2018年高考物理大二輪復(fù)習 專題九 實驗技能與創(chuàng)新 第1講 實驗技能與創(chuàng)新講學案

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1、 第1講　力學實驗與創(chuàng)新 課標卷高考命題分析 年份 題號·題型·分值 模型·情景 題眼分析 難度 2015年 Ⅰ卷 22題·實驗題·6分 利用托盤秤分析玩具小車過凹形橋最低點的速度．考查了牛頓第二定律的應(yīng)用. 中 Ⅱ卷 22題·實驗題·6分 利用打點計時器分析紙帶考查了速度、加速度的求解方法及牛頓第二定律的應(yīng)用 中 2016年 Ⅰ卷 22題·實驗題·5分 驗證機械能守恒定律 中 Ⅱ卷 22題·實驗題·6分 探究輕彈簧的彈性勢能 中 Ⅲ卷 23題·實驗題·10分 探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系 難 2017年

2、 Ⅰ卷 22題·實驗題·5分 紙帶的數(shù)據(jù)處理、時間間隔的計算 易 Ⅱ卷 22題·實驗題·6分 搞清實驗的原理、圖象的函數(shù)關(guān)系 中 Ⅲ卷 22題·實驗題·6分 驗證力的平行四邊形定則、作圖法 中 高考題型1　橡皮條、彈簧、碰撞類實驗 例1　(2017·四川成都市第一次診斷)將兩根自然長度相同、勁度系數(shù)不同、粗細也不同的彈簧套在一起，看作一根新彈簧，設(shè)原粗彈簧(記為A)勁度系數(shù)為k1，原細彈簧(記為B)勁度系數(shù)為k2、套成的新彈簧(記為C)勁度系數(shù)為k3.關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系，同學們做出了如下猜想： 甲同學：和電阻并聯(lián)相似，可能是＝＋ 乙同

3、學：和電阻串聯(lián)相似，可能是k3＝k1＋k2 丙同學：可能是k3＝ (1)為了驗證猜想，同學們設(shè)計了相應(yīng)的實驗(裝置如圖1)． 圖1 (2)簡要實驗步驟如下，請完成相應(yīng)填空． a．將彈簧A懸掛在鐵架臺上，用刻度尺測量彈簧A的自然長度L0； b．在彈簧A的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個數(shù)n、每個鉤碼的質(zhì)量m和當?shù)氐闹亓铀俣却笮，并用刻度尺測量彈簧的長度L1； c．由F＝ ________計算彈簧的彈力，由x＝L1－L0計算彈簧的伸長量，由k＝計算彈簧的勁度系數(shù)； d．改變________，重復(fù)實驗步驟b、c，并求出彈簧A的勁度系數(shù)的平均值k1； e．僅將彈簧分別換為B、C，重

4、復(fù)上述操作步驟，求出彈簧B、C的勁度系數(shù)的平均值k2、k3.比較k1、k2、k3并得出結(jié)論． (3)圖2是實驗得到的圖線，由此可以判斷 ________同學的猜想正確． 圖2 答案　(2)nmg　鉤碼的個數(shù)　(3)乙 解析　(2)根據(jù)共點力平衡可知：F＝nmg　改變鉤碼的個數(shù)，重復(fù)實驗 (3)由圖可知：k1＝kA＝＝ N/m＝25 N/m，k2＝kB＝ N/m＝37.5 N/m，k3＝kC＝ N/m＝62.5 N/m，故滿足k3＝k1＋k2，故乙同學猜想正確． 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 (1)實驗原理 要測出每次懸掛重物的重力大小F和彈簧伸長的長度x，建立F－x坐標系

5、，描點作圖探究. (2)操作關(guān)鍵 ①實驗中不能掛過多的鉤碼，會使彈簧超過彈性限度. ②作圖象時，不要連成“折線”，而應(yīng)盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側(cè). 1．(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3(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

6、. (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(shè)為作用點，在圖(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3 (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(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則． 答案　(1)4.0　(2)(

7、ⅰ)見解析圖 　(ⅱ)4.0　0.05 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合的線段長約為20 mm，所以F合大小為4.0 N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸的距離和所作合力在y軸投影的長度，則F合與拉力F的夾角的正切值為tan α＝0.05. 2．(2017·河北唐山市一模)氣墊導(dǎo)軌是一種實驗輔助儀器，利用它可以非常精確地完成多個高中物理實驗，滑塊在導(dǎo)軌上運動時，可認為不受摩擦阻力，現(xiàn)利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖4. 圖4 (1)對導(dǎo)軌進行調(diào)節(jié)平衡，使氣墊導(dǎo)軌和光電門都正常工作，在導(dǎo)軌上只

8、放置滑塊a.調(diào)整調(diào)節(jié)旋鈕，輕推滑塊，觀察滑塊通過兩光電門的時間，當________時，說明導(dǎo)軌已經(jīng)水平． (2)使用天平測得滑塊a、b質(zhì)量分別為ma、mb，然后按如圖所示方式放在氣墊導(dǎo)軌上．使滑塊a獲得向右的速度，滑塊a通過光電門1后與靜止的滑塊b碰撞并粘在一起，遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2，則上述物理量間如果滿足關(guān)系式________，則證明碰撞過程中兩滑塊的總動量守恒． 答案　(1)滑塊a(的遮光條)通過兩個光電門所用時間相等　(2)＝ 解析　(1)如果平衡，滑塊a將在導(dǎo)軌上做勻速運動，因此通過兩個光電門所用的時間相等； (2)根據(jù)動量守恒定律可知，mav1＝(ma

9、＋mb)v2 根據(jù)速度公式可知v1＝，v2＝，代入上式可得應(yīng)滿足的公式為：＝. 高考題型2　“紙帶類”實驗 例2　(2017·廣東惠州市第三次調(diào)研)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，采用了如圖5甲所示的實驗方案．操作如下： (1)平衡摩擦力時，若所有的操作均正確，打出的紙帶如圖乙所示，應(yīng)________(填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點跡________為止． (2)已知小車質(zhì)量為M，盤和砝碼的總質(zhì)量為m，要使細線的拉力近似等于盤和砝碼的總重力，應(yīng)該滿足的條件是m________M(填“遠小于”“遠大于”或“等于”)． (3)圖丙為小車質(zhì)量一定

10、時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的小車加速度a的倒數(shù)與盤和砝碼的總質(zhì)量m的倒數(shù)之間的實驗關(guān)系圖象．若牛頓第二定律成立，則小車的質(zhì)量M＝________kg.(g取10 m/s2) 圖5 答案　(1)增大　間距相等　(2)遠小于　(3)0.08 解析　(1)根據(jù)題圖乙可知，小車做減速運動，說明平衡摩擦力不足，因此需要增大傾角，直到打出點跡均勻為止，即相鄰兩點間距相等； (2)對整體：mg＝(M＋m)a 小車的拉力：F＝Ma＝＝， 當M?m時，可以認為小車受到的合力等于盤和砝碼的總重力，故填遠小于． (3)由mg＝Ma得＝·， 斜率k＝＝得M＝0.08 kg. 1．“紙帶類”實驗

11、涉及了力學中的研究速度隨時間變化的規(guī)律、驗證牛頓第二定律、探究動能定理、驗證機械能守恒定律以及驗證動量守恒等5個實驗． 2．利用紙帶可以計算計數(shù)點的速度和用逐差法計算加速度． 3．注意掌握：(1)接通電源、釋放紙帶的先后順序；(2)是否需要平衡摩擦力；(3)是否需要m?M；(4)是否需要測量質(zhì)量等． 3．(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6(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．(

12、已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖6 (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(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(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)從右向左　(2)0.19　 0.038 解析　(1)小車在阻力的作用下，做減速運動，由題圖(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(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩

13、水滴間的時間間隔為T＝ 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. 4．(2017·四川綿陽市二診)用如圖7甲所示的裝置驗證機械能守恒定律．已知打點計時器打點頻率f＝50 Hz. 圖7 (1)實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示，第一個打點標記為O，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)5個點，標為A、B、C、D、E，測出A、C、E到O點的距離分別為d1＝9.51 cm、d2＝15.71 cm、d3＝23.47 cm.重物質(zhì)量為0.5 kg，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.80 m/s2.現(xiàn)選取重物在OC段的運動進行數(shù)據(jù)處理，則OC

14、段重力勢能減少量為________ J，動能增加量為________J．(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (2)如果測得紙帶上第一個和第二個打點間的距離大約是6 mm，出現(xiàn)這種情況可能的原因是________． A．重錘的質(zhì)量過大 B．電源電壓偏大 C．先釋放紙帶后接通打點計時器電源 D．打點計時器沒有豎直固定 答案　(1)0.77　0.76　(2)C 高考題型3　力學創(chuàng)新實驗 例3　(2017·河北邯鄲市模擬) 如圖8甲所示，上表面光滑的楔形木塊A固定在水平放置的壓力傳感器上．某同學將質(zhì)量不同的小鋼球從斜面頂端由靜止釋放(每次只有一個小球)，記錄小鋼球在斜面上運動時壓力傳感器的

15、示數(shù)，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出F－m圖線，如圖乙．重力加速度大小取9.8 m/s2，完成下列填空： 圖8 (1)不同質(zhì)量的小鋼球在斜面上運動的時間________(填 “相同”或“不相同”)； (2)由圖象知，木塊A的質(zhì)量M＝________kg(保留兩位有效數(shù)字)； (3)若斜面傾角為θ，由圖象可知，cos2θ＝________(保留兩位有效數(shù)字)． 答案　(1)相同 　(2)0.20　(3)0.34(0.32～0.36均可) 解析　(1)根據(jù)牛頓第二定律得小鋼球下滑的加速度為：a＝＝gsin θ，則不同質(zhì)量的小鋼球在斜面上的運動情況完全相同，所以運動的時間也相同． (2)

16、當m＝0時，傳感器的示數(shù)即為木塊A的重力，則有：Mg＝1.97 N， 解得：M＝ kg＝0.20 kg (3)對小球受力分析，根據(jù)平衡條件可知，A對小球的支持力FN＝mgcos θ， 根據(jù)牛頓第三定律可知，小球?qū)的壓力為mgcos θ， 對A受力分析可知，傳感器對A的支持力F＝Mg＋mgcos θcos θ， 則傳感器的示數(shù)為F＝Mg＋mgcos2θ 則F－m圖象的斜率k＝gcos2θ， 則有：gcos2θ＝＝3.3 解得：cos2θ≈0.34. 1．力學創(chuàng)新實驗的特點 (1)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(shè)計實驗． (2)將實驗的基本方法——控制

17、變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖象法、逐差法，融入到實驗的綜合分析之中． 2．創(chuàng)新實驗題的解法 (1)根據(jù)題目情景，提取相應(yīng)的力學模型，明確實驗的理論依據(jù)和實驗?zāi)康?，設(shè)計實驗方案． (2)進行實驗，記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)用原理公式或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，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． 5．(2017·福建漳州市聯(lián)考)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置如圖9(a)所示．實驗中通過增加鉤碼的數(shù)量，多次測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖(b)所示． 圖9 (1)圖線_

18、_______是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的；(選填“a”或“b”) (2)在軌道水平時小車運動的阻力Ff＝________； (3)圖(b)中，拉力F較大時，a－F圖線明顯彎曲，產(chǎn)生誤差．為消除此誤差可采取的措施是________________________________________________________________________． A．調(diào)整軌道的傾角，在未掛鉤碼時使小車能在軌道上勻速運動 B．在鉤碼與細繩之間接入一力傳感器，用力傳感器讀數(shù)代替鉤碼的重力 C．更換實驗中使用的鉤碼規(guī)格，采用質(zhì)量較小的鉤碼進行上述實驗 D．在增加鉤碼數(shù)量的同時在小車

19、上增加砝碼，使鉤碼的總質(zhì)量始終遠小于小車的總質(zhì)量 答案　(1)b　(2)0.5 N　(3)B 解析　(1)在水平軌道上，由于受到摩擦力，拉力不為零時，加速度仍然為零，可知圖線a是在軌道水平的情況下得到的．當軌道的右側(cè)抬高過高時(平衡摩擦力過度)，拉力等于0時，會出現(xiàn)加速度，所以圖線b是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的． (2)根據(jù)牛頓第二定律得，F(xiàn)－Ff＝ma，a＝－，圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)；因為F＝0.5 N時，加速度為零，解得Ff＝0.5 N. (3)隨著鉤碼的數(shù)量增大到一定程度時題圖(b)的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，而我們把鉤碼所受重力作為

20、小車所受的拉力，所以消除此誤差可采取的簡便且有效的措施為測量出小車所受的拉力，即在鉤碼與細繩之間放置一力傳感器，得到力F的數(shù)值，再作出小車運動的加速度a和力傳感器讀數(shù)F的關(guān)系圖象，故選B. 6．(2017·山東德州市模擬)某同學用如圖10甲所示的裝置測量滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)，實驗過程如下： 圖10 (1)用游標卡尺測量出固定于滑塊上的遮光條的寬度d，如圖乙，d＝________mm.在桌面上合適位置固定好彈簧和光電門，將光電門與數(shù)字計時器(圖中未畫出)連接． (2)用滑塊把彈簧壓縮到某一位置，測量出滑塊到光電門的距離x.靜止釋放滑塊，測出滑塊上的遮光條通過光電門所

21、用的時間t，則此時滑塊的速度v＝ ________(用題中所給字母表示)． (3)通過在滑塊上增減砝碼來改變滑塊的質(zhì)量m，仍用滑塊將彈簧壓縮到(2)中的位置，重復(fù)(2)的操作，得出一系列滑塊質(zhì)量m與它通過光電門時的速度v的值．根據(jù)這些數(shù)值，作出v2－圖象如圖丙所示．已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間.由圖象可知，滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)μ＝________，彈性勢能Ep＝________. 答案　(1)5.70　(2)　(3)　 解析　(1)由題圖乙所示游標卡尺可知，主尺示數(shù)為0.5 cm＝5 mm，游標尺示數(shù)為14×0.05 mm＝0.70 mm，則遮光條寬度d＝5 mm＋0. 70 mm

22、＝5.70 mm； (2)滑塊的速度為：v＝ (3)根據(jù)能量守恒可知：Ep＝μmgx＋mv2,解得：v2＝－2μgx 則有：－2μgx＝－b,2Ep·a＝2μgx 聯(lián)立解得：μ＝，Ep＝. 題組1　全國卷真題精選 1．(2016·全國卷Ⅱ·22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖11(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能． 圖11 (1)實驗中涉及到下列操作步驟： ①把紙帶向左拉直 ②

23、松手釋放物塊 ③接通打點計時器電源 ④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)． (2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果．打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s.比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大． 答案　(1)④①③②　(2)1.29　M 解析　(1)根據(jù)該實驗操作過程，正確步驟應(yīng)為④①③②. (2)物塊脫離彈簧時速度最大，v＝＝ m

24、/s＝1.29 m/s；由動能定理ΔEk＝mv2，據(jù)紙帶中打點的疏密知M紙帶獲得的最大速度較大，對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能較大． 2．(2016·全國卷Ⅲ·23)某物理課外小組利用圖12中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系．圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg.實驗步驟如下： 圖12 (1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑． (2)將n(依次取n＝1,2,3,

25、4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a. (3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表．n＝2時的s-t圖象如圖13所示；由圖13求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表． n 1 2 3 4 5 a/(m·s－2) 0.20 0.58 0.78 1.00 圖13 (4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖14中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象．從圖象可以看出：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正

26、比． 圖14 (5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)． (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標號) A．a(chǎn)-n圖線不再是直線 B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點 C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 答案　(3)0.39　(4)見解析圖　(5)0.44　(6)BC 解析　(3)因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將題圖中點(2,0.78)代入s＝at2可得，a＝0.39 m/s2. (4)根據(jù)描點法可得如圖所示圖線．

27、 (5)鉤碼質(zhì)量為m，小車質(zhì)量為M，根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.44 kg. (6)若保持木板水平，則小車運動中受到摩擦力的作用，由牛頓第二定律得，nmg－μ(M＋5m－nm)g＝(M＋5m)a，解得：a＝－μg，直線的斜率變大．繩的拉力等于摩擦力時，小車才開始運動，圖象不過原點，選項B、C正確． 3．(2013·新課標全國Ⅰ·22)圖15為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖．實驗步驟如下： 圖15 ①用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M，重物的質(zhì)量m，用游標卡尺測量遮光片的寬度d，用米尺測量兩光電門之間的距離s；

28、 ②調(diào)整輕滑輪，使細線水平； ③讓物塊從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB，求出加速度a； ④多次重復(fù)步驟③，求a的平均值； ⑤根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)μ. 回答下列問題： (1) 測量d時，某次游標卡尺(主尺的最小分度為1 mm)的示數(shù)如圖16所示．其讀數(shù)為________ cm. 圖16 (2)物塊的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝________. (3)動摩擦因數(shù)μ可用M、m、和重力加速度g表示為μ＝________. (4)如果細線沒有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬于________

29、____(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)． 答案　見解析 解析　(1)d＝0.9 cm＋12×0.05 mm＝0.960 cm (2)因為vA＝，vB＝，又由2as＝vB2－vA2， 得a＝[()2－()2] (3)設(shè)細線上的拉力為FT，則mg－FT＝m，F(xiàn)T－μMg＝M 兩式聯(lián)立得μ＝ (4)由實驗裝置引起的誤差為系統(tǒng)誤差． 題組2　各省市真題精選 4．(2015·山東理綜·21)某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則．實驗步驟： ①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向． ②如圖17甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下

30、拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)．每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N，測出所對應(yīng)的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示： F(N) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l(cm) l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F＝2.50 N時橡皮筋兩端的位置，重新標記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′. ④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示．用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到

31、O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB. 　　　　 圖17 完成下列作圖和填空： (1)利用表中數(shù)據(jù)在圖18中畫出F-l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm. 圖18 (2)測得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，則FOA的大小為________N. (3)根據(jù)給出的標度，在圖19中作出FOA和FOB的合力F′的圖示． 圖19 (4)通過比較F′與________的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論． 答案　(1)見解析圖甲　10.0(9.8、9.9、10.1均正確)　(2)1.80(1.70～1.90均正確

32、)　(3)見解析圖乙 (4)FOO′ 解析　(1)做出F-l圖象，如圖甲所示，求得直線的截距即為l0，可得l0＝10.0 cm (2)可計算橡皮筋的勁度系數(shù) k＝＝ N/m＝50 N/m 若OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，則橡皮筋的彈力為 F＝kΔx＝50×(6.00＋7.60－10.00)×10－2 N＝1.80 N 則此時FOA＝F＝1.80 N (3)FOB＝FOA＝1.80 N，兩力的合力F′如圖乙所示． (4)FOO′的作用效果和FOA、FOB兩個力的作用效果相同，F(xiàn)′是FOA、FOB兩個力的合力，所以通過比較F′和FOO′的大小和方向，可得出實

33、驗結(jié)論． 專題強化練 1．(2017·貴州貴陽市2月模擬)如圖1所示是很多力學實驗中常使用的裝置． 圖1 (1)要處理用該裝置打出的紙帶信息，必需使用的器材是________(選填“刻度尺”“秒表”或“天平”) (2)關(guān)于該裝置的下列說法正確的是________． A．利用該裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗時，不需要平衡摩擦力 B．利用該裝置做“研究勻變速運動”的實驗時，需要平衡摩擦力 C．以小車和砝碼整體為研究對象，平衡摩擦力后，可利用該裝置“驗證機械能守恒定律” D．利用該裝置做“探究物體的加速度與力的關(guān)系”的實驗時，除應(yīng)平衡摩擦力外，還必須滿足小車的質(zhì)量遠大于

34、砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量 答案　(1)刻度尺　(2)D 2．(2017·廣東汕頭市一模)某同學用如圖2所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向． 圖2 (1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N. (2)下列不必要的實驗要求是________．(填寫選項前對應(yīng)的字母) A．應(yīng)測量重物M所受的重力 B．彈簧測力計應(yīng)在使用前校零 C．拉線方向應(yīng)與

35、木板平面平行 D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中，該同學保持結(jié)點O的位置不變，調(diào)整彈簧測力計B的拉力沿各種不同的方向，結(jié)果發(fā)現(xiàn)測力計B的讀數(shù)最小值為重物M所受的重力的0.5倍，則O點與彈簧測力計A之間的細線偏離豎直方向的夾角為________． 答案　(1)3.6　(2)D　(3)30° 3．(2017·遼寧沈陽市郊聯(lián)體模擬)某同學在研究性學習中，利用所學的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一深度h＝0.25 m、開口向右的小筒中，如圖3甲所示，彈簧的原長比筒短些．如果本實驗的長度測量工具只能測量出筒外彈簧的長度l，現(xiàn)在要測出彈簧的原長l0

36、和彈簧的勁度系數(shù)，該同學通過改變所掛鉤碼的個數(shù)來改變l并記下彈力F，作出F－l圖線如圖乙所示． 圖3 (1)該同學實驗時，把彈簧水平放置與彈簧豎直懸掛放置相比較，優(yōu)點在于________________________________________________________________________． (2)彈簧的勁度系數(shù)為________N/m. (3)彈簧的原長l0＝________m. 答案　(1)避免彈簧自身重力對實驗的影響 (2)100　(3)0.15 4．(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(guān)系

37、．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4 實驗步驟如下： ①如圖4(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]，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出； 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(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出－Δt圖，

38、如圖(c)所示． 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，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為 ＝________. (2)由圖(c)可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6 解析　(1)設(shè)擋光片末端到達光電門的速度為v，則由速度時間關(guān)系可知：v＝vA＋aΔt，且＝ 聯(lián)立解得：＝vA＋aΔt； (2)由圖(c)可讀出vA≈52.1 cm/s，圖線的斜率 k＝a＝ cm/s2≈8.28 cm/s2， 即a≈16.6 cm/

39、s2. 5．(2017·甘肅省河西五市一模)在追尋科學家研究足跡的過程中，某同學為探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系，采用了如圖5甲所示的實驗裝置． 圖5 (1)實驗時，該同學用鉤碼的重力表示小車受到的合力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認為應(yīng)該采取的措施是________(填選項前的字母)． A．保證鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 B．選取打點計時器所打第1點與第2點間的距離約為2 mm的紙帶來處理數(shù)據(jù) C．把長木板不帶滑輪的一端適當墊高以平衡摩擦力 D．必須先接通電源再釋放小車 (2)如圖乙所示是實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個計數(shù)點，相鄰計

40、數(shù)點間的時間間隔為T，相鄰計數(shù)點間的距離已在圖中標出，測出小車的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m.從打B點到打E點的過程中，合力對小車做的功是________，小車動能的增量是________．(用題中和圖中的物理量符號表示) 答案　(1)AC　(2)mgs　M[()2－()2] 解析　(1)為使鉤碼的重力近似等于小車受到的合力，需要把長木板不帶滑輪的一端適當墊高以平衡摩擦力，故C正確；同時保證鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，減小鉤碼失重帶來的誤差，故A正確；D項是打點計時器實驗的正確做法，對減小本題中的實驗誤差無影響，故D錯誤；B項為保證重物由靜止開始做自由落體運動的措施，故B錯誤； (2)從打

41、B點到打E點的過程中，合力對小車做的功為：W＝mgh＝mgs 根據(jù)中間時刻的速度等于平均速度得：vB＝，vE＝， 小車動能的增量是：ΔEk＝MvE2－MvB2＝M[()2－()2]． 6．(2017·福建南平市3月質(zhì)檢)如圖6甲所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電火花計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平、交流電源．回答下列問題： 圖6 (1)為完成此實驗，除了現(xiàn)有的器材，還需要的器材是________． (2)關(guān)于本實驗，在操作過程準確無誤的情況下，下列說法中正確的是________． A．實驗時一定要稱出重錘的質(zhì)量 B．實驗中測得重錘

42、重力勢能的減少量ΔEp略大于它動能的增加量ΔEk，是因為阻力做功造成的 C．如果紙帶上打下的第1、2點模糊不清，則無論用何種方法處理數(shù)據(jù)，該紙帶都不能用于驗證機械能守恒定律 D．處理實驗數(shù)據(jù)時，可直接利用打下的連續(xù)實際點跡作為“計數(shù)點” (3)若按實驗要求選出合適的紙帶進行測量，量得連續(xù)三個計數(shù)點A、B、C到第一個點O的距離如圖乙所示(相鄰兩點時間間隔為0.02 s)，當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2，重錘質(zhì)量為0.500 kg，那么打下點B時重錘的速度vB＝________m/s，從O到B 的過程中重力勢能減少量為ΔEp＝________J．(計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 答案

43、　(1)刻度尺　(2)BD　(3)2.00　1.05 解析　(1)紙帶各點間距離需要刻度尺測量，所以還需要的器材有刻度尺； (2)實驗時不需要稱出重錘的質(zhì)量，故A錯誤；阻力做功使得實驗中測得的重錘重力勢能的減少量ΔEp略大于它動能的增加量ΔEk，故B正確；如果紙帶上打下的第1、2點模糊不清，可以選擇紙帶上其他清晰兩點來驗證機械能守恒定律，故C錯誤；處理打點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法，若采用計數(shù)點，是使測量長度變長，從而減小測量長度的誤差，故D正確． (3)打下B點時重錘的速度等于AC兩點間的平均速度．AC間距為： xAC＝(25.71－

44、17.72)cm＝7.99 cm＝7.99×10－2 m 打下B點時重錘的速度為：vB＝＝ m/s≈2.00 m/s 從O到B的過程中重力勢能減少量為：ΔEp＝mgh＝0.500×9.80×0.215 2 J≈1.05 J 7．(2017·湖南衡陽市第一次聯(lián)考)如圖7甲所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置，帶滑輪的長木板水平固定，跨過小車上的光滑定滑輪的兩根細線均處于水平． 圖7 (1)實驗時，一定要進行的操作是________．(填序號) A．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 B．用天平測出砂和砂桶的總質(zhì)量 C．小車靠近打點計時器，

45、先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶．同時記錄拉力傳感器的示數(shù)F0 D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 (2)設(shè)拉力傳感器示數(shù)F0的二倍為F，現(xiàn)以F為橫坐標，加速度a為縱坐標，畫出的a－F圖象如圖所示，則可能正確的圖象是________． (3)在實驗中，得到一紙帶，A、B、C、D、E為5個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出．用刻度尺測量計數(shù)點間距離如圖乙所示．已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，可知打點E時小車的速度vE＝________m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)． 答案　(1)CD　(2)C　(3)0.26 解析　(1)拉力可以由拉力

46、傳感器測出，不需要用天平測出砂和砂桶的總質(zhì)量，也就不需要使砂桶(包括砂)的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，故A、B錯誤；打點計時器運用時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，該實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，要記錄拉力傳感器的示數(shù)，故C正確；改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關(guān)系，故D正確； (2)小車質(zhì)量不變時，加速度與拉力成正比，所以a－F圖象是一條過原點的傾斜的直線，由實驗裝置可知，實驗前沒有平衡摩擦力，則畫出的a－F圖象在F軸上有截距，故C正確． (3)相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，相鄰的計數(shù)點時間間隔為：T＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運動中時

47、間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出紙帶上打B點時小車的瞬時速度大?。畍B＝＝ m/s＝0.14 m/s，根據(jù)逐差法得：a＝＝ m/s2＝0.4 m/s2， 則vE＝vB＋a·3T＝(0.14＋0.4×0.3) m/s＝0.26 m/s. 8．(2017·安徽淮南市模擬)在探究物體的加速度與所受外力的關(guān)系實驗中，如圖8甲所示，在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上有一帶有方盒的滑塊，質(zhì)量為M，氣墊導(dǎo)軌右端固定一定滑輪，細線繞過定滑輪，一端與滑塊相連，另一端掛有6個鉤碼，設(shè)每個鉤碼的質(zhì)量為m，且M＝4m. 圖8 (1)用游標卡尺測出滑塊上的擋光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，則寬度d＝____

48、____cm； (2)某同學打開氣源，將滑塊由靜止釋放，滑塊上的擋光片通過光電門的時間為t，則滑塊通過光電門的速度為________(用題中所給字母表示)； (3)開始實驗時，細線另一端掛有6個鉤碼，滑塊由靜止釋放后細線上的拉力為F1，接著每次實驗時將1個鉤碼移放到滑塊上的方盒中，當只剩3個鉤碼時細線上的拉力為F2，則F1______2F2(填“大于”“小于”或“等于”)； (4)若每次移動鉤碼后都從同一位置靜止釋放滑塊，設(shè)擋光片距光電門的距離為L，細線端所掛鉤碼的個數(shù)為n，擋光片通過光電門的時間為t，測出多組數(shù)據(jù)，并繪出n－圖象(如圖9)，已知圖線斜率為k，則測得當?shù)刂亓铀俣葹開__

49、_____(用題中字母表示)． 圖9 答案　(1)0.520　(2)　(3)小于　(4) 9．(2017·山東青島市二模)圖10為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進行實驗： ①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2； ②安裝實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面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處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點位置P； ④將小球m2放在斜槽末端B處，仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標記小球m1、m2在斜面上的落點位置； ⑤用毫米刻度

50、尺測出各落點位置到斜槽末端B的距離．圖中M、P、N點是實驗過程中記下的小球在斜面的三個落點位置，從M、P、N到B點的距離分別為sM、sP、sN.依據(jù)上述實驗步驟，請回答下列問題： 圖10 (1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應(yīng)滿足m1________m2(填寫“>”“＝”或“<”)； (2)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中________點，m2的落點是圖中________點； (3)用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示，只要滿足關(guān)系式________________，就能說明兩球碰撞前后動量是守恒的； (4)若要判斷兩小球的碰撞是否為彈性碰撞，用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示，只需比較________與________是否相等即可． 答案　(1)>　(2)M　N　(3)m1＝m1＋m2 (4)m1sP　m1sM＋m2sN 解析　(1)必須滿足m1>m2，否則m1有可能被反彈回去； (2)由碰撞實際，碰后v1′