小，求出v； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟②、③； ⑤多次重復步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出v－Δt圖，如圖4所示。 圖4 完成下列填空： (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小，則v與vA、a和Δt的關系式為 v＝________。 (2)由圖4可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2。(結果保留3位有效數(shù)字) 解析　(1)設擋光片末端到達光電門的速度為v， 則由速度—時間關系

10、可知：v＝vA＋aΔt，且v＝ 聯(lián)立解得：v＝vA＋aΔt； (2)由圖4可讀出vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率 k＝a＝ cm/s2≈8.14 cm/s2， 即a＝16.3 cm/s2。 答案　(1)v＝vA＋aΔt　(2)52.1　16.3 真題感悟 1.高考考查特點 (1)“源于課本，不拘泥于課本”一直是高考實驗命題的理念。 (2)考查實驗的靈魂——原理是重中之重。 (3)將實驗的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖象法、逐差法，融入實驗的綜合分析之中。 (4)以基本的力學模型為載體，依托運動學規(guī)律和力學定律設計實驗。如2017年全國卷Ⅱ的第22題。

11、 2.解題的常見誤區(qū)及提醒 (1)拘泥于教材實驗，死記硬背不知變通是常見錯誤。 (2)注重物理規(guī)律在實驗儀器和操作中的實現(xiàn)條件是解題的關鍵。 (3)不分析試題的情景，生搬硬套教材實驗，錯誤的應用實驗結論。 (4)進行實驗時要注重實驗的細節(jié)，不能結合實驗的器材和數(shù)據(jù)以及物體的受力情況進行分析。 　游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) 1.下面各圖均是用游標卡尺測量時的示意圖，圖5甲中游標卡尺為50分度游標卡尺，圖乙為20分度游標卡尺，圖丙為10分度游標卡尺，它們的讀數(shù)分別為____________；____________；____________。 圖5 解析　在圖甲中，主尺讀

12、數(shù)為42 mm，游標尺上第5條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標尺是50分度的，所以讀數(shù)為42 mm＋5×0.02 mm＝42.10 mm；在圖乙中，主尺讀數(shù)為63 mm，游標尺上第6條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標尺是20分度的，所以讀數(shù)為63 mm＋6×0.05 mm＝63.30 mm；在圖丙中，主尺讀數(shù)為29 mm，游標尺上第8條刻度線與主尺上的一條刻度線對齊，由于游標尺是10分度的，所以讀數(shù)為29 mm＋8×0.1 mm＝29.8 mm。 答案　42.10 mm　63.30 mm　29.8 mm 2.某同學利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度。該螺旋測微器校零時的示數(shù)如

13、圖6(a)所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示。圖(a)所示讀數(shù)為________mm，圖(b)所示讀數(shù)為______ mm，所測金屬板的厚度為______mm。 圖6 解析　題圖(a)所示讀數(shù)為0 mm＋1.0×0.01 mm＝0.010 mm；題圖(b)的讀數(shù)為6.5 mm＋37.0×0.01 mm＝6.870 mm；故金屬板的厚度d＝6.870 mm－0.010 mm＝6.860 mm。 答案　0.010　6.870　6.860 練后反思 游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù)的“3點注意” (1)螺旋測微器讀數(shù)時要估讀，以毫米為單位，小數(shù)點后必須為3位，同時注意固定刻度上的半刻

14、度是否露出。 (2)游標卡尺不估讀，以毫米為單位，10分度卡尺，小數(shù)點后只有1位；20分度和50分度卡尺，小數(shù)點后有2位。 (3)注意題目要求的單位是否為mm，若不是則要先以mm為單位讀數(shù)，然后再換算為題目要求的單位。 　“紙帶”類實驗 1.(1)在“研究勻變速直線運動”的實驗中，下列方法中有助于減小實驗誤差的是________。(填正確答案標號) A.選取計數(shù)點，把每打5個點的時間間隔作為一個時間單位 B.使小車運動的加速度盡量小些 C.舍去紙帶上開始時密集的點，只利用點跡清晰、點間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量、計算 D.適當增加掛在細繩下鉤碼的個數(shù) (2)某次實驗獲得的紙帶如

15、圖7所示，O點為起始點，A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，由圖可知紙帶的加速度為a＝________，在打D點時紙帶的速度為vD＝________(保留兩位有效數(shù)字)，F(xiàn)到G的距離為xFG＝________。 圖7 解析　(1)選取計數(shù)點，把每打5個點的時間間隔作為一個時間單位，可以減小測量的誤差，A正確；為了減小實驗的測量誤差，加速度應適當大一些，B錯誤；舍去紙帶上開始時密集的點，只利用點跡清晰、點間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量、計算，可以減小誤差，C正確；適當增加鉤碼的個數(shù)，可以適當增大加速度，減小實驗誤差，D正確。 (2)因為連續(xù)相等時間內的

16、位移之差Δx＝0.75 cm，根據(jù)Δx＝aT2得，a＝＝ m/s2＝0.75 m/s2，xFG＝xEF＋0.75 cm＝19.65 cm－14.50 cm＋0.75 cm＝5.90 cm。打D點時紙帶的速度 vD＝＝ m/s＝0.40 m/s。 答案　(1)ACD　(2)0.75 m/s2　0.40 m/s　5.90 cm 2.用圖8所示裝置探究物體的加速度與力的關系。實驗時保持小車(含車中重物)的質量M不變，細線下端懸掛鉤碼的總重力作為小車受到的合力F，用打點計時器測出小車運動的加速度a。 圖8 (1)關于實驗操作，下列說法中正確的是________。 A.實驗前應調節(jié)滑輪高

17、度，使滑輪和小車間的細線與木板平行 B.平衡摩擦力時，在細線的下端懸掛鉤碼，使小車在線的拉力作用下能勻速下滑 C.每次改變小車所受的拉力后都要重新平衡摩擦力 D.實驗時應先接通打點計時器電源，后釋放小車 (2)圖9為實驗中打出紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡未標出，測出各計數(shù)點到A點間的距離。已知所用電源的頻率為50 Hz，打B點時小車的速度v＝________m/s，小車的加速度a＝______m/s2。 (3)改變細線下端鉤碼的個數(shù)，得到a－F圖象如圖10所示，造成圖線上端彎曲的原因可能是______

18、________________________________________________ _______________________________________________________________。 圖9 圖10 解析　(1)細線的拉力不能引起小車對長木板壓力的變化，A項正確；平衡摩擦力時不要掛鉤碼，B項錯誤；改變小車的拉力時無需重新平衡摩擦力，C項錯誤；實驗時應先接通電源，后釋放小車，D項正確。 (2)打B點時小車的速度為vB＝＝ m/s＝0.316 m/s；根據(jù)逐差法得出小車加速度為a＝＝0.93 m/s2。 (3)F變大彎曲時，原因是隨所掛

19、鉤碼質量m的增大，不能滿足鉤碼的質量遠小于小車質量。 答案　(1)AD　(2)0.316(0.32也算對)　0.93 (3)隨所掛鉤碼質量m的增大，不能滿足M?m 練后反思 紙帶的三大應用 (1)由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器(打點周期為0.02 s)打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點間的時間間隔Δt＝0.02×5 s＝0.10 s。 (2)求解瞬時速度 利用做勻變速直線運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求打某一點的瞬時速度。如圖11甲所示，第n點的瞬時速度vn＝。 (3)用“逐差法”求加速度 如圖乙所示，因

20、為a1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝。 甲 乙 圖11 　“橡皮條、彈簧、碰撞”類實驗 1.小明同學在做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗時，安裝好如圖12所示的實驗裝置，讓刻度尺的零刻度線與彈簧上端平齊。 (1)在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為l1，此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(分度值是1 mm)上位置的放大圖如圖12所示，可讀出彈簧的長度l1＝________cm。 圖12 (2)在彈性限度內，在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。實驗中，當掛3個鉤碼時，彈簧長度為24.95 cm。已知單個鉤碼質

21、量是50 g，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.80 m/s2，據(jù)此小明計算出彈簧的勁度系數(shù)為________N/m。(結果保留3位有效數(shù)字) (3)實驗中沒有考慮到彈簧的自重，對彈簧勁度系數(shù)的測量結果有無影響？________(填“有”或“沒有”)。 (4)小紅同學發(fā)現(xiàn)小明僅用這兩組數(shù)據(jù)計算出的結果與彈簧的標稱值相差較大，請你幫助小紅提出更合理的數(shù)據(jù)處理方案：_______________________________。 解析　(1)已知刻度尺的零刻度線與彈簧上端平齊，由示數(shù)知此時彈簧長度為24.75 cm。 (2)根據(jù)胡克定律，k＝＝490 N/m。(按題目要求，結果保留3位有效數(shù)字) (

22、3)因為k＝，彈簧伸長量的增加量Δx取決于所掛鉤碼重力的增加量ΔF，即k跟彈簧自重無關，故彈簧的自重對彈簧勁度系數(shù)的測量結果無影響。 (4)偶然誤差是由各種偶然因素(實驗者、測量儀器、被測物理量影響等)引起的，偏大和偏小概率均等，故多次測量求平均值可有效減小偶然誤差。 答案　(1)24.75　(2)490　(3)沒有　(4)作出F－l圖象，求斜率；作出F－Δl圖象，求斜率；利用逐差法求勁度系數(shù)；用多組數(shù)據(jù)，求平均值(答出任一種即可) 2.現(xiàn)要用圖13甲完成“驗證力的平行四邊形定則”實驗：把白紙固定在豎直放置的木板上，白紙上畫有一些同心圓，相鄰兩圓之間的距離為r，圓心O距第一個圓的距離為r

23、，A、B為光滑的滑輪，可沿虛線圓環(huán)滑動，也可固定。CO為豎直方向的一基準線。 圖13 (1)完成下列主要實驗步驟所缺的內容： ①用一細線系住橡皮筋的一端，細繩的另一端固定在C點，橡皮筋的另一端連接兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細繩套，分別掛上3個鉤碼和4個鉤碼(每個鉤碼重1 N)如圖乙所示，適當調整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于O點處，記下________________和兩條輕繩的方向，取下鉤碼。 ②再用一把彈簧測力計沿豎直方向把兩細繩與橡皮筋的結點也拉至O處，如圖丙所示，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′＝________N。 圖14 (2)若相鄰兩圓環(huán)之間的距

24、離表示1 N，該同學已經(jīng)在圖14中作出兩條輕繩的拉力F1和F2。請按力的圖示在圖14中作出F1和F2的合力F及拉力F′的圖示。 (3)對比F和F′的大小和方向，發(fā)現(xiàn)它們不是完全一致的，其可能的原因是_____________________________________________________________________ ________________________________________________________。(填一個原因) (4)在步驟①中“適當調整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于O點處”的目的是_________________

25、_______________________________ __________________________________________________________________。 解析　(1)①本實驗中鉤碼的重力替代拉力，故在實驗完成后要記錄下兩條細繩上的鉤碼的個數(shù)，這樣就相當于記錄下了每根細繩所受到的拉力大小。 ②彈簧測力計的讀數(shù)F′＝5.0 N。 (2)所作的圖示如圖所示。 (3)測量存在誤差、作圖沒有畫準、彈簧測力計自身重力的影響、滑輪與繩之間的摩擦力等。 (4)由于CO是在豎直方向，適當調整A、B滑輪的位置，使橡皮筋與兩細繩之間的結點穩(wěn)定于O點處，目

26、的是為了使F1和F2的合力沿豎直方向。 答案　(1)①兩條細繩上的鉤碼的個數(shù)　②5.0　(2)見解析　(3)見解析　(4)使F1和F2的合力沿豎直方向 3.氣墊導軌工作時，可忽略滑塊與導軌表面間的阻力影響。現(xiàn)借助氣墊導軌驗證動量守恒定律，如圖15甲所示，在水 平氣墊導軌上放置質量均為m的A、B(圖中未標出)兩滑塊，左側滑塊的左端、右側滑塊的右端分別與一條穿過打點計時器的紙帶(圖中未畫出)相連，打點計時器電源的頻率為f。氣墊導軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源，待打點穩(wěn)定后讓兩滑塊以大小不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動。如圖乙、圖丙所示為某次實驗打出的、分別與兩個滑塊相

27、連的兩條紙帶，紙帶上相鄰兩計數(shù)點間有4個點未畫出，用刻度尺分別測出s1、s2和s3。 圖15 (1)若碰前滑塊A的速度大于滑塊B的速度，則滑塊________(填“A或B”)與圖乙所示紙帶的________(填“左”或“右”)端相連； (2)碰撞前A、B兩滑塊的動量大小分別為________、________，驗證動量守恒定律的表達式為________(用題目所給的已知量表示)。 解析　(1)因碰前A的速度大于B的速度，且A、B的速度方向相反，碰后速度相同，根據(jù)動量守恒定律可知，滑塊A應與圖乙所示紙帶的左側相連。 (2)碰撞前兩滑塊的速度大小分別為v1＝＝＝0.2s1f；v2＝＝

28、＝0.2s3f。碰撞后兩滑塊的共同速度大小v＝＝＝0.2s2f。所以碰前兩滑塊動量大小分別為p1＝mv1＝0.2mfs1，p2＝mv2＝0.2mfs3，總動量為p＝p1－p2＝0.2mf(s1－s3)，碰后總動量為p′＝2mv＝0.4mfs2。則驗證動量守恒定律的表達式為0.2mf(s1－s3)＝0.4mfs2，即s1－s3＝2s2。 答案　(1)A　左　(2)0.2mfs1　0.2mfs3　s1－s3＝2s2 　力學創(chuàng)新實驗 1.為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機械能損失)，某同學選取了兩個體積相同、質量不相等的小球，按下述步驟做了如下實驗：

29、 圖16 ①用天平測出兩個小球的質量分別為m1和m2，且m1>m2。 ②按照如圖16所示，安裝好實驗裝置。將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。 ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置。 ④將小球m2放在斜槽末端點B處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球m1和m2在斜面上的落點位置。 ⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離。 圖中D、E、F點是該同學記下小球在斜面上的落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF。 根據(jù)該同學的實驗，回答下列問題：

30、(1)小球m1和m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中的________點，m2的落點是圖中的________點。 (2)用測得的物理量來表示，只要滿足關系式________________，則說明碰撞中動量是守恒的。 (3)用測得的物理量來表示，只要再滿足關系式________________，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。 解析　(1)不放小球m2，小球m1在斜面上的落點為E點，放上小球m2，小球m1和m2發(fā)生碰撞后，m1的落點為D點，m2的落點為F點。 (2)由平拋運動的知識可知，設斜面BC的傾角為θ，小球從斜面頂端平拋落到斜面上，兩者距離為L，則Lcos θ＝vt，Lsin θ＝gt

31、2，可得v＝Lcos θ＝cos θ。由于θ、g都是恒量，所以v∝，v2∝L，所以動量守恒的表達式為m1＝m1＋m2。 (3)由能量守恒定律可得m1LE＝m1LD＋m2LF，即滿足此關系式則說明兩小球碰撞為彈性碰撞。 答案　(1)D　F (2)m1＝m1＋m2 (3)m1LE＝m1LD＋m2LF 2.如圖17所示是某研究性學習小組設計的“探究做功與速度的關系”的實驗裝置。他們將光電門固定在直軌道上的O點，將拉力傳感器固定在質量為M的小車上，用不可伸長的細線通過一個定滑輪將小車與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車所受拉力F的大小，通過光電門記錄遮光條通過光電門的時間t，結合遮光條的寬度d計

32、算出小車通過光電門時的速度，該小組提出如下兩種操作方案： 圖17 (1)方案一：用同一鉤碼通過細線拉同一小車，每次小車從不同位置由靜止釋放，各位置A、B、C、D、E、F、G(圖中只標出了G)與O點間的距離s分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。則該實驗方案________(填“需要”或“不需要”)測量鉤碼的重力；________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力；利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，若以s為橫軸，以________(填“t”、“t2”、“”或“”)為縱軸作出的圖象是一條過原點的直線，則可得出做功與速度的關系。 (2)方案二：用不同的鉤碼通過細線拉同一小車，每次小車都從

33、同一位置(與O點之間距離為s0)由靜止釋放。用該實驗方案________(填“需要”或“不需要”)測量鉤碼的重力；________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力；只要已知量和測得量滿足關系________________，即可得出做功與速度的關系。 (3)為了減小兩種方案的實驗誤差，下列做法正確的是________。 A.增大遮光條的寬度使其寬度測量的相對誤差盡量小 B.對同一遮光條，多測幾次寬度以減小偶然誤差 C.鉤碼質量應當遠小于小車質量 D.調節(jié)定滑輪高度，使連接小車的細線與軌道嚴格平行 解析　(1)本實驗探究做功與速度的關系，實際上是驗證動能定理，由F合s＝Mv2＝M

34、，在方案一中只需要以s為橫軸，以為縱軸作出圖象，若圖象是一條過原點的直線，即可驗證動能定理，不需要計算拉力大小，也不需要平衡摩擦力。(2)方案二中，給出了不同的合外力，因為拉力傳感器可以直接測出細線的拉力，要把該力作為小車所受的合外力，就需要平衡摩擦力；要驗證動能定理，需要滿足關系Fs0＝M。(3)應減小遮光條的寬度使測得的速度盡量接近小車經(jīng)過光電門時的瞬時速度，A錯誤；多次測量求平均值可以減小偶然誤差，B正確；因為細線的拉力直接由傳感器測得，所以不必使鉤碼質量遠小于小車質量，C錯誤；調節(jié)滑輪高度，使連接小車的細線與軌道平行，這樣可使拉力方向恒定，小車運行平穩(wěn)，摩擦力穩(wěn)定易平衡，D正確。 答

35、案　(1)不需要　不需要　　(2)不需要　需要 Fs0＝M　(3)BD 練后反思 創(chuàng)新實驗的解法 (1)根據(jù)題目情境，提取相應的力學模型，明確實驗的理論依據(jù)和實驗目的，設計實驗方案； (2)進行實驗，記錄數(shù)據(jù)，應用原理公式或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)時，應結合物體實際受力情況和理論受力情況對結果進行誤差分析。 贏取滿分策略④——做到一“明”、二“看”、三“提取” 又快又準破解實驗題 [滿 分 策 略] 1.明——明確考查的知識范圍 現(xiàn)在的物理實驗題涉及力學、電(場、路)磁(場、感)學等知識。盡管題目千變萬化，但通過仔細審題，都能直接地判斷出命題人想要考查的知識點和意圖。 2.看—

36、—看清實驗題圖 實驗題一般配有相應的示意圖、實物圖，目的是告知實驗儀器(或部分)及其組裝情況，讓考生探究考查意圖。認識這些器材在實驗中所起的作用，便能初步勾畫實驗過程。 3.提取——提取信息 試題總是提供諸多信息再現(xiàn)實驗情景，因此，解答時必須捕捉并提取有價值的信息，使問題迎刃而解。一般需要關注如下信息： (1)新的概念、規(guī)律、公式 一些新穎的非學生實驗題、陌生的新知識(概念公式)應用題、新規(guī)律驗證題，都會為我們提供信息。要在閱讀理解的基礎上提取有用信息為解題服務。 (2)新的表格數(shù)據(jù) 通過解讀表格，了解實驗測量的物理量，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，判斷相關物理量之間的關系。如正比例、反比例

37、關系，平方還是開方關系，或者是倒數(shù)關系。根據(jù)數(shù)據(jù)描點作圖可以直觀反映實驗的某種規(guī)律。 (3)新的物理圖象 實驗題本身提供物理圖象，但這些圖象平時沒有接觸過，關鍵要明確圖象的物理意義，才能正確分析實驗問題。 【模擬示例】 (1)在DIS實驗中，通過測量遮光板的寬度以及用光電計時器測量遮光板通過光電門時遮光的時間，可以求得速度，該速度本質上是________(填“平均速度”或“瞬時速度”)。若運動物體從同一位置開始運動，而遮光板的寬度不同，在下表中的四個速度中，哪個更接近于物體通過光電門瞬間的速度？________(填“①”“②”“③”或“④”)。 ① Δs＝0.020 m Δt＝0.0

38、43 101 s ＝0.464 0 m/s ② Δs＝0.015 m Δt＝0.032 640 s ＝0.459 6 m/s ③ Δs＝0.010 m Δt＝0.021 869 s ＝0.457 3 m/s ④ Δs＝0.005 m Δt＝0.011 160 s ＝0.448 0 m/s 圖18 (2)“用DIS測定加速度”的實驗中，通過位移傳感器獲得小車運動的v－t圖象如圖18(a)所示。小車在AB區(qū)域內的運動可視為________運動，此區(qū)域內小車的加速度a＝________m/s2。 (3)如圖(b)所示，為測量做勻加速直線運動小車的加速度，將寬度均為b的遮

39、光板A、B固定在小車上，測得二者間距為d。當小車勻加速經(jīng)過光電門時，測得兩遮光板A、B先后經(jīng)過的時間Δt1和Δt2，則小車加速度a＝________。 解析　(1)通過測量遮光板的寬度以及用光電計時器測量遮光板通過光電門時遮光的時間這一方法求得運動物體的速度，該速度本質是平均速度。時間取得越短，平均速度越趨近于瞬時速度，可知第④個速度更接近光電門的瞬時速度。 (2)由圖可知圖象AB部分為傾斜的直線，因此小車在AB區(qū)域內做勻加速直線運動，圖象的斜率的絕對值等于小車的加速度大小，因此有a＝＝ m/s2＝1.6 m/s2。 (3)A通過光電門時小車的速度v1＝，B通過光電門時小車的速度v2＝，

40、根據(jù)勻變速直線運動的速度與位移關系有v－v＝2ad，解得小車的加速度為 a＝。 答案　(1)平均速度?、堋?2)勻加速直線　1.6 (3) 反思總結 (1)利用DIS能直接將測量數(shù)據(jù)輸入計算機，經(jīng)過處理可得到所需圖象，如x－t圖象、v－t圖象和a－t圖象等，然后分析圖象，利用圖象的斜率和截距等即可求得速度和加速度。 (2)在用圖象處理實驗數(shù)據(jù)時常利用“化曲為直”的思想，將非線性關系圖象轉化為線性關系圖象，然后由圖線的截距和斜率等確定相關量。 課時跟蹤訓練 1.用游標卡尺測得某材料的長度如圖1甲所示，示數(shù)為L＝________mm；用螺旋測微器測得該材料的直徑如圖乙所示，示數(shù)為D

41、＝________mm。 圖1 解析　材料的長度L＝30 mm＋7×0.05 mm＝30.35 mm，材料的直徑D＝3 mm＋20.3×0.01 mm＝3.203 mm。 答案　30.35　3.203 2.如圖2甲所示為研究小車做勻變速直線運動的實驗裝置圖。 圖2 (1)請寫出圖2甲中的兩個重要的實驗器材名稱：①________，②________。 (2)如圖乙所示是某次實驗中得到的紙帶的一部分，則O、E兩點間的距離為________cm。 (3)如圖3所示是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的s－t2圖象(s為紙帶上各計數(shù)點至第一個點的距離)，則加速度大小a＝________m/s2

42、(結果保留三位有效數(shù)字)。 圖3 解析　(1)題圖甲中①是紙帶，②是打點計時器。(2)由題圖乙所示刻度尺可知，O、E兩點間的距離s＝2.82 cm－1.00 cm＝1.82 cm。(3)小車做初速度為零的勻加速直線運動，則根據(jù)s＝at2，由題圖3可知，k＝a，則a＝2k≈0.933 m/s2。 答案　見解析 3.利用以下裝置可以完成力學中的許多實驗。 圖4 (1)以下說法中正確的是________。 A.用此裝置研究勻變速直線運動時，必須設法消除小車和木板間摩擦阻力的影響 B.用此裝置探究加速度與力、質量的關系時，每次改變砝碼及砝碼盤的總質量之后，需要重新平衡摩擦力

43、C.用此裝置探究加速度與力、質量的關系時，為保證拉力近似等于沙桶(含沙)的重力，必須滿足沙桶(含沙)的質量遠小于小車的質量 D.用此裝置探究做功和速度變化的關系時，必須調節(jié)滑輪高度使連接小車的細線與木板平行 (2)某同學在進行“探究加速度與力、質量的關系”實驗時，經(jīng)歷了以下過程： a.在實驗準備過程中，發(fā)現(xiàn)實驗室有兩種打點計時器，如圖5所示。該同學決定使用電火花計時器，該打點計時器對電源的要求是________。 圖5 A.交流220 V B.直流220 V C.交流4～6 V D.直流4～6 V b.該同學欲通過圖6所示裝置打出的紙帶(圖7)來判斷是否已經(jīng)平衡摩擦力。根

44、據(jù)紙帶的點跡可以判斷：為進一步平衡摩擦力，圖6中的墊塊應向________(選填“左”或“右”)移一些。 　　　　　　　圖6　　　　　　　　 　圖7 c.在利用此裝置做實驗時(已知電源頻率為50 Hz)，實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖8所示。從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離。則打下計數(shù)點3時小車的瞬時速度大小為________m/s，小車的加速度大小為________m/s2。(以上兩空結果均保留兩位有效數(shù)字) 圖8 解析　(1)用此裝置研究勻變速直線運動時，由于摩擦阻力是恒力，不必設法消除小車和木板間摩擦阻力的影響，選項A錯誤；用此

45、裝置探究加速度與力、質量的關系時，每次改變砝碼及砝碼盤的總質量之后，不需要重新平衡摩擦力，選項B錯誤；用此裝置探究加速度與力、質量的關系時，為保證拉力近似等于沙桶(含沙)的重力，必須滿足沙桶(含沙)的質量遠小于小車的質量，選項C正確；用此裝置探究做功和速度變化的關系時，必須調節(jié)滑輪高度使連接小車的細線與木板平行，選項D正確。 (2)電火花計時器使用的是220 V的交流電。根據(jù)紙帶的點跡可以判斷小車做減速直線運動，需要進一步平衡摩擦力，圖6中墊塊應向右移動。打下計數(shù)點3時小車的瞬時速度大小為v3＝×10－2 m/s＝0.38 m/s。由逐差法可知小車的加速度大小為 a＝×10－2 m/s2

46、 ＝0.16 m/s2。 答案　(1)CD　(2)a.A　b.右　c.0.38　0.16 4.某實驗小組要探究力對物體做功與物體獲得速度的關系，選取的實驗裝置如圖9所示。 圖9 (1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和________電源(填“交流”或“直流”)。 (2)實驗主要步驟如下： Ⅰ.實驗時，為使小車所受合力等于橡皮筋的拉力，在未連接橡皮筋前將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，得到的紙帶應該是圖10中的________(填“甲”或“乙”)； 圖10 Ⅱ.使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，沿木板運動，此過程中

47、橡皮筋對小車做的功記為W； Ⅲ.再分別改用完全相同的2條、3條……橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時由靜止釋放外，還必須________________(填寫相應實驗條件)，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W； Ⅳ.分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3，如圖11所示是實驗中打出的一條紙帶，為了測量小車獲得的最大速度，應選紙帶的________部分進行測量； 圖11 Ⅴ.只有一條橡皮筋時，作出W－v圖象，則下列符合實際的圖象是________。 (3)若該小組實驗時在遺忘了步驟Ⅰ的情況下也完成了實驗，那么當小車速度最大時，橡皮筋處于_____

48、___(填“伸長”或“原長”)狀態(tài)。 解析　(1)電磁打點計時器接4～6 V的交流電源，電火花計時器接220 V的交流電源。因此需要交流電源。 (2)為使小車所受合外力等于橡皮筋的拉力，實驗前必須平衡摩擦力，木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，使小車做勻速直線運動，得到的紙帶應該是點跡均勻的乙。分別改用完全相同的2條、3條……橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時除由靜止釋放外，還必須從同一位置釋放，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W。為了測量小車獲得的最大速度，應選用紙帶的點跡均勻部分即GJ(或HJ)部分進行測量；由動能定理有W＝mv2，作出W－v圖象，則符合實際的圖象是D。 (3)若

49、該小組實驗時在遺忘了步驟Ⅰ(即沒有平衡摩擦力)的情況下也完成了實驗，那么當小車速度最大時，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋處于伸長狀態(tài)。 答案　(1)交流　(2)乙　從同一位置釋放　GJ(或HJ)　D　(3)伸長 5.隨著力傳感器的測量精度的提高，不用“扭秤”而進行實驗研究點電荷間的相互作用力(庫侖力)成為可能。如圖12所示是某科技實驗小組設計的研究庫侖力的裝置，在抽成真空的玻璃容器A內，M、N為完全相同的金屬小球(帶電后可視為點電荷)，用絕緣支柱固定帶電小球M，用可調絲線懸掛原來不帶電的小球N，調控小球N的位置，通過等距離的背景刻度線0、1、2、3、4可準確確定小球M、N間的距離，相鄰刻度

50、線間距離均為d，通過固定在容器頂部并與絲線上端相連的高靈敏度拉力傳感器B可以顯示絲線上的拉力，控制放電桿可以讓帶電小球完全放電。實驗小組完成了以下操作； 圖12 ①在球N不帶電時讀出傳感器示數(shù)F0； ②讓球N與球M接觸后，調整球N到位置1，讀出并記錄傳感器示數(shù)F1； ③繼續(xù)調整球N分別到位置2、3、4，依次讀出并記錄傳感器示數(shù)F2、F3、F4； ④用放電桿使球N完全放電，再讓球N與球M接觸后，放回到位置1，讀出并記錄傳感器示數(shù)F5； ⑤重復④的操作，依次讀出并記錄傳感器示數(shù)F6、F7。 (1)對于上述操作，下列判斷正確的是________。 A.根據(jù)②的操作，可求出小球N在

51、不同情況下所受的庫侖力 B.根據(jù)①②③的操作，可研究庫侖力跟點電荷距離間的關系 C.根據(jù)②④⑤的操作，可研究庫侖力跟小球帶電荷量間的關系 D.要測定靜電力常量k，還須準確測出小球M的帶電荷量 (2)小球N第一次與小球M接觸后調整球N到位置1，此時小球M、N間的庫侖力大小為________。 (3)實驗中使用兩個完全相同的金屬小球，其作用是_______________________ _____________________________________________________________。 解析　(1)當小球N與球M接觸帶電后，M、N間產(chǎn)生庫侖斥力，小球N受到重

52、力mg＝F0、絲線拉力F1及庫侖力FC1三個力，故庫侖力FC1＝F0－F1，需要①②及后續(xù)操作共同確定不同情況下的庫侖力大小，A選項錯誤；②③操作保持M、N所帶電荷量不變，因此結合①可研究庫侖力跟點電荷距離間的關系，B選項正確；操作④⑤保持小球間距離不變，每次小球N放電后再與M接觸，由于兩球完全相同，使小球所帶電荷量依次減小到前次的，要研究的是庫侖力跟小球所帶電荷量間的關系，需要①②④⑤四步的操作共同完成，選項C錯誤；由庫侖定律可知，要測定靜電力常量，必須準確測定小球M的帶電荷量，D選項正確。 (2)根據(jù)(1)可知FC1＝F0－F1； (3)根據(jù)(1)可知，實驗中使用兩個完全相同的金屬小球

53、是為了使小球N與帶電小球M接觸時將M所帶的電荷量平分。 答案　(1)BD　(2)F0－F1　(3)使小球N與帶電小球M接觸時將M所帶的電荷量平分 6.某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“驗證動量守恒定律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖13甲所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，這樣就大大減小因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。 圖13 下面是實驗的主要步驟： ①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平； ②向氣墊導軌通入壓縮空氣；

54、③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點計時器的限位孔和彈射架并固定在滑塊1的左端，調節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向； ④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩； ⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間，已知碰后兩滑塊一起運動； ⑥先____________，然后____________，讓滑塊帶動紙帶一起運動； ⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖乙所示； ⑧測得滑塊1(包括撞針)的質量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質量為205 g。 (1)試完善實驗步驟⑥的內容。 (2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算

55、可知兩滑塊相互作用前質量與速度的乘積之和為________kg·m/s；兩滑塊相互作用以后質量與速度的乘積之和為________kg·m/s。(保留三位有效數(shù)字) (3)試說明(2)問中兩結果不完全相等的主要原因是________________________ ________________________________________________________________。 解析　(2)作用前滑塊2的速度v0＝ m/s＝2.0 m/s， 故作用前兩滑塊質量與速度的乘積為0.310 kg×2.0 m/s＝0.620 kg·m/s，作用后滑塊1和滑塊2具有相同的速度v＝ m/s＝1.2 m/s， 其質量與速度的乘積之和為(0.310 kg＋0.205 kg)×1.2 m/s＝0.618 kg·m/s。 (3)相互作用前后動量減小的主要原因是紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦。 答案　(1)接通打點計時器的電源　放開滑塊1 (2)0.620　0.618　(3)紙帶與打點計時器的限位孔之間有摩擦 - 24 -