资源描述
专题十一力学实验一、误差与有效数字1误差：误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器，完善原理，改进方法偶然误差测量、读数不准确可大可小画图象或取平均值2.有效数字：(1)有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是偶然误差的来源(2)从数的左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字二、基本仪器的使用1长度测量类仪器：(1)毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位(2)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正对时)/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02n(3)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.2时间测量类仪器：(1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为t0.025 s0.1 s.(2)频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来(3)光电计时器：记录遮光时间三、两类力学实验 1验证性实验：验证力的平行四边形定则，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律2探究性实验：探究弹力与弹簧伸长的关系，探究动能定理3两种实验过程的比较：类型探究性实验验证性实验实验过程提出问题猜想与假设制定计划与设计实验方案进行实验与收集数据分析与论证评估交流与合作实验目的实验器材实验原理实验步骤数据分析实验结论四、实验数据的处理方法1列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法2平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数3作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系考点1| 螺旋测微器和游标卡尺的读数难度：低档题 题型：实验题(2012全国卷T22)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1(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.(a)(b)图1【解题关键】关键语句信息解读校零时的示数螺旋测微器的初始值不为零金属板的厚度图(b)和图(a)的读数之差【解析】题图(a)的读数为1.00.01 mm0.010 mm.题图(b)的读数为6.5 mm37.00.01 mm6.870 mm，故金属板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm.【答案】0.0106.8706.860(2013全国卷T22(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图2所示，其读数为_cm.图2【解题关键】(1)根据游标卡尺确定游标卡尺的精度(2)正确读出20等份游标卡尺的读数【解析】d0.9 cm120.05 mm0.9 cm0.060 cm0.960 cm.【答案】0.9601高考考查特点(1)以实验填空的形式考察测量仪器的使用和读数；(2)考察以基础题为主，考察频次略低2解题的常见误区及提醒(1)误认为螺旋测微器无需估读，而游标卡尺需要估读；(2)注意区分游标卡尺的精度考向1螺旋测微器的读数1(2016成都检测)用螺旋测微器测不同规格的金属丝的直径，示数如图3所示由图可读出金属丝的直径为图甲_mm图乙_cm图丙_mm图丁_cm.【导学号：25702051】甲乙丙丁图3【解析】根据螺旋测微器的读数方法：螺旋测微器的读数值固定刻度值可动刻度0.01 mm，读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是10.002(13) mm、0.536 5(46) cm、9.205(46) mm、0.570 0 cm【答案】10.002 0.536 59.2050.570 0考向2游标卡尺的读数2某同学用游标卡尺游标卡尺测定四个不同规格金属杆的直径，示数如图4甲、乙 、丙、丁所示，则该金属杆直径分别为甲图：_mm乙图：_cm丙图：_cm丁图：_mm.甲乙丙丁图4【解析】根据游标卡尺的读数方法：游标卡尺的读数值主尺整毫米数值对齐格数精度(mm)，读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是甲图：d4 mm100.02 mm4.20 mm乙图：d12 mm40.05 mm12.20 mm1.220 cm丙图：d11 mm50.1 mm11.5 mm1.15 cm丁图：d5 mm50.05 mm5.25 mm.【答案】4.20 mm1.220 cm1.15 cm5.25 mm1螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出，如第1题中图丁半刻度线露出，图甲、乙、丙没露出2游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺，小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺，小数点后有2位3注意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再转变为题目要求的单位第1、2题中毫米和厘米各半考点2| 力学基本实验难度：中低档 题型：实验题 五年3考 (2016江苏高考T11)某同学用如图5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图5(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6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.图6(3)下表为该同学的实验结果：Ep(102J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(102J)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【解题关键】解答本题应注意以下三点：(1)小球下落的高度h可以由释放时的钢球球心测到钢球在A点时的球心，也可以是释放时的钢球顶端测到钢球在A点时的顶端(2)空气阻力造成机械能减少，应有EpEk的结果(3)改进建议应从造成误差的原因角度思考【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(2014江苏高考T11)小明通过实验验证力的平行四边形定则 (1)实验记录纸如图7所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点三个力的大小分别为：F13.30 N、F23.85 N和F34.25 N请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力图7(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响实验装置如图8甲所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹重复上述过程，再次记录下N的轨迹 甲 乙图8两次实验记录的轨迹如图8乙所示过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为_(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有_(填写选项前的字母)A橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项【解题关键】解答此题应注意以下三点：(1)拉力F1和F2的方向分别过P1、P2两点，但、并不代表F1和F2.(2)由平行四边形定则求出的合力并不一定与F3相等(3)重物重力一定和橡皮筋拉力与水平拉力方向一定时，橡皮筋拉力大小也是一定的【解析】根据力的合成法则及平衡条件解题(1)作出的图示如图所示(2)重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即FaFb.(3)根据题图乙可知，选项B、D正确，选项A、C错误(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差【答案】(1)如解析图所示(F合4.64.9 N都算对)(2)FaFb(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)1高考考查特点(1)”源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验命题的理念(2)考查实验的灵魂原理是重中之重2解题的常见误区及提醒(1)拘泥于教材实验，死记硬背不知变通是常见错误(2)注重物理规律在实验仪器和操作中的实现条件是解题的关键考向1“纸带”类实验3(2016全国甲卷T22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图9所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能图9(1)实验中涉及下列操作步骤：把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号)(2)图10中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s.比较两纸带可知，_(选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大图10【解析】(1)实验时首先向左推物块使弹簧压缩，测量出弹簧压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，待打点稳定后，再松手释放物块，故正确的操作顺序是.(2)物块脱离弹簧后将在光滑水平桌面上做匀速直线运动，由M纸带可知物块脱离弹簧时的速度vm/s1.29 m/s.比较M、L两纸带，物块脱离弹簧后在相同时间内的位移M的比L的大，则M纸带对应的那次实验中物块在脱离弹簧后的速度大，即M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大【答案】(1)(2)1.29M4某同学利用图11甲所示的实验装置，探究小车在均匀长木板上的运动规律【导学号：25702052】甲乙丙丁图11(1)在小车做匀加速直线运动时打出一条纸带，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，图乙中所示的是每打5个点所取的计数点，x13.62 cm，x45.12 cm，由图中数据可求得：小车的加速度为_m/s2，笫3个计数点与第2个计数点的距离(即x2)约为_cm.(2)若用该实验装置“探究a与F、M之间的关系”，要用钩码(质量用m表示)的重力表示小车所受的细线拉力，需满足_，满足此条件做实验时，得到一系列加速度a与合外力F的对应数据，画出aF关系图象，如图丙所示，若不计滑轮摩擦及纸带阻力的影响，由图象可知，实验操作中不当之处为_；小车的质量M_kg；如果实验时，在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，如图丁所示，从理论上分析，该实验图线的斜率将_(选填“变大”“变小”或“不变”). (3)为了验证动能定理，在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下，在图甲中的装置中，用图乙中1、3两点间对小车用实验验证动能定理的表达式为_(用题中所涉及数据的字母表示，两个计数点间的时间间隔用t表示)【解析】(1)因为打点周期为T0.02 s，且每打5个点取一个计数点，所以每两个计数点间的时间间隔t0.1 s；由匀变速直线运动的推论xmxn(mn)at2得x4x13at2，代入数据解得a0.50 m/s2；由匀变速直线运动的推论：x2x1at2得x2x1at2，代入数据得x20.041 2 m，即为4.12 cm.(2)要使细线的拉力等于钩码的重力，应该满足的条件是Mm.由aF关系图象可知实验操作不当之处为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车的质量MF/a1 kg.实验中把钩码的重力作为拉力F，实际上，由于钩码向下加速运动，拉力小于钩码重力若在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F，则分析可知小车加速度a和拉力F的关系图线的斜率变大(3)实验时保证钩码的重力等于小车所受的合外力，从计数点1到计数点3，合外力对小车做的功为mg(x2x3)计数点1对应的速度v1，计数点3对应的速度v3，在1、3两计数点间对小车用实验验证动能定理的表达式为mg(x2x3)(x3x4)2(x1x2)2【答案】(1)0.504.12(2)Mm没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足1变大(3)mg(x2x3)(x3x4)2(x1x2)2考向2“弹簧”“橡皮条”类实验5(2016武汉二模)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则实验步骤：图12将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向如图12所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)每次将弹簧示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示测力计：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13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.图13完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图14中坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm.图14(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15中作出FOA和FOB的合力F的图示图15(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.甲乙(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，然后做以FOA和FOB为邻边的平行四边形，其对角线即为合力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FOO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 O6某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验(1)图16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.甲乙丙图16(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考向3应用图象法处理实验数据7(2016全国丙卷T23)某物理课外小组利用图17中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：图17(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑(2)将n(依次取n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制st图像，经数据处理后可得到相应的加速度a.(3)对应于不同的n的a值见下表n2时的st图象如图18所示；由图17求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表.n12345a/(ms2)0.200.580.781.00图18(4)利用表中的数据在图19中补齐数据点，并作出an图像从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比图19(5)利用an图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留2位有效数字，重力加速度取g9.8 ms2)(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)Aan图线不再是直线Ban图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大【解析】(3)根据题图(b)可知，当t2.00 s时，位移s0.78 m，由sat2，得加速度a0.39 m/s2.(4)图像如图所示(5)小车空载时，n5，加速度为a1.00 m/s2.由牛顿第二定律得nm0g(mnm0)a，代入数据得m0.44 kg.(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，n的数值相同的情况下，加速度a变小，直线的斜率变小绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图像不过原点，选项B正确【答案】(3)0.39(4)见解析(5)0.44(6)B8. (2016邯郸模拟2016济南模拟)利用如图20所示实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题实验操作步骤如下：图20A按实验要求安装好实验装置；B使重物靠近打点计时器，接着先接通电源，后放开纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C如图21为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一个点分别测出若干连续点A、B、C、与O点之间的距离h1、h2、h3、图21(1)已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可得纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为_，减少的重力势能为_(2)取打下O点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能Ek和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据测得的数据在图22中绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值为k1，图线的斜率的绝对值为k2.则可求出重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为_(用k1和k2表示)图22【解析】(1)B点的瞬时速度vB，则重物动能的增加量Ekmv，重力势能的减少量为Epmgh2.(2)图线的斜率不同，原因是重物和纸带下落过程中需要克服阻力做功根据动能定理得，mghFfhmv2，则mgFf，图线斜率k1mg，图线斜率k2，知k1Ffk2，则平均阻力Ffk1k2.所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为.【答案】(1)mgh2(2)纸带的三大应用1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(或每隔四个点)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：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xxaT2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)图象法：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vt图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度考点3| 力学创新实验难度：低档 中档 高档 题型：实验填空题 五年2考(2015全国卷T22)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)(a)(b)图23完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图23(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)【解题关键】关键语句信息解读小车静置于凹形桥时物体处在平衡状态小车通过凹形桥速度的大小根据牛顿第二定律由最低点的向心力求出【解析】(2)题图(b)中托盘秤的示数为1.40 kg.(4)小车经过最低点时托盘秤的示数为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F mg解得v1.4 m/s.【答案】(2)1.40(4)7.91.4(2012江苏高考T11)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图24所示的装置进行实验实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点分别测量OP、OQ的长度h和s.改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据【导学号：25702053】图24(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮请提出两个解决方法(2)请根据下表的实验数据作出sh关系的图象.h/cm20.030.040.050.060.0s/cm19.528.539.048.056.5(3)实验测得A、B的质量分别为m0.40 kg、M0.50 kg.根据sh图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数_.(结果保留一位有效数字)(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果_(选填“偏大”或“偏小”)【解题关键】解此题的关键有两点：(1)当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面，则A由P到O做匀加速直线运动，A由O到Q做匀减速直线运动(2)利用运动学公式和牛顿第二定律推导动摩擦因数与s、h的关系【解析】(1)A释放后撞到滑轮是因为B对A做的功过多或A克服摩擦力做功少，若要不撞滑轮则可减少B对A做的功或增大摩擦力做的功，方法有减小B的质量或减小h(B下落的高度)；增大A的质量或增大O到滑轮的距离；亦可增加细线长度，任选两法即可(2)如图所示(3)设A到O点时速度为v，则PO段有：v202a1h，OQ段有：0v22a2s，故sh图象的斜率k，由牛顿运动定律知：在PO段：Mgmg(Mm)a1，得a1，OQ段：mgma2，a2g，将a1、a2代入k可得：，由图象得出k，代入上式可得0.4.(4)因滑轮轴摩擦产生的效果相当于A与桌面间摩擦力，使得A与桌面间摩擦力比实际的大，即导致测量结果偏大【答案】(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度)(2)见解析图(3)0.4(4)偏大(2015江苏高考T11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律实验装置如图25所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电图25(1)下列实验操作中，不正确的有_A将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1,2，8.用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图26所示图26计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表请将表中的数据补充完整.位置12345678(cm/s)24.533.837.8_39.539.839.839.8(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是_；磁铁受到阻尼作用的变化情况是_(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同请问实验是为了说明什么？对比实验和的结果可得到什么结论？【解题关键】解此题应注意以下三点：(1)为减小纸带与限位孔之间的阻力，实验时应保持纸带竖直(2)实验时应先接通打点计时器的电源，再释放纸带(3)每隔一个计时点取一个计数点，则两计数点之间的计时间隔为0.04 s.【解析】(1)为了探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，应让铜管竖直地固定在限位孔正下方，避免小磁铁下落时与铜管发生碰撞，选项A正确；纸带穿过限位孔，要压在复写纸下面，使打点计时器工作时纸带上点迹清晰，选项B正确；用手只捏住磁铁，不能使纸带保持竖直，磁铁下落时纸带与打点计时器间有较大阻力，故应捏住纸带的上端，让磁铁从静止释放，选项C不正确；应先接通打点计时器的电源再松开纸带，选项D不正确(2)计数点“4”的速度用它两侧计时点之间的平均速度来表示，故v4 cm/s39.0 cm/s.(3)由各计数点速度表可以看出，磁铁运动的速度逐渐增大到39.8 cm/s，表明磁铁受到的阻尼作用也是逐渐增大的，最后和重力平衡(4)实验中磁铁在塑料管中下落的运动规律与自由落体规律几乎相同，说明磁铁在塑料管中下落几乎不受阻尼作用对比实验和，可以看出磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用【答案】(1)CD(2)39.0(3)逐渐增大到39.8 cm/s逐渐增大到等于重力(4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用1高考考查特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验(2)将实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中2解题的常见误区及提醒(1)不分析试题的情景，生搬硬套教材实验，错误的应用实验结论(2)进行实验时要注重实验的细节，不能结合实验的器材和数据以及物体的受力情况进行分析考向1实验原理的设计与创新9(2016郑州二模)为了研究发生形变后的弹簧对其他物体做功的本领，小华同学选用不同弹簧A、B和重物G进行实验，弹簧A、B原来的长度相等，一端固定，另一端与水平放置的重物G相连，如图27所示他们先后压缩弹簧A、B并将其释放，弹簧释放过程中将重物G推动的距离为s(s1s2s3)，如图(b)、(c)和(d)所示，图(c)、(d)中的弹簧A、B压缩的程度相同请仔细观察实验现象，归纳得出初步结论图27(1)分析比较图(a)、(b)和(c)中弹簧的压缩程度、重物G的移动距离以及相关条件，可得：_.(2)分析比较图(a)、(c)和(d)中弹簧的压缩程度、重物G的移动距离以及相关条件，可得：_.【解析】(1)图(a)、(b)和(c)中，选取相同的弹簧A(或B)，图(b)中弹簧压缩程度小于图(c)中弹簧压缩程度，弹簧对重物G做功，重物G移动的距离s1s2，说明(c)图中弹簧做功本领比(b)图中弹簧做功本领强；据此可以得出结论：同一弹簧形变程度越大，做功本领越强(2)图(c)和(d)中，不同弹簧A和B原来的长度相等，压缩程度相同，弹簧对重物G做功，重物G移动的距离s2s3，说明(d)图中B弹簧做功本领比(c)图中A弹簧做功本领强；据此可以得出结论：原来长度相同的不同弹簧，形变程度相同时，做功本领不同【答案】(1)同一弹簧形变程度越大，做功本领越强(2)原来长度相同的不同弹簧，形变程度相同时，做功本领不同考向2实验器材的等效与替换10如图28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【导学号：25702054】甲乙丙图28(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，该同学巳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图象的斜率为k.设AB间的距离为s，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6条刻度线与主尺对齐，d2 mm60.05 mm2.30 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：v22asv，a可得：2L，解得：M(图线的斜率kFt2)【答案】(1)2.30(2)遮光条到光电门的距离L(3)见解析图(4)考向3数据处理方法的创新和拓展11(2016昆明模拟)某同学设计了一个如图29所示的装置来测定滑块与水平木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是钩码，个数可调A的左端与打点计时器的纸带(未画出)相连，通过打点计时器打出的纸带测出系统的加速度实验中该同学在钩码总质量(mmm0)保持不变的条件下，多次改变m和m的钩码个数，重复测量不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦图29(1)实验中除电磁打点计时器、纸带、若干个质量均为50克的钩码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线外，为了完成本实验，还应有_A秒表B毫米刻度尺C天平D低压交流电源(2)实验中该同学得到一条较为理想的纸带，如图30所示现从清晰的O点开始，每隔4个点取一计数点(中间4个点没画出)，分别记为A、B、C、D、E、F.测得各计数点到O点的距离分别为OA1.61 cm，OB4.02 cm，OC7.26 cm，OD11.30 cm，OE16.14 cm，OF21.80 cm，打点计时器打点频率为50 Hz.由此纸带可得到打E点时滑块的速度v_m/s，此次实验滑块的加速度a_m/s2.(结果均保留两位有效数字)图30(3)在实验数据处理中，该同学以m为横轴，以系统的加速度a为纵轴，绘制了如图31所示的实验图线，由此可知滑块与木板间的动摩擦因数_.(g取10 m/s2，保留两位有效数字)图31【解析】(1)打点计时器通过打点即可知道时间，不需要秒表，实验需要测量两点之间的距离，需要毫米刻度尺；本实验中可以不测滑块的质量，而且砝码的质量已知，天平可以不选；打点计时器要用到低压交流电源；故选B、D.(2)每隔4个点取一计数点，相邻计数点之间的时间间隔为0.1 s，故用平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得：vE102 m/s0.53 m/s由xat2可得：a0.81 m/s2.(3)对A、B、C系统应用牛顿第二定律可得：ag所以，at图象中，纵轴的截距为g，故g3，得：0.30.【答案】(1)BD(2)0.530.81(3)0.30创新实验的解法1根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案；2进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据时，应结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析27
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