2019-2020年高考物理二轮复习第一部分专题五物理实验学案.doc

2019-2020年高考物理二轮复习第一部分专题五物理实验学案思维脑图学前串一串，平时翻一翻，考前忆一忆 一、力学实验1熟知常规力学量的测量物理量测量工具、使用方法或测量方法力弹簧测力计(不超量程，调零；会读数)；力传感器(调零)质量天平(水平放置、调零；被测物放左盘、砝码放右盘；会读数)长度刻度尺(要估读，精度1 mm)；螺旋测微器(要估读，精度0.01 mm)；游标卡尺(不估读，精度有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三种)时间打点计时器(电磁打点计时器使用6 V以下交流电，电火花计时器使用220 V交流电，打点时间间隔0.02 s)；光电计时器(记录挡光时间t)；秒表(不估读，精度0.1 s)速度纸带：v；频闪照相： v；光电门：瞬时速度v(d为遮光板宽度)；速度传感器加速度打点纸带：a；频闪照相：a；光电门：a或a；vt图像：ak(斜率)2洞悉重要力学实验的考点实验装置图操作要领考查热点速度随时间变化的规律平行：细绳、纸带与长木板平行靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集考装置：器材装配正误考读算：读纸带计数点间位移；计算瞬时速度；计算加速度摩擦力：无需平衡(木板平放或斜放均可)远小于：无需满足(悬挂钩码质量比小车质量)力的平行四边形定则等效：同一次实验中橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力F1、F2的夹角不要太大或太小作图：选定比例要相同；严格按力的图示要求作平行四边形求合力考读数：弹簧测力计示数考操作：两次拉橡皮条时需将结点O拉到同一位置求合力：根据分力F1、F2大小与方向用作图法求合力会区分：能区分合力的理论值与真实值加速度与物体质量、物体受力的关系平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器或以小车与重物的系统为研究对象，无需满足此要求)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放；实验时先接通电源，后释放小车考装置：器材安装正误；平衡摩擦力的方法、标准；质量控制要求测定a：根据纸带或光电门数据计算加速度求结论：描点作aF或a图像，并得出结论判成因：给定异常aF图像，判断其可能成因探究动能定理平衡：须平衡摩擦力做功：橡皮筋做的功是变力功，不能具体求解，须用倍增法改变功的大小小车：靠近打点计时器且接通电源再释放小车；每次小车须由同一位置静止弹出考装置：平衡摩擦力的方法、判断标准求速度：小车获得速度就是纸带点距均匀的速度考图像：作Wv或Wv2图像，得出结论 验证机械能守恒定律安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放速度：应用vn，不能用vn或vngt计算考装置：器材选择、装配正误考运算：下落速度的计算；减小重力势能与增加动能的计算考图像：由h或h图像的斜率判断机械能是否守恒二、电学实验1熟知常规电学量的测量物理量测量工具、使用方法或测量方法电压电压表(会选用；会接线；会读数)；电压传感器；多用电表电压挡；灵敏电流计与大电阻串联电流电流表(会选用；会接线；会读数)；电流传感器；多用电表电流挡；灵敏电流计与小电阻并联电阻多用电表电阻挡(粗测)；伏安法(外接法、内接法)；等效替代法测电阻；电阻箱(接线、读数)；滑动变阻器(选用、接线)电动势伏安法；伏阻法；安阻法等2.洞悉重要电学实验的考点项目电路图实验原理考查热点决定导线电阻的因素测Rx：Rx(伏安法)算：Rx，考读数：U、I、L及d考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考运算：UI求Rx，求描绘小灯泡的伏安特性曲线电路：伏安法外接；滑动变阻器分压式图像：UI图像为曲线(温度升高，灯丝电阻增大)考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考作图：描点、连线画UI图像考运算：由UI图像求电阻、电功率测量电源的电动势和内阻伏安法：EUIr安阻法：EI(Rr)伏阻法：EUr考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考作图：描点连线画图线考运算：由UI或I1R或U1R1图像求E、r练习使用多用电表V、A挡：相当于电压表、电流表挡：闭合电路欧姆定律调零：机械调零、欧姆调零电流方向：红表笔进，黑表笔出考读数：电压、电流、电阻挡的读值考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等考黑箱：多用电表探测黑箱内的元件xxxx年实验必做题统计第10题第11题xx探究恒力做功与物体动能变化的关系利用继电器与热敏电阻制作简易的温控装置xx探究金属电阻的阻值随温度变化的关系利用光电门与钢球验证机械能守恒定律xx利用伏安法测量干电池的电动势和内阻探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律二十二、基本仪器的使用和读数长度测量类仪器1游标卡尺读数方法游标尺精确度(mm)游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时游标卡尺的读数(mm)刻度格数刻度总长度(mm)每小格与1 mm相差(mm)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注意：(1)读数最后的“0”不能丢，且不需要估读。(2)读数时主尺和游标尺所用单位要统一，都用mm，最后根据题目要求转换单位。(3)游标卡尺可以测量长度、深度、内径、外径等。2螺旋测微器读数方法测量值固定刻度值(注意半毫米刻度线是否露出)精确度可动刻度上与固定刻度水平线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)。精确度为0.01 mm。注意：(1)螺旋测微器读数以“mm”为单位时，小数点后面一定有三位数字。(2)螺旋测微器需要估读，读数时要估读到0.001 mm。即时训练1下面各图均是用游标卡尺测量时的示意图，图甲为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为：_；_；_。解析：题图甲中，主尺读数为42 mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是50分度的，所以读数为42 mm80.02 mm42.16 mm；题图乙中，主尺读数为63 mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是20分度的，所以读数为63 mm60.05 mm63.30 mm；题图丙中，主尺读数为29 mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是10分度的，所以读数为29 mm80.1 mm29.8 mm。答案：42.16 mm63.30 mm29.8 mm2.用螺旋测微器测某圆柱体的直径时，示数如图所示，圆柱体的直径为_mm。解析：固定刻度上读数为4 mm，可动刻度与固定刻度水平线对齐格数为3.5格(0.5格为估读)，则螺旋测微器的读数为4 mm3.50.01 mm4.035 mm。答案：4.035时间测量类仪器1打点计时器的使用方法(1)电磁打点计时器使用6 V以下的交流电源，电火花计时器使用220 V的交流电源，电源频率都为50 Hz，即打点计时器每隔0.02 s打一个点。(2)在使用打点计时器时，应先接通电源，再放开纸带，每打完一条纸带，应及时关闭电源。(3)若打点计时器在纸带上留下的不是点，而是一些短线，这种现象是电磁打点计时器的振针与纸带的接触时间过长而引起的，这时应适当调低输入电压(电磁打点计时器是利用电磁铁吸附振针来实现打点的，调低电压减小了电磁铁对振针的吸引力，可以解决问题)或调节振针的高度、振片的高度。(4)要注意区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，两个计数点间的时间间隔为t0.025 s0.1 s。2秒表的读数方法机械秒表一般由分针和秒针组成，分针的短刻线代表半分钟，秒针的最小刻度为0.1 s，而且不需要估读。即时训练1一同学利用打点计时器打出的纸带分析做减速运动的小车的运动规律时，得到了一条不完整的纸带，纸带上相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50 Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位：cm。(1)相邻两计数点间的时间间隔是_s。(2)小车的加速度大小a_m/s2，方向为_(填“AB”或“BA”)。(3)当电源频率低于50 Hz时，如果仍按频率为50 Hz的时间间隔计算，则测出的速度数值将比小车速度的真实值_(填“偏大”或“偏小”)。解析：(1)因为两计时点间的时间间隔为0.02 s，而相邻的两个计数点间还有4个计时点，故t0.1 s。(2)由逐差法可得x1x43a1t2，x2x53a2t2，x3x63a3t2，求得a1、a2、a3的平均值为a0.80 m/s2，因为从A到B相邻计数点间的距离越来越小，故加速度方向为AB。(3)当交流电的频率为50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点，当交流电的频率低于50 Hz时，打点计时器打一次点的时间间隔将大于0.02 s，即0.02 s小于真实的时间间隔，因此测出的速度数值将比真实值偏大。答案：(1)0.1(2)0.80AB(3)偏大2在一次学校组织的运动会上，一位同学参加400 m跑步比赛，计时员用秒表记下该同学所用的时间如图所示，其读数为_s。解析：由秒表的读数方法，可得时间t 短针读数t1长针读数t290 s9.8 s99.8 s。答案：99.8电压表和电流表电压表、电流表的读数规则1电压表、电流表若用03 V、03 A量程，其最小分度(精确度)分别为0.1 V、0.1 A，应估读到下一位。2电压表若用015 V量程，则其最小分度为0.5 V，估读到最小分度的，以“V”为单位，所读数值有一位小数。3电流表若用00.6 A量程，则其最小分度为0.02 A，估读到最小分度的，以“A”为单位，所读数值有两位小数。即时训练如图所示为电压表和电流表的刻度盘示意图，指针位置分别如图甲、图乙所示。(1)若使用的是03 V量程，读数为_V。若使用的是015 V量程，读数为_V。(2)若使用的是00.6 A量程，读数为_A。若使用的是03 A量程，读数为_A。解析：(1)对于电压表，当选取03 V量程时，每小格为0.1 V，读数为1.68 V，当选取015 V量程时，每小格为0.5 V，读数为8.4 V。(2)对于电流表，当选取00.6 A量程时，每小格为0.02 A，读数为0.47 A，当选取03 A量程时，每小格为0.1 A，读数为2.33 A。答案：(1)1.688.4(2)0.472.33二十三、速度和加速度的几种测量模型打点计时器例1在“研究匀变速直线运动的规律”的实验中，某同学获得的一条纸带如图所示。(1)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，则打点计时器在纸带上打下相邻两点的时间间隔为_。(2)A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x_m。(3)C点对应的速度是_m/s，小车运动的加速度为_m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)(4)若实验后发现，实际所用交流电的频率高于50 Hz，则第(3)问中计算结果与实际值相比_。(填“偏大”“偏小”或“不变”)解析(1)打点计时器在纸带上打下相邻两点的时间间隔t s0.02 s。(2)由于每两个相邻计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T0.1 s，A、B间的距离x0.30 cm0.003 0 m。(3)根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度，可以求出打下C点时小车的瞬时速度大小vC m/s0.060 m/s。根据匀变速直线运动的推论公式xaT2，可以求出加速度的大小，得a0.20 m/s2。(4)如果实验中实际所用交流电的频率高于50 Hz，那么实际打点周期变小，根据运动学公式得，第(3)问中计算结果与实际值相比偏小。答案(1)0.02 s(2)0.003 0(3)0.0600.20(4)偏小备考锦囊1如何选取纸带和计数点要选取点迹清晰的一条纸带，舍掉刚开始时比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个起点O，然后每5个点取一个计数点，测出相邻计数点间的距离。2判定物体运动的性质若x1、x2、x3基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀速直线运动；若xxmxn基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。3由纸带求物体的运动速度平均速度法：做匀变速直线运动的物体，某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn。4由纸带求物体的加速度(1)逐差法：如图所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T，且满足x6x5x5x4x4x3x3x2x2x1，则用a1，a2，a3，算出a1、a2、a3的平均值即物体运动的加速度，a，这样可使所给数据全部得到利用，准确性得以提高。(2)图像法：由“平均速度法”求出多个点的速度，画出vt图像，直线的斜率即加速度。光电门例2如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置，直径为d、质量为m的钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB，用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。(1)钢球下落的加速度大小a_，钢球受到的空气平均阻力Ff_。(2)本题用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，但从严格意义上讲是不准确的，钢球通过光电门的平均速度_(选填“”或“”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。解析(1)钢球通过光电门A、B时的瞬时速度分别为：vA，vB，由vB2vA22ah得，加速度a，由牛顿第二定律得：mgFfma，解得：Ffmg。(2)钢球通过光电门的平均速度等于该过程中间时刻的瞬时速度，因钢球做加速运动，在中间时刻时钢球球心还没到达光电门位置，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。答案(1)mg(2)备考锦囊利用光电门研究本实验的两个注意点(1)根据一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，求出滑块运动到光电门时的速度大小。(2)通过光电门求出速度，再利用匀变速直线运动的规律求出加速度，进而利用牛顿第二定律求力。频闪照相例3某校同学们在学习自由落体运动之后的一次课外兴趣活动中，利用频闪照相方法研究小球的自由落体运动。如图所示是其中一小组拍出的照片，他们所用的是每隔 s时间拍一次的相机，从某个适当的位置开始测量，用1、26表示第一、第二第六段相邻间隔，第一段和第六段相邻间隔的距离已标在图中。(1)由图中信息求出小球加速度的测量值a_。(2)由图中数据，求出小球在位置A时的瞬时速度vA_m/s。解析(1)根据逐差法有x2x1x3x2xnxn1aT2，可得xnx1(n1)aT2，故x6x15aT2，解得a9.72 m/s2。(2)对于第一段间隔，其中间时刻的速度大小为v1，而vAv1a，代入数据解得vA2.472 m/s。答案(1)9.72 m/s2(2)2.472本题与用打点计时器测匀变速直线运动的加速度实验形异质同，因此在处理数据的方法上也相同。对于第(2)问，则要考虑用匀变速直线运动的特殊规律，即一段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，再利用运动学公式进行计算。DIS系统例4某学校物理兴趣小组，利用光控实验板进行了“探究自由落体的下落高度与速度之间的关系”的实验，光控实验板上有带刻度的竖直板、小球、光控门和配套的速度显示器，速度显示器能显示出小球通过光控门的速度。现通过测出小球经过光控门时每次的速度来进行探究。另配有器材：多功能电源、连接导线、重垂线、铁架台等。实验步骤如下：如图甲所示，将光控板竖直固定，连好电路；在光控实验板的合适位置A处固定好小球及光控门B，并测出两者间距离h1；接通光控电源，使小球从A处由静止释放，读出小球通过B时的速度值vB1；其他条件不变，调节光控门B的位置，测出h2、h3、，读出对应的vB2、vB3、；将数据记录在Excel软件工作簿中，利用Excel软件处理数据，如图乙所示，小组探究，得出结论。在数据分析过程中，小明同学先得出了vBh图像，继而又得出vB2h图像，如图丙、丁所示。请根据图像回答下列问题：(1)小明同学在得出vBh图像后，为什么还要作出vB2h图像？(2)若小球下落过程机械能守恒，根据实验操作及数据处理结果，你能否得出重力加速度g？如果能，请简述方法。_。解析(1)先作出的vBh图像，不是直线，不能准确判定vB与h的关系。但从图像形状知可以考虑vB2h图像，从而找出vB2、h之间的线性关系。(2)能。机械能守恒，只需验证方程mghmv2成立，即由v2h得图像的斜率k2g，所以可得gk。答案见解析本题用DIS系统测得速度和物体下落的高度，建立起相关图像，利用图像处理实验数据时，一定要明确图像的物理意义。 二十四、力学实验与创新1某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)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。(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(b)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，_(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。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v m/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)1.29M2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)403(xx南京二模)某同学用如图甲所示的实验装置探究动能定理。他通过测量小车所受合外力(近似等于悬挂钩码的重力)做的功和小车动能的增量进行探究，所用小车质量为M，重力加速度为g。实验操作如下：用游标卡尺测出遮光片的宽度d；安装好实验器材，调整垫块位置使长木板的倾角合适，将小车放在长木板上某一位置A，用刻度尺量出小车上的遮光片到光电门的距离L；在细线左端挂一个质量为m0的钩码，将小车从A位置由静止释放，记录下遮光片通过光电门的时间t；保持小车质量不变，逐次增加悬挂钩码个数，重复步骤，并将各次实验中遮光片通过光电门的时间记录到下表中：悬挂钩码个数n12345t/ms11.798.166.715.775.14/(104 s2)0.781.502.223.003.78回答下列问题：(1)关于实验操作，下列说法错误的是_。A要将小车从同一位置由静止释放B改变悬挂钩码的数量后，要重新平衡摩擦力C实验中需保证悬挂钩码的质量远小于小车的质量D实验前应该调整滑轮的高度，使细线与长木板平行(2)用游标卡尺测量遮光条宽度如图乙所示，则遮光条的宽度d_mm。(3)请根据表中测量数据，以悬挂钩码的个数n为横轴，以为纵轴，在坐标纸上作出n图像。(4)能否仅依据“n图像是一条过原点的直线”就得出“合外力对小车做的功等于小车动能增量”的结论？_(选填“能”或“不能”), 理由是_。解析：(1)每次都要将小车从同一位置由静止释放，这样才能保证每次拉力做功相同，故A正确；由于平衡摩擦力之后有Mgsin Mgcos ，故tan ，所以无论悬挂钩码的数量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，不需要重新平衡摩擦力，故B错误；为了使小车受到的合外力等于悬挂钩码的重力，所以需要保证悬挂钩码的质量远小于小车的质量，故C正确；为保证细线的拉力沿长木板的方向，所以应调节定滑轮的高度使细线与长木板平行，故D正确。(2)游标卡尺的读数为d10 mm00.1 mm10.0 mm。(3)根据描点法可得：(4)根据nm0gLM2，解得n，故只有当所作出的图线斜率等于时，才可得出这个结论。答案：(1)B(2)10.0(3)见解析图(4)不能只有当所作出的图线斜率等于时，才可得出这个结论探究弹力和弹簧伸长的关系实验数据的常见处理方法：1列表法：将测得的实验数据填入设计好的表格之中，可以分析两物理量间的定性关系。2图像法：根据记录的实验数据在平面直角坐标系内进行作图。若是曲线应平滑，若是直线要让尽量多的点过直线，或在直线两侧均匀分布。3函数法：根据图像得到物理量间的函数关系方程式。例1在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中。(1)某同学先把弹簧放在水平桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长为L0，再把弹簧竖直悬挂起来，然后用钩码挂在弹簧下端，测出弹簧的长度为L，把LL0作为弹簧的伸长量x1，改变钩码个数重复操作。由于弹簧自身重力的影响，最后作出的Fx图像，可能是下图中的()(2)另一同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图像如图所示。下列表述正确的是()Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比(3)为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图上标出，请作出ml的关系图线。弹簧的劲度系数为_N/m(结果保留3位有效数字)。解析(1)由于弹簧自身重力的原因，在不施加外力，把弹簧竖直悬挂起来时，弹簧有一定的伸长量，根据公式Fkx可知图像是一条倾斜的直线，故C正确。(2)F0时，弹簧处于原长，由题图可知，b的原长比a的长，图像的斜率表示劲度系数，所以a的劲度系数比b的大，由于图像没有通过原点，即弹簧的长度等于原长加变化量，即弹簧的长度和弹力不成正比，综上所述，B正确。(3)如图所示：由胡克定律Fkx得：kgk斜0.255 N/m。答案(1)C(2)B(3)见解析图0255(0.2480.262均可)即时训练(xx浙江高考)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m。如图甲所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验，在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下：(1)若弹簧秤a、b间夹角为90，弹簧秤a的读数是_N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为_N。(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数_、弹簧秤b的读数_(填“变大”“变小”或“不变”)。解析：(1)根据胡克定律，弹簧OC伸长1.00 cm时弹簧的弹力Fckx5001.00102 N5.00 N；由题图可知弹簧秤a的读数Fa3.00 N，根据勾股定理，Fa2Fb2Fc2，解得Fb4.00 N。(2)改变弹簧秤b与OC的夹角时，由于保持弹簧伸长1.00 cm不变，因而Fa与Fb的合力F保持不变，根据平行四边形定则，Fa、Fb合成的平行四边形如图所示(OACB)，当弹簧秤b与OC的夹角变小时，其力合成的平行四边形为OACB，由图可知a、b两弹簧秤的示数都将变大。答案：(1)3.00(3.003.02)4.00(3.904.10)(有效数字不作要求)(2)变大变大验证力的平行四边形定则1本实验考查的重点是“力作用效果的等效性”。2对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点。例2(xx南京模拟)某同学用如图甲所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数。并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图乙中弹簧测力计的示数为_N。(2)(多选)下列的实验要求中不必要的是_。A细线应尽可能长一些B应测量重物M所受的重力C细线AO与BO之间的夹角应尽可能大于90D改变拉力的大小与方向，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)(多选)图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法正确的是_。A图中的F是力F1和F2合力的理论值B图中的F是力F1和F2合力的理论值CF是力F1和F2合力的实际测量值D本实验将细绳都换成橡皮条，同样能达到实验目的(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)题图乙中弹簧测力计的读数为3.80 N。(2)本实验中两弹簧测力计合力的大小和方向是一定的，与重物M的重力等大反向，故应测量重物M的重力，但进行多次实验时，没有必要保持O点位置不变，细线长些便于更准确地确定两拉力的方向，但没必要一定使夹角大于90，故不必要的为C、D。(3)题图丙中的F是F1和F2两力根据平行四边形定则所作出的合力的理论值，而F为F1和F2的合力的实际值，A错误，B、C正确；本实验将细线换成橡皮条并不影响实验进行，D正确。(4)本实验采用的科学方法为等效替代法，B正确。答案(1)3.80(3.793.81)(2)CD(3)BCD(4)B即时训练(xx安徽高考)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：(1)用铅笔描下结点位置，记为O；(2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；(3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_；(4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；(5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；(6)比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。解析：(3)用铅笔描出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线(画拉力的方向)，目的是画出同两分力产生相同效果的这个力的方向。(6)F与F3作比较，即比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实际的力是否相同，即可验证力的平行四边形定则的正确性。答案：(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线(6)F与F3加速度与物体质量、物体受力的关系1实验方法：控制变量法。2平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3实验条件：Mm，只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。4作图：画出aF图像和a图像并进行分析。例3(xx镇江三模)某实验小组应用如图1所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器接的交流电的频率为50 Hz。实验步骤如下：A按图1安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；C挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；D改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度。根据以上实验过程，回答以下问题：(1)对于上述实验，下列说法正确的是_。A小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等B实验过程中砝码盘处于超重状态C与小车相连的细线与长木板一定要平行D弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半E砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量(2)实验中打出的其中一条纸带如图2所示，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2(结果保留两位有效数字)。(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像如选项图所示，与本实验相符合的是_。解析(1)由题图1可知，小车的加速度是砝码盘的加速度大小的2倍，故A错误；实验过程中，砝码盘向下加速运动，处于失重状态，故B错误；与小车相连的细线与长木板一定要平行，保证拉力沿着长木板方向，故C正确；实验过程中，砝码盘向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故D错误；由于不是以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的条件，故E错误。(2)在匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即xaT2，由题图2知，本实验数据处理可采用两分法，解得：a102 m/s20.88 m/s2。(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故A符合。答案(1)C(2)0.88(3)A即时训练用如图甲所示的装置探究加速度与合外力和质量的关系，现有如下一些操作：甲(1)在实验中，要进行“平衡摩擦力”的操作，下列关于“平衡摩擦力”的说法正确的是()A平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于小车受到绳子的拉力B平衡摩擦力的目的是为了使小车受到绳子的拉力等于所挂砂桶的总重力C平衡摩擦力时，绳子上不挂砂桶，也不挂纸带，只通过改变斜面的倾角，使小车在斜面上能匀速下滑D平衡摩擦力时，不改变斜面的倾角，绳子挂上质量适当的砂桶，使小车在斜面上能匀速下滑(2)选择适当的小车和砝码的总质量、砂和砂桶的总质量，让小车由靠近打点计时器位置无初速释放，得到如图乙所示的一条纸带，A、B、C、D、E为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。用刻度尺测量计数点间的距离如图所示。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a_m/s2(结果保留2位有效数字)。乙(3)保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车和砝码的总质量，重复上述实验操作，得到对应的加速度，这是为了探究“_不变，加速度与_的关系”。解析：(1)平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于小车受到绳子的拉力，选项A正确，B错误；平衡摩擦力时，绳子上不挂砂桶，通过改变斜面的倾角，使小车拖着纸带在斜面上能匀速下滑，选项C、D错误。(2)根据xaT2可知：2a1T2，2a2T2，解得：a(a1a2) m/s20.40 m/s2。(3)题述实验操作是为了探究“合外力不变，加速度与小车和砝码的总质量的关系”。答案：(1)A(2)0.40(3)合外力小车和砝码的总质量探究动能定理在探究动能定理时，通常有定性分析和定量计算两种考查方式。定性分析一般要求作出Wv2图像，也可以拓展为与W或v2相关的物理量间的关系图像，如lv2等；定量计算时需要用WFl计算合外力做的功，再利用Ekmv2mv02计算出动能的变化量，两者比较即可。例4(xx江苏高考)利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M200.0 g，钩码的质量为m10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_。(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1_m/s。(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力对小车做的功W。利用EkMv2算出小车动能，并求出动能的变化量Ek。计算结果见下表。W/103 J2.452.923.353.814.26Ek/103 J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出EkW图像。(4)实验结果表明，Ek总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F_N。解析(1)挂钩码前，调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车，小车做匀速直线运动，表明此时已消除了摩擦力的影响。(2)打出计数点“1”时小车的速度v1 m/s0.228 m/s。(3)根据题表格中的数据，描点作图，如图所示：(4)由于Wmgx，EkFx，则有Fmg0.019.80 N0.093 N。答案(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)见解析图(4)0.093即时训练(xx南通二模)探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图甲所示，根据实验中力传感器读数和电磁打点计时器打出纸带的测量数据等，可分别求得外力对小车做功和小车动能的变化。(1)(多选)关于该实验，下列说法正确的有_。A调整垫块的高度，改变钩码质量，使小车能在木板上做匀速运动B调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行C实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量D若纸带上打出的是短线，可能是打点计时器输入电压过高造成的(2)除了图甲中所注明的器材外，实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和_。(3)某次实验中打出了一条纸带，其中一部分如图乙所示，各个打点是连续的计时点， A、B、D、E、F各点与O点的距离如图，若小车质量为m、打点周期为T，且已读出这次实验过程中力传感器的读数F，则A、E两点间外力做功W_，小车动能变化Ek_；在不同次实验中测得多组外力做功Wi和动能变化Eki的数据，作出WEk图像如图丙所示，图线斜率约等于1，由此可得到的结论是_。(4)每次实验结果显示，拉力F做的功W总略小于小车动能的变化Ek，请分析出现这种情况的可能原因 _。(写出1条)解析：(1)平衡摩擦力时，应在不挂钩码的情况下，调整垫块的高度，使小车能在木板上做匀速运动，A错误；为使细线的拉力沿木板方向，应调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行，B正确；因有力传感器，故实验中没必要始终满足钩码的质量远小于小车质量，C错误；若纸带上打出的是短线，可能是打点计时器输入电压过高造成的，D正确。(2)根据实验目的易知，为计算小车动能的变化，实验中还需要天平测量小车的质量。(3)A、E两点间外力做功WF(s4s1)，小车在A点的速度vA，在E点的速度vE，小车动能变化Ekm(vE2vA2)；作出WEk图像图线斜率约等于1，说明WEk，由此得到结论是：外力对小车所做的功等于小车动能的增量。(4)拉力F做的功W总略小于小车动能的变化Ek，可能原因是平衡摩擦力时木板垫得过高，一部分重力势能转化为动能。答案：(1)BD(2)天平(3)F(s4s1)外力对小车所做的功等于小车动能的增量 (4)平衡摩擦力时木板垫得过高验证机械能守恒定律1验证机械能守恒定律的数据处理方法一：利用起始点和第n点计算。代入ghn和vn2，如果在实验误差允许的范围内，ghnvn2，则验证了机械能守恒定律。方法二：任取两点计算。任取两点A、B测出hAB，算出ghAB；算出vB2vA2的值；在实验误差允许的范围内，若ghABvB2vA2，则验证了机械能守恒定律。方法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h图线。若在实验误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。2误差分析教材中验证机械能守恒定律的实验是利用自由落体运动进行研究的，在重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差。而利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律，动能的减少量略大于重力势能的增加量，所以在对误差进行分析时，要根据实验方法和条件合理分析，不能盲目套用公式或结论。例5(xx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均可)1.50(1.491.51 均可)(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。即时训练 (xx北京高考)利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_。甲A动能变化量与势能变化量B速度变化量和势能变化量C速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_。A交流电源B刻度尺C天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。乙已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量Ep_，动能变化量Ek_。(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_。A利用公式vgt计算重物速度B利用公式v 计算重物速度C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。解析：(1)在“验证机械能守恒定律”实验中，重物下落，重力势能减少，动能增加，要验证机械能是否守恒，需比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量大小是否相等，故选A。(2)实验时用到电磁打点计时器，则必须使用交流电源。在计算动能和势能变化量时，需用刻度尺测量位移和重物下落高度。在比较动能变化量和势能变化量是否相等时需验证m(v22v12)mgh是否成立，而等式两边可约去质量m，故不需要天平。故选A、B。(3)从打O点到打B点的过程中，重物下落hB，重力势能减少，则重物的重力势能变化量EpmghB。动能增加，则动能的变化量EkmvB20m20m2。(4)重物在下落过程中，除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响，重物的重力势能要转化为重物的动能和内能，则重力势能的减少量大于动能的增加量，选项C正确。(5)不正确。v2h图像为一条直线，仅表明物体所受合力恒定，与机械能是否守恒无关。例如，在本实验中若存在恒定阻力，则物体的机械能不守恒，但mghfhmv2，v22h，v2h为一条过原点的直线，故该同学判断不正确。要想通过v2h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。答案：(1)A(2)AB(3)mghBm