第1道 力学实验（解析版）-2021年高考物理二轮复习高考13题命题探究.pdf

2021年高考物理二轮复习高考13题命题探究第二部分实验题命题探究第 1 道实验题力学实验目录一、命题点探究.1命题点一力学常规实验.1考查方式一常规测量仪器的使用方法.2考查方式二“纸带类”问题.3考查方式三“橡皮条、弹簧类”实验.6考查方式四碰撞类实验.9命题点二力学创新实验.12考查方式一实验器材创新.12考查方式二实验情景创新.16考查方式三实验的拓展和延伸.18二、第一道实验题限时强化训练.20一、命题点探究命题点一力学常规实验【命 题 规 律】1.本实验共7个，包括：4个与“纸带类”有关的实验（研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律），2个与“橡皮条、弹簧类”有关的实验（探究弹力和弹簧伸长量的关系、验证力的平行四边形定则），1个碰撞类实验（验证动量守恒定律）.2.近五年高考力学实验中命题点主要集中在：纸带类问题（4次）、弹簧、橡皮条问题（3次），复习备考时要特别注意纸带的处理及实验原理的复习，提高学生分析实验原理及实验动手操作能力.考查方式一常规测量仪器的使用方法【核 心 考 点 梳 理】1.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）x0。mm.特别提醒：螺旋测微器的使用要注意两点：（1）半毫米刻度线；（2）估读，末位估读的“0”不要漏掉.2.游标卡尺的读数游标尺/mm精确/mm测量结果（游标尺上第n个刻线与刻度格数主尺上的某刻度线正对时）/mm刻度总长度每小格与1 毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.120190.050.05主尺上读的毫米数+0.05”50490.020.02主尺上读的毫米数+0.023.时间类测量仪器的读数（1）打点计时器：打点计时器所有电源频率为50 H z,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4=0.02x5 s=0.1 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，时间间隔加=%为频闪照相机的频率）.（3）光电计时器：记录遮光时间，时间间隔加=&d 为遮光板宽度，v 为平均速度）.【典 例 1】（1）如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长 10等分、19mm长 20等分、49 mm长 50等分，它们的读数依次为 mm mm、mm.2 3廿山川年产0 102 3 44 H t4 ttt0 10 20甲 乙0 1 2 3 4 51 1 1 1 1 1 u.U .0 10 20 30 40 50丙(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径是 m m.【答案】：(1)1 7.2 2 3,3 5 1 0.3 8 (2)2.1 5 0【解析】：(1)甲图读数：整毫米数是1 7 mm,不 足 1 毫米数是2 x 0 m m=0.2 m m,最后读数是1 7 mm+0.2i n i n=1 7.2 mm；乙图读数：整毫米数是2 3 mm,不 足 1 毫米数是7 x 0.0 5 m m=0.3 5 mm,最后读数是2 3 m m+0.3 5 m m=2 3.3 5 mm：丙图读数：整毫米数是1 0 mm,不 足 1 毫米数是1 9 x 0.0 2 m m=0.3 8 mm,最后读数是 1 0 m m+0.3 8 mm=1 0.3 8 m m.(2)固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为1 5.0 x 0.0 1 mm,最后的读数是2.0 m m+1 5.0 x 0.0 1 m m=2.1 5 0 m m.考查方式二“纸带类”问题【核心考点梳理】1.纸带的四大应用(1)判断物体运动性质若A x=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动.若1 不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动.(2)由纸带确定时间(3)求瞬时速度：如图所示，打点时的速度W尹1.Zi-1n+1(4)用“逐差法”求加速度：如图所示，有连续的偶数段数据a(X4+邓+刀6)(X|+X 2 +3)(37)20 1 2 3 4 5 62.两个关键点(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点，计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点.要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的.(2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源，打点稳定后，再释放纸带.【典 例1】(2021西藏昌都市一中高三上学期1月期末)用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小车(含车中重物)的质量不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F,用打点计时器测出小车运动的加速度a.(1)关于实验操作，下 列 说 法 正 确 的 是.A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5 个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4 个点迹未标出，测出各计数点到4 点间的距离.已知所用电源的频率为50 Hz,打B点时小车的速度VB=m/s,小车的加速度a=m/s2.(3)改变细线下端钩码的个数，得到尸图象如图丙所示，造 成 图 线 上 端 弯 曲 的 原 因 可 能 是.【答案】：(1)AD(2)0.316 0.93(3)随所挂钩码质量?的增大，不能满足【解析】：(1)调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故 A 正确；在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故 B 错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsin0-M g c o s仇 故 t a n.所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故 C 错误；打点计时器要“早来晚走”即实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小车，而当实验结束时应先控制小车停卜再停止打点计时器，故 D 正确.(2)已知打点计时器电源频率为50 H z,则纸带上相邻计数点间的时间间隔为7=5x0.02 s=0.1 s.8 点对应的速度：=券=：)6；m/s=0.3l6 m/s.必 7/口 ,“、,.Q t.,XCEXAC 0.163 60.063 20.063 2,由逐差法得：小车运动的加速度为“=一 一=-万百-m/s2=0.93 m/s-(3)随着力厂的增大，即随所挂钩码质量，的增大，不能满足M，因此图线上端出现弯曲现象.2.(2020安徽省定远重点中学高三期末)利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验.(1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有.(选填器材前的字母)A.大小合适的铁质重锤 B.体积较大的木质重锤C.刻度尺 D.游标卡尺E.秒表(2)如图是实验中得到的一条纸带.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。的距离分别为加、布、生.重锤质量用”表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.从打下。点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量AEp=,动能的增加量&=.(3)在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是A.释放重锤前，只要使纸带保持竖直B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤C.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度V,可测量该点到。点的距离h,再根据公式V=病!计算,其中g应取当地的重力加速度D.用刻度尺测量某点到。点的距离从利用公式机g计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度(4)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点。的距离h,并计算出打相应计数点时重锤的速度v,通过描绘v2”图象去研究机械能是否守恒.若实验中重锤所受阻力可忽略，从理论上分析，合理的v2-/?图象 是 图 中 的 哪 一 个.(3)BD(4)A_.m(hchA)2【答案】：(1)AC(2)mghB 8,【解析工(1)为r减小阻力的影响，选择质量较大、体积较小的重锤，故A正确，B错误；在该实验中需要测量点迹间的距离，需要刻度尺，不需要游标卡尺，故C正确，D错误；打点计时器可以记录时间，不需要秒表，故E错 误.故 选AC.(2)从打下0点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量AEp=mghB，B点的速度为5=一百一，则增加的动能为(3)释放重锤前应使纸带保持竖直且重锤应尽量靠近打点计时器，故A错误；实验时，应先接通电源，再释放纸带，故B正确；为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v,可以根据纸带上某段时间内的平均速度等于瞬时速度求出，故C错误；用刻度尺测量某点到起始点。点的距离h,利用公式m g h计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度，故D正确.(4)若机械能守恒，有,监=多加，则/=2 g ，可知v2-/?图线为过原点的一条倾斜直线，故选A.考查方式三“橡皮条、弹簧类”实验【核心考点梳理】L探究弹力和弹簧伸长量的关系(1)实验原理要测出每次悬挂重物的重力大小G和弹簧伸长的长度x,建立G-x坐标系，描点作图探究.（2）操作关键实验中不能挂过多的钩码，使弹簧超过弹性限度；作图象时，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的两侧.2.验证力的平行四边形定则（1）实验原理使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同.（2）操作关键每次拉伸结点位置0 必须保持不变；记下每次各力的大小和方向；画力的图示时应选择适当的标度.【典 例 11（2020武邑第三次质检）某同学在“探究弹簧和弹簧伸长量的关系”的实验中，测得图中弹簧O C的劲度系数为500 N/m.如图甲所示，用弹簧OC和弹簧秤”、方做“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）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O C的夹角不变，减小弹簧秤匕与弹簧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”）.【答案】：（1）3.00（3.003.02均可）4.00（3.094.01均可）（2）变 大 变 大【解析】：（1）由图可知弹簧秤a 的读数是F“=3.00 N；因合力为F=JIX=500X0.01 N=5.00 N,又弹簧秤、b间夹角为90。，则弹簧秤b的读数为同=7 尸一转=4.00 N.（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90。，保持弹簧秤a与弹簧O C的夹角不变，减小弹簧秤h与弹簧OC的夹角,如图所示，根据力的平行四边形法则可知，弹簧秤”的读数变大，弹簧秤人的读数变大.【典例2】(2020深圳第一次调研)某学生做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧伸长的长度x,数据记录如表所示.(1)根据表中数据在图甲中作出F-x图线.钩码个数01234567弹力F/N01.02.03.04.05.06.07.0弹簧伸长的长度x/cm02.003.986.027.979.9511.8014.00(2)根据F-x图线可以求得弹簧的劲度系数为N/m；(3)估测弹簧弹力为5 N 时弹簧的弹性势能为 J；(4)一位同学做此实验时得到如图乙所示的广x 图线，说明此同学可能出现了哪种错误？.【答案】：(1)见 解 析 图(2)50(3)0.25(4)已超出了弹簧的弹性限度【解析】：(1)根据描点法可得出对应的F-x图象，如图所示.7(2)根据胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数，则 可 知 仁 这 N/m=50N/m.(3)根 据 图 象 的 性 质 以 及 可 知，图象与横坐标围成的面积表示弹力所做的功，根据功能关系可知，弹力做的功等于弹簧的弹性势能，故 EP=1x5x0.099 5 40.25 J.(4)由图可知，当力达到某一值时，图象发生了弯曲，说明此时已超出了弹簧的弹性限度.考查方式四碰撞类实验【核心考点梳理】本考点实验是指验证动量守恒的实验，此实验可利用不同的方案验证，具体如下：实验方案实验装置利用气垫导轨完成一维碰撞实验产 C 二 A c w滑块速度的测量丫=辞用两摆球碰撞验证动量守恒定律2 T摆球速度的测量丫=痂在光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律小车速度的测量V=【典 例 1】（2021吉林省通榆县一中高三上学期12月月考）某同学用如图1 所示的装置通过半径相同的A、B 两球（加 4 机 8）的碰撞来验证动量守恒定律，图中PQ是斜槽，QR为水平槽.实验时先使A 球从斜槽上某一固定位置G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹.重复上述操作10次，得 到 10个落点痕迹.再把B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让 4 球仍从位置G 由静止开始滚下，和 B 球碰撞后，A、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次.图 1 中。点是水平槽末端R 在记录纸上的竖直投影点.8 球落点痕迹如图2 所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O 所在的平面，米尺的零点与O 点对齐.（1）碰撞后B球的水平射程应取为 cm；（2）在以下选项，哪些是本次实验必须进行的测量？；（填选项序号）A.水平槽上未放8 球时，测量A 球落点位置到。点的距离B.A 球与B 球碰撞后，测量A 球落点位置到。点的距离C.测量A 球或B 球的直径D.测量A球和B球的质量（或两球质量之比）E.测量水平槽面相对于。点的高度（3）实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是（）A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B.释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C.释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小【答案】：(1)6 5.7 (2)A B D (3)C【解析】：(1)如题图2所示，用尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是6 5.7 c m.(2)小球做平抛运动时飞行时间相同，所以可以用水平位移的大小关系表示速度的大小关系.实验中要测量的数据有：两小球的质量，力、m2,三个落点到。点的距离加、X 2、x.所以选项A、B、D正确.(3)入射小球的释放点越高，入射小球碰前速度越大，碰撞时内力越大，阻力影响越小，可以较好地满足动量守恒的条件，有利于减小误差，故选项C正确.【典例2】.(2021浙江省北斗星联盟高三上学期12月月考)某同学利用电火花打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验.气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在气垫导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.弹牛架滑块 滑块2弹射架 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _%(.1*1*I.i 血 尿 赢 旋】二 I_2O.O cm 1-而 乙(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把电火花打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑 块 1 的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2 放在气垫导轨的中间；先，然后,让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图乙所示；测得滑块1的质量为3 10 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为20 5 g.完善实验步骤的内容.(2)已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点.通 过 计 算 可 知 两 滑 块 相 互 作 用 以 前 系 统 的 总 动 量 为 kg.m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为kgm/s(保留三位有效数字).(3)试说明(2)中 两 结 果 不 完 全 相 等 的 主 要 原 因 是.【答案】：(1)接通打点计时器的电源释放滑块1(2)0.620 0.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦【解析】：(1)先接通打点计时器的电源，后释放滑块1.(2)放开滑块1 后，滑 块 1做匀速运动，跟滑块2 发生碰撞后跟滑块2 起做匀速运动，根据纸带的数据得：碰撞前滑块1 的动量为pi=?m=0.310 x4器kg-m/s=0.620 kg m/s,滑块2 的动量为零，所以碰撞前的总动 量 为 0.620 kg m/s；碰撞后滑块1、2 速度相等，所以碰撞后总动量为(加+旗)也=(O.31O+O.2O5)x号 詈kg m/s=0.618 kg-m/s.(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用.命题点二力学创新实验【命 题 规 律】1.在近几年的各地高考中创新型实验题比较多，此类实验能够综合考查考生创造性地应用已学知识、方法、原理，灵活处理陌生实验问题的能力，要求学生有较高的知识迁移能力、实验设计能力.2.近五年高考力学创新实验(7 次)，主要涉及实验器材创新、实验情景创新以及教材演示实验或结论的拓展和延伸.考查方式一实验器材创新【核心考点梳理】1.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，主要有以下几个方向：(1)用气垫导轨代替长木板，用光电门或频闪相机代替打点计时器.(2)用拉力传感器代替弹簧测力计或钩码.(3)用钩码或已知质量的物体代替弹簧测力计.2.对于实验器材的替换，解决问题的思维方式不变，需要注意以下几点:(1)气垫导轨代替长木板时，应调整导轨水平，不必平衡摩擦力.(2)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.(3)用钩码或已知质量的物体代替弹簧测力计时，钩码或物体的重力不一定等于弹簧测力计的读数.【典 例 1】(2021吉林省榆树一中高三上学期1 月 期 末)如 图 1、图 2所示分别为甲、乙两位同学探究加速度与力的关系的实验装置示意图，他们在气垫导轨上安装了一个光电门8,滑块上固定一宽度为4的窄遮光条，由数字计时器可读出遮光条通过光电门的时间.甲同学直接用细线跨过定滑轮把滑块和钩码连接起来(如图 1),乙同学把滑块用细线绕过定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码(如图2),每次滑块都从A处由静止释放.光电门n O气垫寻轨中 刻 度 尺光电门P气垫？轨、自(1)实验时应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他实验器材的情况下，如何判定调节是否到位？.(2)实验时，两同学首先将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门2的时间加，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是(3)甲、乙两位同学通过改变钩码的个数来改变滑块所受的合外力，甲同学在实验时还需要测量记录的物理量有,实 验 时 必 须 满 足 的 条 件 是;乙同学在实验时需要记录的物理量有(4)乙同学在完成实验时，下 列 不 必 要 的 实 验 要 求 是.(填选项前字母)A .应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行【答案】（1）在不挂钩码时，滑块应能在任意位置静止不动（2）4位置与光电门间的距离L（3）所挂钩码的质量”和滑块的质量M 传 感 器 的 读 数（4）A【解析】（1）实验前应调节导轨水平.具体办法是在不挂钩码时，滑块能在任意位置静止不动.（2）两种情况下，滑块在导轨上均做匀加速直线运动，滑块的初速度为零，到达光电门的瞬时速度v=V，利用初速度为零的匀加速直线运动公式/=26 可知，只要测出A位置与光电门间的距离L即可求得滑块的加速度.（3）甲同学所做实验中滑块（设质量为和钩码所受的合外力等于钩码的重力mg,所以甲同学还需要测量所挂钩码的质量，和滑块的质量M,在实验时，为 尽量减小实验误差，应满足条件，乙同学所做实验中，力传感器测出的力就是细线对滑块的真实拉力设为T,可直接读出，所以需要记录传感器的读数.（4）力传感器测出的力就是细线对滑块的真实拉力，不存在系统误差，无需满足滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量；测量距离时，适当增大测量距离可以减小测量误差；实验时要满足气垫导轨水平且细线与导轨平行.【典例2】（2 0 2 0 陕西西安四校联考）在用D I S 研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组用如图甲所示的实验装置进行实验，重物通过滑轮用细绳拉小车，在小车和重物之间接一个轻质微型力传感器，位移传感器（发射器）随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器（接收器）固定在轨道一端，滑轮左侧细绳与轨道平行，实验中力传感器的示数为F,保持小车 包括位移传感器（发射器）的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图乙所示.位移传感器位移传感器（接收器）（发射器）标 轨is霍力传感器。重物（1）图乙中的a-F图线不过原点，表明实验之前缺少的一个必要步骤是.（2）本实验是否需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量？（填“是”或“否”），原因是（3）若某同学做该实验时，没有选用位移传感器和力传感器，只是把重物用细绳绕过定滑轮与小车相连，实验获得的如尸图线仍是图乙.所挂重物越重，细绳拉小车的力将越大，结 果 会 使 图 线 不 断 延 伸，如图丙所示，预 测 延 伸 后 半 部 分 的 图 线 将 会 是（填“”或 ）.【答案】：（1）平 衡 摩 擦 力（2）否小车所受合外力可以通过力传感器直接读出（3）【解析】：（1）力传感器示数为一定值时，小车才有加速度，说明实验前小车在轨道上运动时，没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.（2）不需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量，因为小车所受合外力可以通过力传感器直接读出.（3）由牛顿第二定律知小车的加速度大小“=篙 得，随着山增大，小 尸 图 线 的 斜 率 为 而 变 小，故应选.【典例3（2020贵阳市高三期末）某实验小组利用如图所示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下:A.挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；B.打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小V1和V2；C.重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A 到 B 的步骤.回答下列问题：（1）按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？（填 是 或 否）.（2）若要验证动能定理的表达式，还 需 测 量 的 物 理 量 有.A.悬挂钩码的总质量？B.长木板的倾角ec.两传感器间的距离/D.小车的质量M(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为_(重力加速度为g)【答案】：(1)否(2)A C D 一界廿【解析】：(1)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，取下钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响.(2)根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有：所以要测量悬挂钩码的总质量m、两传感器间的距离/和小车的质量M.(3)根据(2)可知 mgl=v?V.考查方式二实验情景创新近几年的考题在实验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.需要考生在常规实验的基础上学会灵活变通.【典 例 1(2020湖北省武昌区高三调研)如图甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动,盘边缘侧面上涂有一段很薄的反光涂层.当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号立即转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来.,反 光 涂 层八1甲s 4-H-4-_,2,1,.4._乙(1)若图乙中示波器显示屏上横向的时间轴上每小格对应的时间为2.0 0 x1 0 3 s(即时间轴每大格表示1 Q 0 X 1 O2 s),则圆盘的转动周期为 s、转速为 r/s.(结果均保留3 位有效数字，下同)(2)若测得圆盘直径为22.00 c m,则可求得圆盘侧面反光涂层的长度(弧长)为 cm.【答案】：(1)4.40 x10 2 22.7(2)3.14【解析】：(1)从图乙显示圆盘转动一周在横轴上显示22格，由题意知道，每格表示2.00 x10 3 所以圆盘转动的周期为4.40 x10-2 s,则转速为”=有 22.7 r/s.(2)反光中引起的电流图象在图乙横坐标上每次对应一小格，说明反光涂层的长度占圆盘周长的上，故圆盘上反光涂层的长度为段=主当卫=3.14 cm.【典 例 2(2021吉林省范家屯一中高三上学期1 月 期 末)某同学用如图甲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 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/由计时器测出，取丫=力乍为钢球经过A 点时的速度.记录钢球每次下落的高度力和计时器示数/,计算并比较钢球在释放点和A 点之间的势能变化大小AEp与动能变化大小耳，就能验证机械能是否守恒.(1)用A E p=m g h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4 点时的球心C.钢球在A 点时的底端(2)用 计 算 钢 球 动 能 变 化 的 大 小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 s,则钢球的速度为v=m/s.(3)下表为该同学的实验结果:他发现表中的AEp与 质之间存在差异，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.AEp(xlO-2J)4.8929.78614.6919.5929.38AEk(xlO-2J)5.0410.115.120.029.8(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.【答案】：(1)B(2)1.50(1.491.51均 可)1.50(1.491.51均 可)(3)见 解 析(4)见解析【解析】:要测量小球下落的高度，应测量开始位置小球的球心到小球在A 点时球心的竖直距离，B 正确.(2)根据题图可知，遮光条的宽度d=15.0 mm=1.50 c m,若某次计时器的时间为0.010 s,则钢球的速度v=1.50 m/s.(3)由于空气阻力的存在，小球下落过程中克服空气阻力做功，因此动能的增量会小于重力势能的减少量，而表格中数值表明是动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，是由于遮光条在小球的下面，测得的速度比小球的实际速度大造成的.(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和/,计算AEk,将 v 折算成钢球的速度 T也考查方式三实验的拓展和延伸【典 例 1(2020河南省郑州市高三调研)某同学利用如图中所示的实验装置运用牛顿第二定律测量滑块的质量 M.其主要步骤为：调整长木板倾角，当钩码的质量为次)时滑块沿木板恰好向下做匀速运动.保持木板倾角不变，撤去钩码，如，将滑块移近打点计时器，然后释放滑块，滑块沿木板向下做匀加速直线运动，并打出点迹清晰的纸带如图乙所示(已知打点计时器每隔0.02 s打下一个点).请回答下列问题：(1)、(2)两问均保留3位有效数字)(1)打点计时器在打下B点时滑块的速度VB=m/s；滑块做匀加速直线运动的加速度a=m/s2；(3)滑块质量“=(用字母4、物)、当地重力加速度g表示).【答案】：(1)1.3 8 (2)3.8 8 乎【解析】：(I)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上B点时小皿 4士,X A C (5.2 0+5.8 4)x 1 0 2车的瞬时速度大小肥=万=4 x 0(普 m/s=1.3 8 m/s.(2)由逐差法可知，加速度的大小:(XDE+XDC)(XBC+XAB)(7.07+6.4 5)(5.8 4+5.2 0).，户(4 4 =闲话 x l O -m/s 3.8 8 m/s-.(3)滑块做匀速运动时受力平衡，由平衡条件得：，n og=M g si n 6一7,撤去断时的滑块的匀加速直线运动时,受到的合外力：F M g s i n 9-f,由牛顿第二定律得：F =M a,解得M=甯.【典例2】如图(a)由小车、斜面及粗糙程度可以改变的水平长直木板构成伽利略理想斜面实验装置.实验时，在水平长直木板旁边放上刻度尺，小车可以从斜面平稳地滑行到水平长直平面.利用该装置与器材，完成能体现如图(b广伽利略理想斜面实验思想与方法”的实验推论(设重力加速度为g).I”r，J G*nn-*1u n-刻度尺-H-S-s2-1+1 s3-H-S 4 t（C）（1）请指出，实验时必须控制的实验条件（2）请表述，由实验现象可以得出的实验推论：.（3）图（c）是每隔t时间曝光一次得到小车在粗糙水平面上运动过程中的五张照片，测得小车之间的距离分别是S|、S2、S3、S 4,由此可估算出小车与水平面间的动摩擦因数 =（需要用SI、S2、S3、S4、g、Z字符表示）.【答案】：（1）小车从同一位置由静止释放（2）水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远C 1+S 2）（S3+S4）4g 产【解析】：（1）根据伽利略“理想实验”的内容与原理可知，需要小车到达水平面时的速度是相同的，所以在实验的过程中要求小车从同一位置由静止释放.（2）根据实验的情况，可以得出的结论为水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远.（3）小车在水平面内做匀变速直线运动，结合匀变速直线运动的推论，则（S 1+S 2）（S3+S4）川田人引公.=-E-，根据牛顿第二定律可知所以小车与水平面间的动摩擦因数=+$2）一但+山）4g二、第一道实验题限时强化训练限时30min1.（2020湖北武汉市五月质检）为探究弹力和弹簧伸长量的关系，某同学把两根弹簧连接起来进行探究:钩码个数1234LN cm19.7123.6627.76Ls/cm29.9635.7641.5147.36(LB-LA)/CH16.0517.8519.60在弹性限度内，将质量为50 g 的钩码逐个挂在弹簧下端，在表中记录下指针A、8 的示数和。.其中悬挂I 个钩码时，指针4 所指的标尺刻度如图所示，此时=cm.由表中数据可得，弹 簧 1 的劲度系数ki=N/m,弹簧2 的劲度系数&2=N/m.（已知重力加速度g=9.80 m/s2,结果均保留2 位小数）【答案】15.70（15.6915.71 均可）12.24（12.2012.28 均可）27.45（27.4027.48 均可）【解析】指针A 所指标尺刻度的读数为=15.70cm.根据胡克定律，利用逐差法计算，为了减小偶然误差,我们间隔相减kA(LA3 LA)=2mg以2(八)=2mg则 g如乎代入数据，整理得依工 12.24 N/m将 =15.70 cm 代入表格，算得 L n-i=14.26cm对应LB-LA就是弹簧B 的长度与悬挂重物对应值，用同样的方法可得:取 1 g 3 LA3)(LBLAI)2mgAB2KL树一心4）一（乙 碓LAI）=2mg则-红 士 组2代入数据，整理得代1 2 7.4 5 N/m.2.（2 0 2 0 云南大理、丽江等校第二次统考）某同学设计了如下实验装置，用来测定小滑块与桌面间的动摩擦因数.如图甲所示，水平桌面上有一滑槽，其末端与桌面相切，桌面与地面的高度差为九让小滑块从滑槽的最高点由静止滑下，滑到桌面上后再滑行一段距离L,随后离开桌面做平抛运动，落在水平地面上的P点,记下平抛的水平位移x.平移滑槽的位置固定后，多次改变距离乙每次让滑块从滑槽上同一高度释放，得到不同的水平位移工作出x -L图象，即可根据图象信息得到滑块与桌面间的动摩擦因数（重力加速度为g）（1）每次让滑块从滑槽上同一高度释放，是为了.（2）若小滑块离开桌面时的速度为v,随着L增 大 v 将会（选填“增大”“不变 域“减小”）.（3）若已知/一 L图象斜率的绝对值为&,如图乙所示，则滑块与桌面间的动摩擦因数=（用本题中提供的物理量符号表示）.【答案】保证滑块到达滑槽末端的速度相同（2）减 小（3）等【解析】（1）每次让滑块从滑槽上同一高度释放，是为了保证到达滑槽末端的速度相同；（2）滑块离开滑槽后，受到摩擦力作用，做匀减速直线运动，设离开滑槽的速度为v o,根据运动学公式可知v（）2-，=2 g L 随着乙增大，v 将会减小；（3）滑块从桌边做平抛运动，则 有/?=%-，X=vl且有 V（?r=2gL,联 立 解 得 詈 一 4 川辽若已知/一心图象的斜率绝对值为贝 IJ 有 4/;=%得“=卷3.(2 02 0百校联考)某同学用如图甲所示装置做“探究加速度与合力关系”的实验.测得小车(带遮光片)的质量为 M,当地的重力加速度为g.?cm 10 20乙(1)实验前，用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示，则遮光片的宽度为4=c m.(2)为了使细线的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，必须.A.将长木板的右端适当垫高，以平衡摩擦力B,砂和砂桶的总质量远小于小车的质量C.减小遮光片的宽度(3)调节好装置，将小车由静止释放，与光电门连接的计时器显示小车通过光电门时遮光片的遮光时间3 要测量小车运动的加速度，还 需 要 测 量(填 写 需 要 测 量 的 物 理 量 名 称)，若该物理量用x 表示，则小车运 动 的 加 速 度 大 小 为(用 测 得 的 物 理 量 符 号 表 示).(4)保持小车每次释放的位置不变，光电门的位置不变，改变砂和砂桶的总质量，重复实验，测得多组小车通过光电门的遮光时间t及砂和砂桶的总质量m,为了使图象能直观地反映物理量之间的关系，应该作出(填 加一产”,一 尸”“?一或 m 5)图象，当图象为过原点的一条倾斜的直线，表明质量一定时，加速度与合力成正比./1【答案】(1)0.670 (2)B(3)释放小车时遮光片到光电门的距离声(4)，一审【解析】(1)游标卡尺主尺读数为0.6 c m,游标尺上第14条刻度与主尺上某一刻度对齐，则游标示数为 14x 0.0 5 mm=0.70 m m=0.0 70 c m,所以最终示数为：0.6 c m+0.0 70 c m=0.670 c m.(2)将长木板的右端适当垫高，以平衡摩擦力，是为了使细线的拉力等于小车受到的合外力，选项A错误；砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，可以使细线的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，选 项 B正确；减小遮光片的宽度，能提高测量小车速度和加速度的精度，选项C错误.(3)还需要测量释放小车时遮光片到光电门的距离，小车的加速度。=-=5.0 c m.（2）设小球离开斜槽时的速度为v,根据平抛运动的规律得x=W,=%产联立得小球在斜槽上滑下过程中，不计小球与槽之间的摩擦，只有重力做功，则有1 ,v2m gH-2mv1,解得”=去.(3)若摩擦不能忽略，则有H ,mgH-fimgcos 亍“1，小球离开槽口，水平速度v 变小，飞行时间f=?变长，下落距离了=上尸相应的变大.8.(2 0 2 0 湖南3月模拟)某同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，同时测量弹簧的弹性势能，实验装置如图1 0 甲所示，两滑块A、B上各固定一相同挡光片.部分实验步骤如下：1 .用螺旋测微器测量挡光片的宽度出n.将气垫