（江蘇專版）2018版高考物理二輪復習 第一部分 專題十一 力學實驗學案

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1、 專題十一　力學實驗 江蘇卷考情導向 考點 考題 考情 螺旋測微器和游標卡尺的讀數(shù)力學基本實驗 2017年T10考查探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系以及平衡摩擦力的方法 2016年T11考查基本測量儀器如游標卡尺、螺旋測微器的使用驗證以及機械能守恒定律 2014年T11考查力的平行四邊形定則及平衡條件的應用 高考熱點是(1)以打點紙帶的分析為載體，考查有關(guān)速度、加速度分析的實驗，以填空題為主；(2)以教材實驗為基礎(chǔ)，結(jié)合光電門、頻閃照相和現(xiàn)代科技生活，考查實驗分析、設計能力；(3)以實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析為載體，考查學生分析評估能力． 備考時(1)強化基本儀器使用、讀數(shù)

2、方面的訓練；(2)領(lǐng)會控制變量法、逐差法等在實驗操作和數(shù)據(jù)處理中的作用；(3)加強實驗選取、實驗情景與實驗原理之間的因果邏輯推理． 力學創(chuàng)新實驗 2015年T11考查對紙帶運動情況探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 2013年T11利用自由落體運動考查勻變速直線運動的加速度 一、誤差與有效數(shù)字 1．誤差： 誤差 產(chǎn)生原因 大小特點 減小方法 系統(tǒng) 誤差 實驗儀器不精確實驗原理不完善實驗方法粗略 總是偏大或偏小 更新儀器，完善原理，改進方法 偶然 誤差 測量、讀數(shù)不準確 可大可小 畫圖象或取平均值 2．有效數(shù)字： (1)有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的

3、，是偶然誤差的來源． (2)從數(shù)的左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0．012 5為三位有效數(shù)字． 二、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(jié)果(游標尺上第n個刻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

4、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： (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． 三、兩類力學實驗 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． 2．探究性實驗：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系，探究動能定理． 3．兩種實驗過程的比較： 類型 探究性實驗 驗證性實驗 實

5、 驗 過 程 ①提出問題 ②猜想與假設 ③制定計劃與設計實驗方案 ④進行實驗與收集數(shù)據(jù) ⑤分析與論證 ⑥評估 ⑦交流與合作 ①實驗目的 ②實驗器材 ③實驗原理 ④實驗步驟 ⑤數(shù)據(jù)分析 ⑥實驗結(jié)論 四、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(guān)物理量之間的關(guān)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)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(guān)系． 考點

6、1| 螺旋測微器和游標卡尺的讀數(shù)　難度：低檔題 題型：實驗題 (對應學生用書第57頁) 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度是否露出，如第1題中圖丁半刻度線露出，圖甲、乙、丙沒露出． 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)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)轭}目要求的單位．第1、2題中毫米和厘米各半． ●考向1　螺旋測微器的讀數(shù) 1．(2017·成都檢測)用螺旋測微器測不同規(guī)格的金屬絲的直徑，示數(shù)如圖11-1所示．

7、由圖可讀出金屬絲的直徑為 圖甲________mm　圖乙________cm 圖丙________mm　圖丁________cm． 【導學號：17214176】 甲　　　　　　　乙 丙　　　　　　　丁 圖11-1 【解析】　根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)方法：螺旋測微器的讀數(shù)值＝固定刻度值＋可動刻度×0．01 mm，讀出甲、乙、丙、丁四圖的讀數(shù)值分別是10．002(1～3) mm、0．536 5(4～6) cm、9．205(4～6) mm、0．570 0 cm 【答案】　10．002 　0．536 5　9．205　0．570 0 ●考向2　游標卡尺的讀數(shù) 2．某同學用游標卡

8、尺游標卡尺測定四個不同規(guī)格金屬桿的直徑，示數(shù)如圖11-2甲、乙 、丙、丁所示，則該金屬桿直徑分別為 甲圖：________mm　乙圖：________cm 丙圖：________cm　丁圖：________mm． 甲 乙 丙 丁 圖11-2 【解析】　根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)方法：游標卡尺的讀數(shù)值＝主尺整毫米數(shù)值＋對齊格數(shù)×精度(mm)，讀出甲、乙、丙、丁四圖的讀數(shù)值分別是 甲圖：d＝4 mm＋10×0．02 mm＝4．20 mm 乙圖：d＝12 mm＋4×0．05 mm＝12．20 mm＝1．220 cm 丙圖：d＝11 mm＋5×0．1 mm＝11．5 mm

9、＝1．15 cm 丁圖：d＝5 mm＋5×0．05 mm＝5．25 mm． 【答案】　4．20 mm　1．220 cm　1．15 cm　5．25 mm 考點2| 力學基本實驗　難度：中低檔 題型：實驗題 五年3考 (對應學生用書第57頁) 1．(2016·江蘇高考T11)某同學用如圖11-3所示的裝置驗證機械能守恒定律．一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點．光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條．將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度．記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t

10、，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒． 圖11-3 (1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離． A．鋼球在A點時的頂端 B．鋼球在A點時的球心 C．鋼球在A點時的底端 (2)用ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大?。每潭瘸邷y量遮光條寬度，示數(shù)如圖11-4所示，其讀數(shù)為________cm．某次測量中，計時器的示數(shù)為0．010 0 s．則鋼球的速度為v＝________ m/s． 圖11-4 (3)下表為該同學的實驗結(jié)果： ΔE

11、p(×10－2J) 4．892 9．786 14．69 19．59 29．38 ΔEk(×10－2J) 5．04 10．1 15．1 20．0 29．8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點？請說明理由． (4)請你提出一條減小上述差異的改進建議． 【解題關(guān)鍵】　解答本題應注意以下三點： (1)小球下落的高度h可以由釋放時的鋼球球心測到鋼球在A點時的球心，也可以是釋放時的鋼球頂端測到鋼球在A點時的頂端． (2)空氣阻力造成機械能減少，應有ΔEp>ΔEk的結(jié)果． (3)改進建議應從造成誤差的原因角度思考． 【解

12、析】　(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化． (2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，由v＝代入數(shù)據(jù)可計算出相應速度．(3)從表中數(shù)據(jù)可知ΔEk＞ΔEp，若有空氣阻力，則應為ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的觀點． (4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度，因此由ΔEk＝mv2計算得到的ΔEk偏大，要減小ΔEp與ΔEk的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度． 【答案】　(1)B　(2)1．50(1．49～1．51都算對)　1．50(1．49～1．51都算對)　(3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp　(4)分別測出光電門和球心到懸點

13、的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v 2．(2014·江蘇高考T11)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則． 圖11-5 (1)實驗記錄紙如圖11-5所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點．三個力的大小分別為：F1＝3．30 N、F2＝3．85 N和F3＝4．25 N．請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力． (2)仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果．他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)

14、不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響． 實驗裝置如圖11-6甲所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物．用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡．重復上述過程，再次記錄下N的軌跡． 甲 乙 圖11-6 兩次實驗記錄的軌跡如圖11-6乙所示．過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為________． (3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有________．(填寫選項前的字母) A．橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B．兩次受到的拉力相同時

15、，橡皮筋第2次的長度較長 C．兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大 D．兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項． 【解題關(guān)鍵】　解答此題應注意以下三點： (1)拉力F1和F2的方向分別過P1、P2兩點，但、并不代表F1和F2． (2)由平行四邊形定則求出的合力并不一定與F3相等． (3)重物重力一定和橡皮筋拉力與水平拉力方向一定時，橡皮筋拉力大小也是一定的． 【解析】　根據(jù)力的合成法則及平衡條件解題． (1)作出的圖示如圖所示． (2)重物受力情況如圖所示，由于

16、重力不變，兩次實驗時，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即Fa＝Fb． (3)根據(jù)題圖乙可知，選項B、D正確，選項A、C錯誤． (4)橡皮筋拉伸不宜過長，選用新橡皮筋等可減小誤差． 【答案】　(1)如解析圖所示(F合＝4．6～4．9 N都算對) (2)Fa＝Fb　(3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋．(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧)． 3．(2017·江蘇高考T10)利用如圖11-7所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系．小車的質(zhì)量為M＝200．0 g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10．0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電

17、． 【導學號：17214177】 圖11-7 (1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到________． (2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖11-8所示，選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點．用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，記錄在紙帶上．計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1＝________m/s． 圖11-8 (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9．80 m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W．利用Ek＝Mv2算出小車動能，并求出動能的變化量ΔEk．計算結(jié)

18、果見下表． W/×10－3J 2．45 2．92 3．35 3．81 4．26 ΔEk/×10－3J 2．31 2．73 3．12 3．61 4．00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖11-9中作出ΔEk-W圖象． 圖11-9 (4)實驗結(jié)果表明，ΔEk總是略小于W．某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的．用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F＝________N． 【解析】　(1)完全平衡摩擦力的標志是輕推小車，小車做勻速運動． (2)兩計數(shù)點間的時間間隔T＝5×0．02 s＝0．1 s v1＝＝ m/s＝0．228 m/s． (3)確定

19、標度，根據(jù)給出數(shù)據(jù)描點．作圖如圖所示． (4)從圖線上取兩個點(4．5，4．24)，(2．15，2．0) 圖線的斜率是k＝≈0．953① 又有k＝＝② 根據(jù)運動學公式有v2＝2aΔx③ 根據(jù)牛頓第二定律有 F＝Ma④ 由①②③④式解得F≈0．093 N． 【答案】　(1)小車做勻速運動　(2)0．228　(3)見解析圖　(4)0．093 紙帶的三大應用 (1)確定時間 要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，為便于測量和計算，一般每五個點(或每隔四個點)取一個計數(shù)點，這樣時間間隔為Δt＝0．02×5 s＝0．1 s． (2)求瞬時速度 做勻

20、變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．如圖11-10a所示，求紙帶上某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移xn和xn＋1，則打n點時的速度vn＝． a b 圖11-10 (3)求加速度 ①利用a＝求解：在已經(jīng)判斷出物體做勻變速直線運動的情況下，可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a． ②逐差法： a＝＝ ③兩段法：把圖11-10b中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成時間相等(均為3T)的兩大段，則由xⅡ－xⅠ＝aT2得：(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝a(3T)2，解出的a與上面逐差法結(jié)果相等，但卻要

21、簡單得多． ④圖象法： a．由vn＝，求出相應點的速度． b．確定各計數(shù)點的坐標值(v1，T)、(v2，2T)、…(vn，nT)． c．畫出v-t圖象，圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度． ●考向1　“紙帶”類實驗 3．(2017·南京一模)(1)用游標卡尺測量小球的直徑如圖11-11甲、乙所示．測量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)． 甲　　　　　　　　　　乙 丙 圖11-11 (2)用螺旋測微器測量合金絲的直徑，此示數(shù)為______mm． (3)在“用打點計時器測速度”的實驗中，交流電源頻率為50 Hz，打出一段紙帶如圖11-12所示

22、．紙帶經(jīng)過2號計數(shù)點時，測得的瞬時速度v＝________m/s．若實驗時交流電源頻率大于50 Hz，則紙帶經(jīng)過2號點的實際速度________(選填“大于”“小于”“等于”)測量速度． 圖11-12 【解析】　(1)游標卡尺測量小球的直徑時，應將小球卡在外爪的刀口上，故選甲； (2)螺旋測微器的固定刻度為6．5 mm，可動刻度為：20．0×0．01 mm＝0．200 mm，所以最終讀數(shù)為：6．5 mm＋0．200 mm＝6．700 mm． (3)從0點開始每5個點取一個計數(shù)點，所以相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0．02×5 s＝0．1 s根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的

23、平均速度，可以求出打紙帶上2點時小車的瞬時速度大?。? 小車到計數(shù)點2時的瞬時速度v2＝＝×10－2 m/s＝0．36 m/s，如果在某次實驗中，交流電的頻率大于50 Hz，那么實際打點周期變小，據(jù)v＝可知，測出的速度數(shù)值將比真實值偏?。? 【答案】　(1)甲　(2)6．700　(3)0．36；大于 ●考向2　“彈簧”“橡皮條”類實驗 4．(2017·鎮(zhèn)江一模)在“探究求合力的方法”的實驗中，某同學用兩把彈簧秤將橡皮筋的端點拉到點O，作出這兩個拉力F1、F2的圖示(圖11-13甲)，然后用一把彈簧秤將橡皮筋的端點仍然拉到O，彈簧秤示數(shù)F如圖乙所示． 【導學號：17214178】

24、甲　　　　　　　乙 圖11-13 (1)彈簧秤的示數(shù)F＝________N； (2)請幫他在圖甲中畫出力F的圖示(圖中a為記錄F方向時所記錄的一點)； (3)該同學用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來．他觀察圖形后受到了啟發(fā)．你認為他緊接著應進行的兩個實驗步驟是________． (A) 整理實驗器材 (B) 提出求合力方法的猜想 (C) 改變F1、F2的大小和方向，重復上述實驗 (D) 與同學交流討論實驗結(jié)果，得出結(jié)論 【解析】　(1)彈簧秤的最小刻度為0．2 N，可知彈簧秤的示數(shù)F＝2．8 N． (2)根據(jù)圖示法作出F的圖示，如圖所示． (3)用虛

25、線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來．觀察圖形后受到了啟發(fā)．提出求合力方法的猜想，然后改變F1、F2的大小和方向，重復上述實驗，故BC正確． 【答案】　(1)2．8　(2)見解析　(3)BC 5．(2017·徐州期末)如圖11-14甲所示，在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗中，主要過程如下： A．設法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、…； B．分析紙帶，求出橡皮筋做功使小車獲得的速度v1、v2、v3、…； C．作出W-v圖象； D．分析W-v圖象．如果W-v圖象是一條直線，表明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等關(guān)系． (1)實驗中得

26、到的一條如圖乙所示的紙帶，求小車獲得的速度應選________(選填“AB”或“CD”)段來計算． 甲　　　　　　　　乙 圖11-14 (2)關(guān)于該實驗，下列說法正確的有(　　) A．通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加 B．通過改變小車質(zhì)量可以改變橡皮筋對小車做的功 C．每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度必須保持一致 D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 (3)在該實驗中，打點計時器正常工作，紙帶足夠長，點跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距的點，造成這種情況的原因可能是________．(寫出一條即可) 【解析】　(1)由圖知：在AB之間，由于相鄰

27、計數(shù)間的距離不斷增大，而打點計時器每隔0．02 s打一個點，所以小車做加速運動．在CD之間相鄰計數(shù)點間距相等，說明小車離開橡皮筋后做勻速運動，應選用CD段紙帶來計算小車的速度v．求小車獲得的速度應選CD段來計算． (2)該實驗中利用相同橡皮筋形變量相同時對小車做功相同，通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加，故A正確，B錯誤；為保證每根橡皮條對小車做功一樣多，每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，故C正確；用打點計時器測量時間時，為有效利用紙帶，總是先接通電源后釋放紙帶，故D正確． (3)在該實驗中，打點計時器正常工作，紙帶足夠長，點跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距

28、的點，造成這種情況的原因可能是沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過?。? 【答案】　(1)CD　(2)ACD　(3)沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過小 ●考向3　應用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 6．(2017·蘇州一模)為了探究物體的加速度與物體所受外力、物體質(zhì)量間的關(guān)系，某小組安裝了如圖11-15甲所示的實驗裝置并開始實驗．已知小車以及車上的砝碼質(zhì)量用M表示，盤以及盤中砝碼質(zhì)量用m表示，當?shù)刂亓铀俣葹間． 【導學號：17214179】 甲　　　　　　　　　　　乙 圖11-15 (1)假如已經(jīng)平衡摩擦力，則在小車做勻加速直線運動的過程中，繩子拉力FT＝________；只有當M與m

29、的大小關(guān)系滿足________時，F(xiàn)T＝mg才能成立． (2)該小組同學先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m不變，探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，其具體操作步驟如下，則下列做法正確的是________．(填合適選項前面的符號) A．平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車的質(zhì)量時，需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先接通打點計時器的電源，再放開小車 D．用天平測出m以及M，小車運動的加速度直接用公式a＝求出 (3)該小組同學后來又保持小車以及車上砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當，這組同學得到的a-F關(guān)系圖象如圖乙所示，則：圖線不過

30、原點的原因是______________________________；圖線上端發(fā)生彎曲的原因是________________________________． 【解析】　(1)該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板的右端適當墊高，以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力． 根據(jù)牛頓第二定律得：對m：mg－T＝ma 對M：T＝Ma 解得：T＝ 當M?m時，即當砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力

31、． (2)平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤．每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤．實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故C正確．小車運動的加速度是利用打點計時器打點測量并計算，如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗的目的就是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，故D錯誤． (4)當F≠0時，a＝0．也就是說當繩子上

32、有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了．該組同學實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟；隨著F的增大，即盤和盤中砝碼質(zhì)量的增大，不再滿足盤和盤中砝碼遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象． 【答案】　(1)　M?m　(2)C　(3)遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；不滿足盤和盤中砝碼遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象 7．(2017·無錫一模)某同學用如圖11-16甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，他將兩物塊A和B用輕質(zhì)細繩連接并跨過輕質(zhì)定滑輪，B下端連接紙帶，紙帶穿過固定的打點計時器．用天平測出A、B兩物塊的質(zhì)量mA＝300 g、mB＝100

33、 g，mA從高處由靜止開始下落，mB拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知打點計時器計時周期為T＝0．02 s，則： (1)在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的減小量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是________________________________；(重力加速度g取9．8 m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (2)用v表示物塊A的速度，h表示物塊A下落的高度．若某同學作出-h

34、圖象如圖丙，可求出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________ m/s2． 【導學號：17214180】 甲　　　　　乙　　　　　　丙 圖11-16 【解析】　(1)計數(shù)點5的瞬時速度v5＝＝ m/s＝2．4 m/s；則系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝(mA＋mB)v＝×0．4×2．42 J＝1．15 J． 系統(tǒng)重力勢能的減小量ΔEp＝(mA－mB)gx＝0．2×9．8×(38．4＋21．6)×10－2 J＝1．18 J． 在誤差允許的范圍內(nèi)，mA、mB組成的系統(tǒng)機械能守恒． (2)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒定律得，(mA－mB)gh＝(mA＋mB)v2， 解得v2＝gh 圖線的斜率k＝g＝

35、 代入數(shù)據(jù)得，g＝9．7 m/s2． 【答案】　(1)1．15　1．18　在誤差允許的范圍內(nèi)，mA、mB組成的系統(tǒng)機械能守恒　(2)9．7 考點3| 力學創(chuàng)新實驗　難度：低檔 中檔 高檔 題型：實驗填空題 五年2考 (對應學生用書第61頁) 4．(2015·江蘇高考T11)某同學探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律．實驗裝置如圖11-17a所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電． a (1)下列實驗操作中，不正確的有________________． A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B．紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面 C．用手捏緊磁鐵保持靜止

36、，然后輕輕地松開讓磁鐵下落 D．在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源 b 圖11-17 (2)該同學按正確的步驟進行實驗(記為“實驗①”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標為1，2，…，8．用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖b所示． 計算相鄰計時點間的平均速度，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表．請將表中的數(shù)據(jù)補充完整． 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 (cm/s) 24．5 33．8 37．8 ____ 39．5 39．8 39．8

37、39．8 (3)分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是_____________；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_______________． (4)該同學將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復上述實驗操作(記為“實驗②”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同．請問實驗②是為了說明什么？對比實驗①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？ 【解題關(guān)鍵】　解此題應注意以下三點： (1)為減小紙帶與限位孔之間的阻力，實驗時應保持紙帶豎直． (2)實驗時應先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶． (3)每隔一個計時點取一個計數(shù)點，則兩計數(shù)點之間的計時間

38、隔為0．04 s． 【解析】　(1)為了探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律，應讓銅管豎直地固定在限位孔正下方，避免小磁鐵下落時與銅管發(fā)生碰撞，選項A正確；紙帶穿過限位孔，要壓在復寫紙下面，使打點計時器工作時紙帶上點跡清晰，選項B正確；用手只捏住磁鐵，不能使紙帶保持豎直，磁鐵下落時紙帶與打點計時器間有較大阻力，故應捏住紙帶的上端，讓磁鐵從靜止釋放，選項C不正確；應先接通打點計時器的電源再松開紙帶，選項D不正確． (2)計數(shù)點“4”的速度用它兩側(cè)計時點之間的平均速度來表示，故v4＝ cm/s＝39．0 cm/s． (3)由各計數(shù)點速度表可以看出，磁鐵運動的速度逐漸增大到39．8

39、 cm/s，表明磁鐵受到的阻尼作用也是逐漸增大的，最后和重力平衡． (4)實驗②中磁鐵在塑料管中下落的運動規(guī)律與自由落體規(guī)律幾乎相同，說明磁鐵在塑料管中下落幾乎不受阻尼作用．對比實驗①和②，可以看出磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用． 【答案】　(1)CD　(2)39．0　(3)逐漸增大到39．8 cm/s　逐漸增大到等于重力　(4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用．磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用 5．(2013·江蘇高考T11)某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖11-18所示．傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關(guān)K，電磁鐵吸住第1個小

40、球．手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復，電磁鐵又吸住第2個小球．當?shù)?個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落……這樣，就可測出多個小球下落的總時間． 圖11-18 (1)在實驗中，下列做法正確的有________． A．電路中的電源只能選用交流電源 B．實驗前應將M調(diào)整到電磁鐵的正下方 C．用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度 D．手動敲擊M的同時按下秒表開始計時 (2)實驗測得小球下落的高度H＝1．980 m，10個小球下落的總時間T＝6．5 s．可求出重力加速度g＝________m/s2．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)

41、字) (3)在不增加實驗器材的情況下，請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法． (4)某同學考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間Δt磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差Δt，這導致實驗誤差．為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2．他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除Δt對實驗結(jié)果的影響？請推導說明． 【解析】　根據(jù)自由落體運動的規(guī)律h＝gt2解決問題． (1)若電源選用直流電源，電磁鐵可正常工作，選項A錯誤；實驗時小球要撞擊M斷開電源，因此M應在電磁鐵的正下方，選項B正確；小球下落的高度為電磁鐵下端到M的豎直距離與小球直徑的差，選項C錯誤；根據(jù)H＝gt2，t可

42、利用累積法，即從手動敲擊M的同時開始計時，測量出落下n個小球的時間T，則一個小球下落時間t＝，選項D正確． (2)根據(jù)H＝gt2和t＝，解得 g＝＝＝ m/s2≈9．4 m/s2． (3)要減小實驗誤差，可以適當增大小球下落的高度，并多次測量取平均值． (4)根據(jù)題意，小球從H1、H2高處落下需要的時間t1＝－Δt和t2＝－Δt，根據(jù)H＝gt2得H1＝g(－Δt)2和H2＝g(－Δt)2 解得g＝，因此可以消除Δt的影響． 【答案】　(1)BD　(2)9．4　(3)增加小球下落的高度；多次重復實驗，結(jié)果取平均值．(其他答案只要合理也可) (4)可以消除Δt對實驗結(jié)果的影響，推導過

43、程見解析 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(jié)合物體實際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進行誤差分析． ●考向1　實驗原理的設計與創(chuàng)新 8．(2017·蘇錫常模擬)在探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，某老師對傳統(tǒng)實驗進行了改進，其實驗操作如下： 圖11-19 ① 如圖11-19所示，先將沙和砂桶通過滑輪懸掛于小車一端，調(diào)節(jié)平板的傾角θ，使小車沿斜面向下做勻速直線運動，測出砂和砂桶的總質(zhì)量m； ② 保持平板傾角θ不變，去掉砂和砂桶，小車即

44、在平板上沿斜面向下做勻加速直線運動，通過紙帶測量其加速度a; ③ 保持小車質(zhì)量M不變，多次改變砂和砂桶的總質(zhì)量m，每次重復①②兩步操作，得到小車加速度與合力的關(guān)系； ④ 多次改變小車的質(zhì)量，進行適當?shù)牟僮?，得到小車加速度和質(zhì)量的關(guān)系． (1)在上述實驗操作過程中，以下說法正確的是________ A．可以用電池盒給打點計時器供電 B．應在小車開始運動后再接通打點計時器的電源 C．要保持細繩與平板平行 D．應讓小車從靠近定滑輪處開始運動 (2)在操作①中若打了一條如圖11-20所示的紙帶，已知紙帶左端為連接小車處，則應將平板的傾角適當______(選填“增大”或“減小”)些

45、； 圖11-20 (3)在操作②中，小車所受的合力大小等于________(用題中所給定的字母以及重力加速度g表示); (4)在本實驗中________(選填“需要”或“不需要”)滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；在操作④中，每次改變小車質(zhì)量后，________(選填“需要”或“不需要”)重新調(diào)節(jié)平板的傾角． 【解析】　(1)打點計時器必須要用交流電源供電，故不可以用電池盒給打點計時器供電，選項A錯誤；應在接通打點計時器的電源后再讓小車開始運動，選項B錯誤；要保持細繩與平板平行，選項C正確；應讓小車從靠近定滑輪處開始運動，選項D正確；故選CD．(2)由紙帶可看出，小車做加速運

46、動，說明木板傾角過大，故應該減小木板傾角；(3)在操作②中，因開始時小車拖著砂和砂桶勻速運動，故去掉砂桶后，小車所受的合力大小等于砂和砂桶的重力mg；(4)在本實驗中，因小車加速下滑時不帶砂和砂桶，故不需要滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；因平衡摩擦力要調(diào)節(jié)砂和砂桶的重力，故在操作④中，每次改變小車質(zhì)量后，需要重新調(diào)節(jié)平板的傾角． 【答案】　(1)CD　(2)減小　(3)mg　(4)不需要　需要 ●考向2　實驗器材的等效與替換 9．(2017·南通三模)在“探究動能定理”實驗中，某實驗小組采用如圖11-21甲所示的裝置，在水平氣墊導軌上安裝了兩個光電門M、N，滑塊上固定一遮光條，細線

47、繞過定滑輪將滑塊與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼．已知遮光條的寬度為d，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為m． 【導學號：17214181】 甲 乙 圖11-21 (1)接通氣源，滑塊從A位置由靜止釋放，讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2，力傳感器的示數(shù)F，改變鉤碼質(zhì)量，重復上述實驗． ①為探究在M、N間運動過程中細線拉力對滑塊做的功W和滑塊動能增量ΔEk的關(guān)系，還需要測量的物理量是________(寫出名稱及符號)； ②利用上述實驗中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為____________． (2)保持鉤碼質(zhì)量不變，改變光電門N的位置，重復實驗，根據(jù)實驗數(shù)

48、據(jù)作出從M到N過程中細線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達N點時速度二次方v2的關(guān)系圖象，如圖乙所示，則圖線的斜率表示________，圖線在橫軸上的截距表示________． (3)下列不必要的實驗操作和要求有________ (請?zhí)顚戇x項前對應的字母)． A．測量鉤碼的質(zhì)量 B．調(diào)節(jié)氣墊導軌水平 C．調(diào)節(jié)滑輪使細線與氣墊導軌平行 D．保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 【解析】　(1)①根據(jù)動能定理的表達式：FL＝mv－mv，還需要測出光電門M、N間的距離L．②v1＝，v2＝，利用實驗中直接測量的物理量表示需探究的動能定理的表達式為：FL＝md2 (2)根據(jù)動能定理的表達式：

49、W＝mv2－mv＝m(v2－v)，W與滑塊到達N點時速度二次方v2的關(guān)系圖象中，圖線的斜率表示m/2，圖線在橫軸上的截距表示滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方． (3)因為有力傳感器測量滑塊受到的拉力，所以不必測量鉤碼的質(zhì)量，也不必保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量． 【答案】　(1)①光電門M、N間的距離L?、贔L＝md2　(2)m　滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方　(3)AD ●考向3　數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新和拓展 10．(2017·河西區(qū)一模)某活動小組利用圖11-22甲裝置驗證機械能守恒定律．鋼球自由下落過程中，先后通過光電門A、B，計時裝置測出鋼球通過A、B的時間分別為tA、tB

50、．用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度．測出兩光電門間的距離為h，鋼球直徑為D，當?shù)氐闹亓铀俣葹間． 【導學號：17214182】 甲　　　　　　　　乙 圖11-22 (1)用20分度的游標卡尺測量鋼球的直徑，讀數(shù)如圖乙所示，鋼球直徑為D＝________cm． (2)要驗證機械能守恒，只要比較________． A．D2與gh是否相等 B．D2與2gh是否相等 C．D2與gh是否相等 D．D2與2gh是否相等 (3)鋼球通過光電門的平均速度________(選填“＞”或“＜”)鋼球球心通過光電門的瞬時速度，由此產(chǎn)生的誤差________(選填

51、“能”或“不能”)通過增加實驗次數(shù)減小． 【解析】　(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為：0．9 cm，游標尺上第10個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為0．05×10 mm＝0．50 mm，所以最終讀數(shù)為：0．950 cm． (2)利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，故：v＝， 根據(jù)機械能守恒的表達式有：mgh＝mD2 即只要比較D2與2gh是否相等． (3)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個過程中中間時刻速度，所以鋼球通過光電門的平均速度＜鋼球球心通過光電門的瞬時速度，由此產(chǎn)生的誤差不能通過增加實驗次數(shù)減?。? 【答案】　(1)0．950　(2)D　(3)＜　不能 22