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专题五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(2015海南高考)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。(a)(b)解析：游标卡尺读数为d12 mm4 mm12.20 mm1.220 cm螺旋测微器的读数为h6.5 mm36.10.01 mm6.861 mm。答案：1.2206.8612考查游标卡尺和螺旋测微器的读数(2013安徽高考).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。.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：.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。.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：.18.6.0.0070.638考点二“纸带”类实验3.考查研究匀变速直线运动(2016天津高考)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，必需的措施是_。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，无需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，无需平衡摩擦力，选项D错误。故必要的措施是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(2016漳州市漳浦一中检测)用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，据此验证机械能守恒定律。(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A按照图示的装置安装器件；B将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C用天平测出重锤的质量；D释放纸带，立即接通电源开关打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是_。(将其选项对应的字母填在横线处)(2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h的图像应是_，才能验证机械能守恒定律；v2h图像的斜率等于_的数值。解析：(1)B项，打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误。C项，因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平。故C没有必要进行。D项，开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差。故D错误。故选B、C、D。(2)利用v2h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mghmv2，即v2gh，所以以v2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线。那么v2h图线的斜率就等于重力加速度g。答案：(1)BCD(2)过原点的倾斜直线重力加速度5考查探究做功与动能变化的关系某实验小组采用如图所示装置探究做功与动能变化的关系。小车经平衡摩擦力后，挂上橡皮筋，在橡皮筋的作用下小车弹出，脱离橡皮筋沿木板滑行。(1)实验时打点计时器与学生电源按图连接，正确的连接是_(填“A”或“B”)。(2)实验中，甲、乙同学用两种不同的方法来改变橡皮筋对小车所做的功。甲同学：改变相同橡皮筋的条数，小车每次拉到同一位置释放；乙同学：保持橡皮筋的条数不变，小车每次拉到不同位置释放。你认为_(填“甲”或“乙”)同学的方法更合理。(3)从释放小车到刚脱离橡皮筋的过程，小车的运动可能是_。A匀加速运动B匀减速运动C加速度增大的加速运动 D加速度减小的加速运动(4)实验中测得小车质量为1.0 kg，某次实验得到的纸带及测量数据如图所示，测得小车获得的动能为_J(保留两位有效数字)。打点计时器工作频率为50 Hz。解析：(1)打点计时器应接低压交流电源，故A正确。(2)改变相同的橡皮筋的条数，且拉到同一位置释放，橡皮筋对小车做的功与橡皮筋条数成正比，故甲同学方法合理。(3)随着橡皮筋的拉力减小，小车的加速度逐渐减小，D正确。(4)小车的末速度v m/s2 m/s，故小车获得的动能Ekmv22.0 J。答案：(1)A(2)甲(3)D(4)2.06.考查探究a与F、m之间的定量关系(2016盐城二模)某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。(1)实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列_的点，说明小车在做_运动。(2)如果该同学先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，测小车加速度a，作a F的图像。如图丙图线正确的是_。(3)设纸带上计数点的间距为s1和s2。如图丁为用米尺测量某一纸带上的s1、s2的情况，从图中可读出s13.10 cm，s2_ cm，已知打点计时器的频率为50 Hz，由此求得加速度的大小a_ m/s2。解析：(1)平衡摩擦力时，应将连接小车与砂桶的绳从小车上拿去，不要挂砂桶，将长木板的右端垫高至合适位置，使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若小车做匀速直线运动，此时打点计时器在纸带上打出一系列点迹均匀的点。(2)如果这位同学先如(1)中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始a F的图像是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图像发生弯曲，故C正确。(3)由图丁可读得：s25.50 cm，由s2s1aT2，T0.1 s，可得：a2.40 m/s2。答案：(1)点迹均匀匀速直线(2)C(3)5.502.40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(2015福建高考)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某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，按如下步骤进行：在墙上贴一张白纸用来记录弹簧测力计弹力的大小和方向。在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下平衡时弹簧秤的读数F。将一根大约30 cm长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧测力计的挂钩上，在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧测力计的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧测力计的示数如图甲所示。在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F。(1)在步骤中，弹簧秤的读数为_ N。(2)在步骤中，合力F_ N。(3)若_，就可以验证力的平行四边形定则。(4)本实验采用的科学方法是_。A理想实验法 B等效替代法C控制变量法 D建立物理模型法解析：(1)弹簧测力计读数时需要估读，弹簧测力计读数为3.00 N。(2)根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在题图乙上由已知的两个力作出平行四边形，测量出平行四边形的对角线的长度，与标度1 N的长度进行比较，可求出F的大小为5.2 N。(3)若F在竖直方向且数值与F近似相等，则在实验误差允许的范围内可以验证力的平行四边形定则。(4)本实验采用的科学方法是等效替代法。答案：(1)3.00(2)5.2(5.05.4)(3)F在竖直方向且数值与F近似相等(4)B考点一基本仪器的使用和读数先记牢 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20190.050.05主尺上读的毫米数0.05 n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02 n2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电火花打点计时器交流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。再用活 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36.1。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12.20 mm，再转换为1.220 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(2013山东高考)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：A11.30(或11.25或11.35)2某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为_ mm，图(b)所示读数为_ mm，所测金属板的厚度为_ mm。解析：图(a)：0 mm0.01 mm1.00.010 mm；图(b)：6.5 mm0.01 mm37.06.870 mm；故所测金属板的厚度为6.870 mm0.010 mm6.860 mm。答案：0.0106.8706.860考点二“纸带”类实验先记牢 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。再用活 1利用纸带求物体的速度、加速度时要注意以下三点：(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5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。如诊断卷第6题，只有两段位移s1、s2，应选用s2s1aT2计算加速度；而诊断卷第3题，有六段位移，应选用a计算加速度。2平衡摩擦力的目的与方法(1)目的：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，如诊断卷第5题；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6题。(2)方法：不挂橡皮筋或小砂桶的情况下，给小车一初速度，小车下滑时纸带上所打的点间距相等，小车做匀速运动。3aF图像发生弯曲的原因分析由aF可知，随着m的增大，当不满足Mm时，aF图线的斜率逐渐减小，如诊断卷第6题。1(2016儋州二中月考)在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50 Hz，如图所示是一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、14.55 cm、19.70 cm。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4_ m/s，小车的加速度大小a_ m/s2。(结果保留三位有效数字)解析：根据平均速度代替瞬时速度得：v4 m/s0.405 m/s由题意得两个相邻计数点间的距离为：x10.014 0 m，x2x2x10.021 5 m，x3x3x20.029 0 m，x4x4x30.037 0 m，x5x5x40.044 0 m，x6x6x50.051 5 m采用逐差法得：a m/s20.756 m/s2。答案：0.4050.7562(2016邯郸模拟)如图甲所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置，该装置依靠电子信息系统获得了小车加速度a的信息，由计算机绘制出a与钩码重力的关系图。钩码的质量为m，小车和砝码的质量为M，重力加速度为g。(1)下列说法正确的是_。A每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C本实验m应远小于MD在用图像探究加速度与质量关系时，应作a 图像(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他作出的a F图可能是图乙中_(选填“甲”“乙”“丙”)图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_。A小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态C钩码的总质量太大D所用小车的质量太大(3)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，其他操作均正确，若轨道水平，他测量得到的图像如图丙。设图中纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数_。解析：(1)为平衡摩擦力，假设木板倾角为，则有：fmgsin mgcos ，m约掉了，每次在小车上加减砝码时，故不需要重新平衡摩擦力；故A错误。实验时应先接通电源后释放小车，故B错误。让小车的质量M远远大小钩码的质量m，因为实际上绳子的拉力FMa，故应该是mM，故C正确。FMa，所以：a，所以在用图像探究小车的加速度与质量的关系时，通常作a 图像，故D错误。(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，说明没有平衡摩擦力或平衡不够。故可能作出图乙中丙。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C。(3)根据牛顿第二定律可知，mgMgMa；结合a 图像，可得：amgg设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，因此小车与木板间的动摩擦因数。答案：(1)C(2)丙C(3)3某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的守恒量，实验器材有打点计时器、低压交流电源(频率为50 Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。该同学经过以下几个步骤：A用天平测出小车A的质量mA0.4 kg，小车B的质量mB0.2 kg。B更换纸带重复操作三次。C小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间。D把长木板放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源。E接通电源，并给A车一定的初速度vA。(1)该同学正确的实验步骤为_。(2)打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图所示，根据这些数据完成下表。A车B车AB整体质量/kg速度/(ms1)mvmv2(3)根据以上数据猜想守恒表达式为_。解析：(1)ADCEB(2)碰撞前后为匀速直线运动，由纸带上点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体，求出两车共同速度。注意打点计时器频率为50 Hz，打点时间间隔为0.02 s，通过计算得下表。A车B车AB整车质量/kg0.40.20.6速度/(ms1)3.002.07.503.3mv1.201.2mv23.602.4(3)由表中数据可看出在mv一行中数值相同，可猜想公式为mAvAmBvB(mAmB)v。答案：见解析考点三“弹簧”“橡皮条”类实验先记牢 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直线上或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。再用活 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。如诊断卷第8题，弹簧测力计的读数为3.00 N。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题的第(3)问。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。1(2016云南楚雄质检)在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图像，根据图像回答以下问题。(1)弹簧的原长为_。(2)弹簧的劲度系数为_。(3)分析图像，总结出弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为_。解析：(1)根据胡克定律GFk(LL0)，由此可知G L图像的横轴截距为L0，故由题图可知L010 cm。当所挂钩码的重力G为0时，弹簧的拉力也为0，此时弹簧长度即为原长，所以弹簧的原长为10 cm。(2)根据Gk(LL0)可知，G L图像的斜率大小等于弹簧的劲度系数大小，由题图求出劲度系数为k1 000 N/m。(3)弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为F1 000L100(N)。答案：(1)10 cm(2)1 000 N/m(3)F1 000L100 (N)2(2015山东高考)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FO O。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm。(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N。(3)根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F的图示。(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l010.0 cm。(2)橡皮筋的长度lOAOB13.60 cm，由图甲可得F1.80 N，所以FOAFOBF1.80 N。(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力F，如图乙。(4)FO O的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F和FO O的大小和方向，即可得出实验结论。答案：(1)如图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如图乙所示(4)FO O第二讲力学创新实验考点一实验器材的等效与替换1.用电子秤替换弹簧测力计(2016广州二模)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，则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)三细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F在误差范围内重合2气垫导轨、拉力传感器、光电门替换长木板、打点计时器(2016六安一中模拟)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)否考点二实验结论的拓展与延伸3.由测定加速度延伸为测定交流电的频率(2016全国乙卷)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)404由测定加速度延伸为测定动摩擦因数(2016云南统测)一学生用如图甲所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数。在桌面上放置一块水平长木板，木板一端带滑轮，另一端固定一打点计时器。木块一端拖着穿过打点计时器的纸带，另一端连接跨过定滑轮的绳子，在绳子上悬挂一定质量的钩码后可使木块在木板上匀加速滑动。实验中测得木块质量M150 g，钩码质量m50 g。(1)实验开始时，应调整滑轮的高度，让绳子与木板_；(2)实验中得到如图乙所示的纸带，纸带上A、B、C、D、E是计数点，相邻两计数点之间的时间间隔是0.10 s，所测数据在图中已标出，根据图中数据可求得木块运动的加速度a_ m/s2(结果保留两位有效数字)；(3)根据实验原理可导出计算动摩擦因数的表达式_(用M、m、g、a表示)；取g10 m/s2，代入相关数据可求得_(计算结果保留一位有效数字)。解析：(1)实验由纸带测定木块加速度，木块所受拉力方向不变，保持与桌面平行，因此需要在实验前调整滑轮高度，使绳子与木板平行。(2)根据匀变速直线运动规律的推论xaT2可知，木块的加速度a m/s20.25 m/s2。(3)钩码与木块加速度大小相等，假设绳子张力为T，对钩码有，mgTma，对木块则有TMgMa，解两式得，将已知条件代入解得0.3。答案：(1)平行(2)0.25(3)0.3考点三试题情景的设计与创新5.利用平抛运动探究功与速度变化的关系(2016唐山第二次模拟)在“探究功与速度变化的关系”实验中，采用如图甲所示装置，水平正方形桌面距离地面高度为h，将橡皮筋的两端固定在桌子边缘上的两点，将小球置于橡皮筋的中点，向左移动距离s，使橡皮筋产生形变，由静止释放后，小球飞离桌面，测得其平抛的水平射程为L。改变橡皮筋的条数，重复实验。(1)实验中，小球每次释放的位置应_(填“不同”“相同”或“随意”)。(2)取橡皮筋对小球做功W为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，如图乙所示，应选为_横坐标(选L或L2)。若直线与纵轴的截距为b，斜率为k，可求小球与桌面间的动摩擦因数为_(使用题中所给符号表示)。解析：(1)每次通过改变橡皮筋的条数重复实验，为使每条橡皮筋对小球做功相同，故小球每次释放的位置应相同。(2)设小球飞离桌子边缘时的速度为v0，则由动能定理得Wmgsmv02，小球飞离桌面后做平抛运动，则有hgt2，Lv0t，解得WL2mgs，故若取橡皮筋对小球做功W为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，应选为L2横坐标；由题意可知bmgs，k，解得。答案：(1)相同(2)L26利用钢球摆动验证机械能守恒定律(2016江苏高考)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。7利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度(2015全国卷)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2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考点一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，主要有以下三个方向：(1)用气垫导轨代替长木板；(2)用光电门、频闪相机代替打点计时器；(3)用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。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1题，用电子秤代替弹簧秤，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2题第(3)问。1(2016宜春三中高三检测)小刚同学用如图所示的实验装置研究“机械能守恒定律”，他进行如下操作：用天平测出小球的质量为0.50 kg；用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm；用刻度尺测出小球球心到光电门的距离为82.05 cm；电磁铁先通电，让小球吸在其下端；电磁铁断电时，小球自由下落；在小球通过光电门时，计时装置记下小球通过光电门所用的时间为2.50103 s，由此可算出小球通过光电门的速度。(1)由以上测量数据可计算得出小球重力势能的减少量Ep_J，小球动能的变化量Ek_ J。(g取9.8 m/s2，结果均保留三位有效数字)(2)从实验结果中发现Ep_(选填“稍大于”“稍小于”或“等于”)Ek，试分析可能的原因：_。解析：(1)小球重力势能的减小量Epmgh0.509.80.820 5 J4.02 J。小球通过光电门的速度v m/s4 m/s，则小球动能的变化量Ekmv20.5016 J4.00 J。(2)从实验结果中发现Ep稍大于Ek，可能的原因是空气阻力的影响。答案：(1)4.024.00(2)稍大于空气阻力的影响2(2016南平检测)如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距为L48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录细线拉力和小车到达A、B时的速率。(1)本实验有关的说法正确的是()A两速度传感器之间的距离应适当远些B要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力C应先释放小车，再接通速度传感器的电源D改变所挂钩码的数量时，要使所挂钩码的质量远小于小车质量E不必用天平测出小车和车上的拉力传感器的总质量(2)某同学在表中记录了实验测得的几组数据，vB2vA2是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式为a_，表中第3次实验缺失的数据是_m/s2(结果保留三位有效数字)；次数F(N)vB2vA2(m2/s2)a(m/s2)10.600.770.8021.041.611.6831.422.3442.003.483.6352.624.654.8463.005.495.72(3)表中a与F并不成正比，这是由于_(填写“平衡摩擦力不足”或“平衡摩擦力过度”)造成的。解析：(1)两速度传感器之间的距离应适当远些，增大L，可以减小误差，故A正确；要调整长木板的倾斜角度，平衡小车受到的摩擦力，使得拉力传感器记录小车受到拉力是小车的合力，故B正确；应该先接通电源后释放小车，故C错误；改变所挂钩码的数量时，不需要使所挂钩码的质量远小于小车质量，因为实验中拉力传感器记录小车受到的拉力，故D错误；不必用天平测出小车和车上的拉力传感器的总质量，故E正确。(2)根据匀变速直线运动的位移与速度公式：v2v022ax可以求出：a，带入数据解得：a2.44 m/s2。(3)表中a与F并不成正比，这是由于平衡摩擦力不足造成的。答案：(1)ABE(2)2.44(3)平衡摩擦力不足考点二实验结论的拓展与延伸通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数，这是对实验结论的拓展与延伸。从近几年的高考命题看，这是实验创新的一个热点。建议考生灵活掌握利用牛顿第二定律求物体所受的阻力或滑块与木板间的动摩擦因数时要根据试题情景列方程。如诊断卷第3题中，重物竖直下落，mgkmgma；诊断卷第4题中，木块和钩码为一通过定滑轮连接的连接体，应分别应用牛顿第二定律列方程：mgTma，TMgMa，从而可得。1(2016烟台模拟)为了测量木块与木板间的动摩擦因数，某小组使用DIS位移传感器设计了如图甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律如图乙所示。(1)根据上述图线，计算0.4 s时木块的速度v_m/s，木块加速度a_m/s2(结果均保留2位有效数字)。(2)为了测定动摩擦因数，还需要测量的量是_ (已知当地的重力加速度g)；得出的表达式是_。解析：(1)根据某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度，得0.4 s末的速度为：v m/s0.40 m/s，02 s末的速度为：v m/s0.2 m/s，则木块的加速度为：a m/s21.0 m/s2。(2)选取木块为研究的对象，木块沿斜面方向受力：mamgsin mgcos 得：，所以要测定动摩擦因数，还需要测出斜面的倾角。答案：(1)0.401.0(2)斜面倾角(或A点的高度h、底边长度d、斜面长度L等)2(2016安阳二模)如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块及遮光条都从位置A处由静止释放。(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d_ mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_。(3)改变钩码质量，读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，该同学已经将实验中的数据描入了图丙所示F坐标系中，请用平滑的曲线将各点连接起来。(4)若图丙中所作的F图像的斜率为k，设AB间的距离为L，当遮光条的宽度为d时，则滑块和遮光条的总质量为M_。解析：(1)由图知第5条刻度线与主尺对齐，d2 mm50.05 mm2.25 mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式得：若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离L。(3)如图所示(4)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v22aL，v，a可得：2L，解得：M。答案：(1)2.25(2)遮光条到光电门的距离L(3)见解析图(4)考点三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。建议考生适当关注即可1在诊断卷第5题中，通过改变橡皮筋的条数来改变对小球做功的大小，是常见的实验思想，但本题中是利用平抛运动规律确定小球的末速度，而不是用光电门或打点计时器，这是本实验情景设计上的创新之处。2在诊断卷第6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7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：如图(a)所示对应的示数1.00 kg为凹形桥模拟器的质量；如图(b)所示的示数与如图(a)中示数之差
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