2022年高考物理精讲专题力学热学实验 .pdf
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1、学习好资料欢迎下载高考定位高考中常涉及的力学实验有:研究匀变速直线运动、验证力的平行四边形定则、探究弹力与弹簧伸长量的关系、探究加速度与力和质量的关系、探究动能定理和验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律、用油膜法估测分子的大小近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容,以分组或演示实验为背景,考查对实验方法的领悟情况,灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势要求考生掌握常规实验的数据处理方法,能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中,深刻理解物理概念和规律,并能灵活运用,要求考生有较强的创新能力考题 1 研究匀变速直线运动例 1(2
2、014 全国大纲 22)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图1 所示拍摄时频闪频率是10Hz,通过斜面上固定的刻度尺读取的5 个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h 和斜面的长度s.数据如下表所示重力加速度大小g9.80m/s2. 图 1 单位: cm x1x2x3x4h s10.7615.0519.3423.6548.0080.00 根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度a_m/s2(保留 3 位有效数字 ) (2)因为 _,可知斜面是粗糙的解析 (1)根据匀变速直线运动的推论,利用
3、逐差法,得x3x12a1T2x4x22a2T2aa1a22精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页学习好资料欢迎下载又知 T1f0.1s 联立以上各式得a4.30m/s2(2)如果斜面光滑,根据牛顿第二定律得,物体下滑的加速度a gsin ghs 5.88m/s2,因为 aa,所以斜面是粗糙的答案 (1)4.30(2)aghs5.88m/s21为了测量木块与木板间动摩擦因数 ,某小组使用位移传感器设计了如图2 甲所示实验装置,让木块从倾斜木板上一点A 由静止释放,位移传感器可以测出木块到传感器的距离位移传感器连接计算机,
4、描绘出滑块相对传感器的位移s 随时间 t 的变化规律,如图乙所示图 2 (1)根据上述图线,计算0.4s 时木块的速度v_m/s,木块加速度a_ m/ s2;(2)为了测定动摩擦因数 ,还需要测量的量是_; (已知当地的重力加速度g) (3)为了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度,下列措施可行的是_AA 点与传感器距离适当大些B木板的倾角越大越好C选择体积较大的空心木块D传感器开始计时的时刻必须是木块从A 点释放的时刻答案(1)0.41(2)斜面倾角 (或 A 点的高度 )(3)A 解析(1)0.4s 时木块的速度等于0.2s0.6s 内的平均速度,即v30 14 1020.60.2m/s0
5、.4 m/ s;根据 saT2,可求出木块的加速度a 2414 3024 1020.22m/s21 m/ s2. (2)根据 mgsin mg cos ma,可知测出倾斜角或A 点的高度算出倾斜角(3)当 A 点与传感器距离适当大些,可测出多组数据,求平均值,能提高测量精度,A 正确;精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页学习好资料欢迎下载倾斜角越大,测得的数据越少,不利于提高测量精度,B 错误;若选择体积较大的空心木块,在下降过程中,受空气阻力变大,影响了动摩擦因数的测量,C 错误;传感器开始计时的时刻不一定是从A
6、点释放的时刻,只要根据中间一段的 saT2,就可算出加速度,D 错误考题 2 探究弹力和弹簧伸长量的关系例 2(2014 新课标 23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k 与其长度 (圈数 )的关系 实验装置如图 3 所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7 个指针 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60 圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置, P0指向 0 刻度 设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n 为弹簧的圈数,取重力加速度为9.8
7、0m/s2)已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm. 图 3 P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01 x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41 n 102030405060 k(N/m)16356.043.633.828.8 1k(m/N)0.00610.01790.02290.02960.0347 (1)将表中数据补充完整:_; _. (2)以 n 为横坐标,1k为纵坐标,在图4 给出的坐标纸上画出1kn 图像图 4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
8、- - - -第 3 页,共 16 页学习好资料欢迎下载(3)图 4 中画出的直线可近似认为通过原点若从实验中所用的弹簧截取圈数为n 的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k 与其圈数n 的关系的表达式为k_N/m ;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为 m)的关系表达式为k_ N/ m. 解析 (1)根据胡克定律有mg k(xx0),解得 kmgxx00.1009.805.264.06 102N/m 81.7 N/ m,1k0.0122m/N. (2)1kn 图像如图所示(3)根据图像可知, k与 n的关系表达式为k1.75103nN/m, k 与 l0的关系表达式为k3.47l0N/m. 答案
9、 (1)81.70.0122(2)见解析图(3)1.75 103n(在1.67103n1.83 103n之间均可 )3.47l0(在3.31l03.62l0之间均可 ) 2(2014 浙江 21)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图5 连接起来进行探究图 5 (1)某次测量如图6 所示,指针示数为_cm. 图 6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页学习好资料欢迎下载钩码数1234 LA/cm15.7119.7123.6627.76 LB/cm29.9635.7641.5147.36 (2)在弹性限
10、度内,将50g 的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B 的示数 LA和 LB如表所示用表中数据计算弹簧的劲度系数为_N/m( 重力加速度g10 m/ s2)由表中数据_(填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲度系数答案 (1)16.00( 有效数字位数正确,15.9616.05 均可 ) (2)12.45(12.2012.80 均可 )能解析 (1)刻度尺分度值为1 毫米,读数应估读到毫米下一位,故指针的示数为16.00cm. (2)当 A 弹簧的弹力为FA10.50N、FA2 1.00N、 FA31.50N、FA42.00N 时,弹簧长度LA115.71cm、LA219.71cm、LA323.6
11、6cm、LA427.76cm,根据 Fk x 得 k112.50N/m 、k212.66 N/ m、 k3 12.20N/m,所以弹簧 的劲度系数kk1k2k3312.45N/m. 根据表可以计算出弹簧每次的伸长量 x, 也可以根据F k x 计算弹簧 的劲度系数(劲度系数的计算也可以通过做F x 图象处理,图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)3如图 7 为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图,弹簧的上端固定在铁架台上,下端装有指针及挂钩,指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表:图 7 钩码数 n 012345 刻度尺读数xn(cm) 2.62
12、4.175.707.228.8410.43 已知所有钩码的质量可认为相同且为m050g, 当地重力加速度g9.8m/s2.请回答下列问题:(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k_N/m.(结果保留两位有效数字) (2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量,测量的弹簧劲度系数k 的值与真实值相比较_(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)答案(1)32(2)没有影响解析(1)根据胡克定律k(x x0)nm0g,代入数据求k,再求平均得k32N/m;(2)因在计算弹力时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了,故弹簧自身有重量对测量值没有影响考题 3 验证力的平行四边形定则例 3(2014 江苏 11)
13、小明通过实验验证力的平行四边形定则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页学习好资料欢迎下载(1)实验记录纸如图8 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:F13.30N、 F23.85N 和 F34.25N请根据图中给出的标度作图求出F1和 F2的合力图 8 (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
14、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9 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 的轨迹图 9 两次实验记录的轨迹如图10 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 _图 10 (3)根据 (2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些?_(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
15、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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页学习好资料欢迎下载(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析 (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)见解析图 (F合4.6
16、4.9N 都算对 ) (2)Fa Fb(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 ) 4(单选 )在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图 11 所示 )实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮条在此过程中,下列注意事项正确的是() 图 11 A两根细绳必须等长B两弹簧秤示数必须等大C橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上D在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行答案 D 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
17、- - - - - -第 7 页,共 16 页学习好资料欢迎下载解析 细线的作用是能显示出力的方向,所以不必等长,故A 错误;只要弹簧秤有示数即可,并不一定要相等,故B 错误;两细线拉橡皮条时,只要确保拉到同一点即可,不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上,故C 错误;弹簧秤不能接触水平木板,否则产生摩擦,使弹簧秤示数偏大,故D 正确5有同学利用如图12 所示的装置来验证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A 和 B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统达到平衡时,根据钩码的个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和 FTOC,回答下列问题:图 12 (1)改变
18、钩码个数,实验能完成的是_A钩码的个数N1N2 2,N3 4 B钩码的个数N1N3 3,N2 4 C钩码的个数N1N2 N34 D钩码的个数,N13,N24,N35 (2)在拆下钩码和绳子前,应该做好三个方面的记录:_ ;_ ;_. 答案(1)BCD(2)标记结点O 的位置钩码的个数N1、N2、N3OA、OB、OC 三段绳子的方向解析(2)为验证平行四边形定则,必须通过作受力图所以先明确受力点,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示因此要做好记录,需从力的三要素角度出发:需记录 O 点的位置;钩码的个数N1、N2、N3;拉力 FTOA、FTOB、 FTOC的方向考题 4 探究加速度
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