高考二輪復(fù)習(xí)物理課件第一編核心專題突破專題7物理實驗第一講力學(xué)實驗

第一講力學(xué)實驗1通覽主干知識2研學(xué)核心考點目錄索引

3突破熱考命題1通覽主干知識2研學(xué)核心考點考點一紙帶類和光電門類實驗分層突破——明要點命題角度1探究小車速度隨時間變化的規(guī)律(1)根據(jù)一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,測出不同時刻的瞬時速度,然后繪制v-t圖像,分析運動規(guī)律。(2)根據(jù)紙帶用逐差法直接測量加速度或由v-t圖像斜率求加速度。充分利用數(shù)據(jù),減小誤差

命題角度2探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(1)平衡阻力,墊高長木板使不掛槽碼的小車能勻速下滑,不用重復(fù)平衡阻力。(2)實驗必須保證的條件:小車質(zhì)量m?槽碼質(zhì)量m'。特別提醒一定理解實驗原理,有些創(chuàng)新實驗方案中不需要滿足以上兩條。命題角度3驗證機械能守恒定律(1)豎直安裝打點計時器,以減少摩擦力。(2)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。(3)選取第1、2兩點間距離接近2mm的紙帶,用mgh=mv2進行驗證。

命題角度4驗證動量守恒定律(1)利用氣墊導(dǎo)軌和光電門測出物體碰撞前后的速度,驗證的表達式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'或m1v1=(m1+m2)v2。(2)利用等長擺球完成一維碰撞,測出擺球速度,驗證的表達式:m1v1=m1v1'+m2v2'。(3)利用斜槽滾球水平射程的測量,驗證的表達式:m1lOP=m1lOM+m2lON。深化拓展1.紙帶問題的兩個關(guān)鍵點(1)區(qū)分計時點和計數(shù)點:計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點,計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點。要注意“每五個點取一個計數(shù)點”與“每隔四個點取一個計數(shù)點”的取點方法是一樣的。(2)涉及打點計時器的實驗均是先接通打點計時器的電源,待打點穩(wěn)定后,再釋放紙帶。不一定“每五個點”2.紙帶數(shù)據(jù)的處理方法

典例剖析例1

(命題角度4)(2023遼寧卷)某同學(xué)為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律,設(shè)計了如下實驗:用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段,選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗。圖(a)圖(b)測量硬幣的質(zhì)量,得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2),將硬幣甲放置在斜面上某一位置,標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲,當(dāng)甲停在水平面上某處時,測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側(cè)與O點重合,將甲放置于B點由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON,保持釋放位置不變,重復(fù)實驗若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實驗中,甲選用的是

(選填“一元”或“一角”)硬幣;

(2)碰撞前,甲到O點時速度的大小可表示為

(設(shè)硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g);

一元

(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒,則

=

(用m1和m2表示),然后通過測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒;

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差,計算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1,寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因:

。

存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點等

解析

(1)甲碰撞乙,為了使碰撞后甲的速度方向不變,則甲的質(zhì)量應(yīng)該大于乙的質(zhì)量,已知一元硬幣的質(zhì)量大于一角硬幣的質(zhì)量,所以甲選用的是一元硬幣。(2)對甲,從O到P做勻減速直線運動,設(shè)甲到O

點時的速度大小為v0,加速度(4)存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點等。

分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度4)(2022浙江1月選考)探究碰撞中的不變量的實驗裝置如圖所示,阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B,給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B,小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。(1)實驗應(yīng)進行的操作有

。

A.測量滑軌的長度B.測量小車的長度和高度C.碰撞前將滑軌調(diào)成水平C(2)下表是某次實驗時測得的數(shù)據(jù):A的質(zhì)量/kgB的質(zhì)量/kg碰撞前A的速度大小/(m·s-1)碰撞后A的速度大小/(m·s-1)碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知,碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動量大小是_________

kg·m/s。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

0.200解析

(1)碰撞前將滑軌調(diào)成水平,保證碰撞前后A、B兩車做勻速直線運動即可,沒有必要測量滑軌的長度和小車的長度、高度,故選C。(2)由表中數(shù)據(jù)可知小車A的質(zhì)量小于小車B的質(zhì)量,則碰后小車A反向運動,設(shè)碰前小車A的運動方向為正方向,則可知碰后系統(tǒng)的總動量大小為p'=mBvB-mAvA',解得p'=0.200

kg·m/s。2.(命題角度1、2)(2022浙江6月選考)(1)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗裝置如圖1所示,長木板水平放置,細(xì)繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分,以計數(shù)點O為位移測量起點和計時起點,則打計數(shù)點B時小車位移大小為

cm。由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點,求得加速度為

m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

圖1圖26.20

1.9(2)利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗,需調(diào)整的是

。

A.換成質(zhì)量更小的車B.長木板的傾斜程度C.把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D.改變連接小車的細(xì)繩與長木板的夾角圖3BC解析

(1)依題意,打計數(shù)點B時小車位移大小為6.20

cm,考慮到偶然誤差,6.15~6.25

cm均可;由圖3中小車運動的數(shù)據(jù)點,有

a=

m/s2=1.9

m/s2,考慮到偶然誤差,1.7~2.1

m/s2均可。(2)利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時,需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量,所以不需要換質(zhì)量更小的車,A錯誤;利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時,需要利用小車的重力沿斜面向下的分力平衡其摩擦力,所以需要將長木板安裝打點計時器一端適當(dāng)墊高一些,B正確;以系統(tǒng)為研究對象,依題意“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實知m1≈4m2,而利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時要保證所懸掛質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,即m2?m1,可知目前實驗條件不滿足,所以利用當(dāng)前裝置在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時,需將鉤碼更換成砝碼盤和砝碼,以滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于所懸掛物體的質(zhì)量,C正確;實驗過程中,連接砝碼盤和小車的細(xì)繩需跟長木板始終保持平行,與之前的相同,D錯誤。練模擬·提能力1.(命題角度2)(2023山東臨沂一模)某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗證小車加速度與力的關(guān)系。小車通過輕繩與鉤碼相連,固定在小車上的擋光片寬度為d,光電門固定在軌道上。實驗時,將小車從某一位置由靜止釋放,通過光電門測出擋光片的擋光時間Δt,實驗中小車從同一位置由靜止釋放,記錄彈簧測力計的示數(shù)F。改變動滑輪下懸掛的鉤碼個數(shù),進行多次測量,測得多組Δt和F,根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系-F中,得到如圖乙所示的點和一條過原點的直線。甲

乙(1)下列關(guān)于該實驗的說法正確的是

;

A.實驗操作過程中需要適度抬高軌道的左端來平衡摩擦力B.該實驗中,鉤碼的質(zhì)量需遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量C.小車加速時,彈簧測力計的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半D.在誤差允許的范圍內(nèi),小車加速度與懸掛的鉤碼所受的重力大小的一半成正比AC(2)在實驗操作完全正確的情況下,若小車的位移為x,小車的質(zhì)量為m,請寫出

關(guān)于F的函數(shù)表達式

;

(3)該同學(xué)實驗后發(fā)現(xiàn)圖像在縱軸上有一正截距,原因可能是

。

平衡摩擦力過度

解析

(1)為了使彈簧測力計的讀數(shù)等于小車所受的合力,實驗操作過程中需要適度抬高軌道的左端來平衡摩擦力,A正確;該實驗中,由于有彈簧測力計測量小車的拉力,則不需要鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,B錯誤;小車加速時,鉤碼失重,則彈簧測力計的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,C正確;由于彈簧測力計的示數(shù)小于所掛鉤碼所受重力大小的一半,則小車加速度與懸掛的鉤碼所受的重力大小的一半不是成正比,D錯誤。(3)圖線在縱軸上有一正截距,說明沒有加力F時,小車已經(jīng)運動,據(jù)此可知木板一端抬得過高,小車平衡摩擦力過度。2.(命題角度3)一學(xué)習(xí)小組利用給定的器材驗證機械能守恒定律,步驟如下:(1)分別測量給定的兩物塊的質(zhì)量,質(zhì)量大的為物塊1,其質(zhì)量記為m1;質(zhì)量小的為物塊2,其質(zhì)量記為m2。(2)按圖甲所示組裝器材:物塊1、2由跨過輕質(zhì)定滑輪的細(xì)繩連接,物塊2下端與打點計時器紙帶相連,初始時,托住物塊1,兩物塊保持靜止,且紙帶豎直繃緊,打點計時器所用的交流電源頻率為50Hz,相鄰兩次打點的時間間隔記為Δt。(3)接通打點計時器的電源,釋放物塊1,兩物塊開始運動,打出的紙帶中的一段經(jīng)整理后如圖乙所示,每兩個相鄰的點之間還有4個打出的點未畫出,將相鄰點的間距依次記為s1、s2、s3、s4和s5,測量并記下它們的大小。(4)利用上述表示各物理量的符號和重力加速度的大小g完成下列填空:在打出圖乙中B點時,物塊的運動速度大小為

;從打出B點到打出E點,系統(tǒng)動能增加量為ΔEk=

,系統(tǒng)的重力勢能減少量為ΔEp=

。

(s2+s3+s4)(m1-m2)g(5)該小組的實測數(shù)據(jù)為m1=0.250kg,m2=0.200kg,s1=16.4mm,s2=27.2mm,s3=39.8mm,s4=49.6mm,s5=59.0mm,取g=9.80m/s2,則ΔEk=

J,ΔEp=

J,兩者的相對偏差δ==

%,如果δ<5%,則可認(rèn)為本實驗驗證了機械能守恒定律。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(6)寫出一條本實驗產(chǎn)生實驗誤差的原因:______________________________________________________________

。

0.0560.0571.8繩與輪、打點計時器與紙帶有摩擦消耗掉一定能量,繩子、紙帶動能勢能變化沒有計入等(6)繩與輪、打點計時器與紙帶有摩擦消耗掉一定能量,繩子、紙帶動能勢能變化沒有計入,等等。考點二彈簧、橡皮條實驗分層突破——明要點命題角度1探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系(1)安裝:按照原理裝置圖安裝實驗儀器。(2)操作:彈簧豎直懸掛,待鉤碼靜止時測出彈簧長度。(3)作圖:坐標(biāo)軸標(biāo)度要適中,單位要標(biāo)注,連線時要通過盡可能多的數(shù)據(jù)點,不能通過的數(shù)據(jù)點均勻分布在圖線的兩側(cè),明顯偏離圖線的點要舍去。深化拓展

兩種非常規(guī)圖像分析(1)圖像發(fā)生彎曲:懸掛鉤碼數(shù)量過多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出了其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲,如圖所示。(2)截距不為零:水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,故圖像橫軸截距不為零,如圖所示。命題角度2探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律(1)等效:同一次實驗中兩次把橡皮條拉長后的結(jié)點O位置必須保持不變。合力、分力等效替代

(2)拉力:沿彈簧測力計軸線方向拉(與板面平行),橡皮條、彈簧測力計和細(xì)繩套與紙面平行;兩分力F1、F2的夾角不要太大或太小。(3)記錄:記下每次各力的大小和方向,標(biāo)記方向的兩點適當(dāng)遠(yuǎn)些。(4)作圖:選定比例要相同,嚴(yán)格按力的圖示要求作平行四邊形求合力。典例剖析例2

(命題角度2)驗證力的平行四邊形定則的實驗如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點,OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示。(1)本實驗采用的科學(xué)方法是

;

A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法(2)圖乙中的F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是

;

BF'(3)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是

。

A.拉橡皮筋的細(xì)繩短一些,實驗效果較好B.拉橡皮筋時,彈簧測力計、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C.橡皮筋彈性要好,拉結(jié)點到達某一位置O時,拉力F1和F2的夾角越大越好D.在同一實驗中O點位置不能變BD解析

(1)本實驗用一根彈簧的拉力代替兩根彈簧的拉力作用效果,采用等效替代法,故選B。(2)F是通過作圖的方法得到的合力的理論值,在平行四邊形的對角線上,而F'是通過一個彈簧測力計沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到O點的力,其方向一定沿AO方向。(3)在實驗中要減小拉力方向的誤差,應(yīng)讓標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點盡量遠(yuǎn)些,故細(xì)繩應(yīng)該長一些,A錯誤;該實驗是在白紙中作圖,作出的是水平力的圖示,若拉力傾斜,則作出圖的方向與實際力的方向有較大差別,故應(yīng)使各力盡量與木板平面平行,B正確;兩個拉力的夾角過大,合力會過小,畫理論值時相對誤差變大,故夾角大小適中即可,不宜太大或太小,但要保證力的作用效果即O點位置不能變,C錯誤,D正確。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(2022湖南卷)小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等,設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置,測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下:(1)查找資料,得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g。(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋,測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度l,記錄數(shù)據(jù)如下表:序號12345硬幣數(shù)量n/枚510152025橡皮筋長度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙上描點,繪制圖線:乙

答案

如圖所示

(4)取出全部硬幣,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖丙所示,此時橡皮筋的長度為

cm。

丙

(5)由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為

g(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

15.35127解析

(4)由題圖丙可知,刻度尺的分度值為1

mm,讀數(shù)為15

cm+3.5

mm=153.5

mm=15.35

cm。(5)設(shè)橡皮筋的勁度系數(shù)為k,原長為x0,則n1mg=k(x1-x0)n5mg=k(x5-x0)設(shè)冰墩墩質(zhì)量為m1,則有m1g=k(l-x0)聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)解得m1=127

g。2.(命題角度2)(2022浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖所示,在該實驗中:(1)下列說法正確的是

;

A.拉著細(xì)繩套的兩只彈簧測力計,穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B.在已記錄結(jié)點位置的情況下,確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點C.測量時彈簧測力計外殼與木板之間不能存在摩擦D.測量時,橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計應(yīng)貼近并平行于木板(2)若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗至少需要

(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點拉到O。

D3解析

(1)在不超出彈簧測力計的量程和橡皮條形變限度的條件下,使拉力適當(dāng)大些,不必使兩只彈簧測力計的示數(shù)相同,A錯誤;在已記錄結(jié)點位置的情況下,確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個點就可以了,B錯誤;實驗中拉彈簧測力計時,只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦,此時彈簧測力計的示數(shù)即為彈簧對細(xì)繩的拉力,與彈簧測力計外殼和木板之間是否存在摩擦無關(guān),C錯誤;為了減小實驗中摩擦對測量結(jié)果的影響,拉橡皮條時,橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計應(yīng)貼近并平行于木板,D正確。(2)若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗,用手拉住一條細(xì)繩,用彈簧測力計拉住另一條細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使其結(jié)點達到某一點O,記下位置O和彈簧測力計示數(shù)F1及兩個拉力的方向;交換彈簧測力計和手所拉細(xì)繩的位置,再次將結(jié)點拉至O點,使兩力的方向與原來兩力方向相同,并記下此時彈簧測力計的示數(shù)F2;只用一個彈簧測力計將結(jié)點拉至O點,并記下此時彈簧測力計的示數(shù)F的大小及方向。所以若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗至少需要3次把橡皮條結(jié)點拉到O。練模擬·提能力(命題角度1)(2023福建龍巖高三質(zhì)檢)某實驗小組要測量彈簧的勁度系數(shù),他們利用智能手機中自帶的定位傳感器設(shè)計了如圖所示的實驗,手機軟件中的“定位”功能可以測量手機豎直方向的位移(以打開定位傳感器時手機的位置為初位置)。(1)實驗小組進行了如下主要的實驗步驟,正確的順序是

。

A.按圖安裝實驗器材,彈簧上端固定在橫桿上,下端與手機連接,手機重心和彈簧在同一豎直線上;B.在手機下方懸掛一個鉤碼,緩慢釋放,當(dāng)手機和鉤碼靜止時記錄下手機下降的位移x;C.在坐標(biāo)紙圖中描點作出n-x圖像,如圖所示;D.手托著手機緩慢下移,手離開手機,手機靜止時,打開手機中的定位傳感器;E.改變鉤碼個數(shù)n,重復(fù)上述操作,記錄相應(yīng)的位移x,數(shù)據(jù)如表格所示。

鉤碼個數(shù)n123456手機位移x/cm0.982.023.013.985.015.99答案

ADBEC(2)已知每個鉤碼的質(zhì)量為50g,重力加速度g取9.8m/s2,由圖像可以求得彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。

(3)實驗中未考慮手機重力使彈簧伸長,這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果

(選填“有”或“無”)影響,說明理由___________________________

。

49無勁度系數(shù)是通過圖像斜率與每個鉤碼重力的乘積得到的

解析

(1)根據(jù)題意,由實驗原理可知,本實驗通過改變鉤碼的數(shù)量來改變彈簧的彈力,通過手機的定位傳感器確定彈簧的形變量,通過作圖的方法得到彈簧的勁度系數(shù),則正確的實驗步驟為ADBEC。(3)由上述分析可知,彈簧的勁度系數(shù)是通過圖像的斜率與每個鉤碼重力的乘積得到的,則手機重力使彈簧伸長,這對彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果無影響。考點三力學(xué)其他實驗分層突破——明要點命題角度1探究平拋運動的特點利用運動的分解,化曲為直,分別研究兩個方向的分運動。命題角度2探究向心力與半徑、質(zhì)量、角速度的關(guān)系(1)實驗方法:控制變量法。(2)實驗原理:Fn=mrω2。命題角度3用單擺測量重力加速度的大小(1)先測量單擺周期和擺長。懸點到小球球心的距離

典例剖析例3

(命題角度3)(2023湖南岳陽二模)有兩個同學(xué)利用假期分別去參觀位于北京和廣州的物理實驗室,各自探究了“單擺的周期T與擺長L的關(guān)系”。(1)單擺振動的回復(fù)力是

。

A.擺球所受的重力B.擺球重力在垂直擺線方向上的分力C.擺線對擺球的拉力D.擺球所受重力和擺線對擺球拉力的合力(2)用游標(biāo)卡尺測量小球直徑D如圖甲所示,其讀數(shù)為

mm。

甲

B10.60(3)兩位同學(xué)測量出A、B兩個單擺的多組周期T、擺長L的數(shù)值后,用計算機繪制了A、B的T2-L圖像如圖乙所示,并繪制了A、B兩個單擺的某次振動圖像(如圖丙所示),由此可知,兩單擺擺長之比

=

。

乙

丙解析

(1)對擺球受力分析可知,重力沿擺線方向的分力與擺線對擺球拉力的合力為擺球做圓周運動提供向心力,重力垂直于擺線方向的分力為單擺的回復(fù)力,B正確,A、C、D錯誤。(2)由圖可知,游標(biāo)卡尺分度值為0.05

mm,主尺讀數(shù)為10

mm,游標(biāo)尺第12刻線與主尺刻線對齊,所以游標(biāo)卡尺讀數(shù)為10

mm+12×0.05

mm=10.60

mm。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(2022浙江1月選考)在“研究平拋運動”實驗中,以小鋼球離開軌道末端時球心位置為坐標(biāo)原點O,建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處由靜止釋放,使其水平拋出,通過多次描點可繪出小球做平拋運動時球心的軌跡,如圖所示。在軌跡上取一點A,讀取其坐標(biāo)(x0,y0)。(1)下列說法正確的是

。

A.實驗所用斜槽應(yīng)盡量光滑B.畫軌跡時應(yīng)把所有描出的點用平滑的曲線連接起來C.求平拋運動初速度時應(yīng)讀取軌跡上離原點較遠(yuǎn)的點的數(shù)據(jù)C(2)根據(jù)題目所給信息,小球做平拋運動的初速度大小v0=

。

(3)在本實驗中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是

。

D確保多次運動的軌跡相同解析

(1)只要保證小球每次從同一位置由靜止釋放,到達斜槽末端的速度大小都相同,與實驗所用斜槽是否光滑無關(guān),A錯誤;畫軌跡時應(yīng)舍去誤差較大的點,把誤差小的點用平滑的曲線連接起來,B錯誤;求平拋運動初速度時應(yīng)讀取軌跡上離原點較遠(yuǎn)的點的數(shù)據(jù),便于減小讀數(shù)產(chǎn)生的偶然誤差,C正確。(3)小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達斜槽末端的速度大小都相同,從而能確保多次運動的軌跡相同。2.(命題角度3)(2023全國新課標(biāo)卷)一學(xué)生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。(1)用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先,調(diào)節(jié)螺旋測微器,擰動微調(diào)旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時,發(fā)現(xiàn)固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊,如圖(a)所示,該示數(shù)為

mm;螺旋測微器在夾有擺球時示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為

mm,則擺球的直徑為

mm。

0.00620.03520.029(2)單擺實驗的裝置示意圖如圖(c)所示,其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處,擺線在角度盤上所指的示數(shù)為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方,則擺線在角度盤上所指的示數(shù)為5°時,實際擺角

(選填“大于”或“小于”)5°。

(3)某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50cm,則擺長為

cm。實驗中觀測到從擺球第1次經(jīng)過最低點到第61次經(jīng)過最低點的時間間隔為54.60s,則此單擺周期為

s,該小組測得的重力加速度大小為

m/s2。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字,π2取9.870)

大于82.51.829.83解析

(1)讀數(shù)x1=0.006

mm,讀數(shù)x2=20.035

mm,擺球的直徑為x=x2-x1=20.029

mm。(2)若固定在O點的上方,則擺線和刻度盤的交點靠向內(nèi)側(cè),如圖所示,故擺線示數(shù)為5°時,實際擺角大于5°。練模擬·提能力(命題角度2)(2023山東日照一模)某物理興趣小組利用傳感器進行“探究向心力大小F與半徑r、角速度ω、質(zhì)量m的關(guān)系”實驗,實驗裝置如圖甲所示,裝置中水平光滑直桿能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動,將滑塊套在水平直桿上,用細(xì)線將滑塊與固定的力傳感器連接。當(dāng)滑塊隨水平光滑直桿一起勻速轉(zhuǎn)動時,細(xì)線的拉力提供滑塊做圓周運動的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得,滑塊轉(zhuǎn)動的角速度可以通過角速度傳感器測得。甲

(1)小組同學(xué)先讓一個滑塊做半徑r為0.20m的圓周運動,得到圖乙中②圖線。然后保持滑塊質(zhì)量不變,再將運動的半徑r分別調(diào)整為0.14m、0.16m、0.18m、0.22m,在同一坐標(biāo)系中又分別得到圖乙中⑤、④、③、①四條圖線。乙

(2)本實驗所采用的實驗探究方法與下列哪些實驗是相同的

。

A.探究平拋運動的特點B.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系C.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律D.探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(3)對②圖線的數(shù)據(jù)進行處理,獲得了F-x圖像,如圖丙所示,該圖像是一條過原點的直線,則圖像橫坐標(biāo)x代表的是

。(用半徑r、角速度ω、質(zhì)量m表示)

丙

BDω2解析

(2)本實驗所采用的實驗探究方法是保持滑塊質(zhì)量不變,探究運動半徑在不同值時,滑塊的向心力大小與角速度之間的關(guān)系,屬于控制變量法,與“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗的探究方法相同;“探究平拋運動的特點”和“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”兩實驗的探究方法是等效法。故選B、D。(3)

②圖線中各圖線均為曲線,對②圖線的數(shù)據(jù)進行分析可以看出,當(dāng)ω增大為原來的2倍時,F增大為原來的4倍,當(dāng)ω增大為原來的3倍時,F增大為原來的9倍……可知,F與ω2成正比,以F為縱軸,ω2為橫軸,則圖像是一條過原點的直線,故圖丙圖像橫坐標(biāo)x代表的是ω2。3突破熱考命題創(chuàng)新實驗:力學(xué)創(chuàng)新類實驗歸納分析知識精要對于創(chuàng)新型實驗的處理,最根本的方法是要把實驗的本質(zhì)從新情境中分離出來,找出與常規(guī)實驗的相同之處,然后運用熟悉的實驗原理和實驗數(shù)據(jù)處理方法進行處理,解決此類問題要有“以不變應(yīng)萬變”的策略:(1)根據(jù)題目情境,提取相應(yīng)的力學(xué)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)用原理公式或圖像法處理實驗數(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?？枷蚍治?.實驗器材的等效與替換。常見的考查模式主要有兩大類:一是不變目的,變裝置;二是不變裝置,變目的。2.實驗原理的拓展與延伸。該類實驗的特點是題目來源于教材,但又高于教材,實驗的基本原理和思想方法是考查的核心,要解決此類實驗問題,應(yīng)從背誦實驗向分析理解實驗轉(zhuǎn)變。3.試題情境的設(shè)計與創(chuàng)新。不管試題情境的設(shè)計進行了怎樣的創(chuàng)新,其考查的實驗原理和實驗處理方法仍然不變。案例探究例題(2022山東卷)在天宮課堂中,我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實驗。受此啟發(fā),某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計了測量物體質(zhì)量的實驗,如圖甲所示。主要步驟如下:①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上,加速度傳感器固定在滑塊上。②接通氣源,放上滑塊,調(diào)平氣墊導(dǎo)軌。甲

③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點,A點到O點的距離為5.00cm,拉動滑塊使其左端處于A點,由靜止釋放并開始計時。④計算機采集獲取數(shù)據(jù),得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像,部分圖像如圖乙所示。乙

丙回答以下問題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字):(1)彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。

(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時刻F與a的數(shù)據(jù),畫出a-F圖像如圖丙中

Ⅰ

所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為

kg。

(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測物體,重復(fù)上述實驗步驟,在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ,則待測物體的質(zhì)量為

kg。

120.200.13思維拓展本題這一類問題創(chuàng)新之處常常有下列幾種情況。

實驗方法創(chuàng)新思維實驗原理將研究運動物體轉(zhuǎn)化為研究靜止物體利用F彈=Ff=μFN求μ讓物塊先做加速運動,當(dāng)重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運動減速運動中,利用逐差法求加速度,利用F=μmg=ma進一步求μ實驗方法創(chuàng)新思維實驗原理將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為角度的測量利用a=gsin

θ-μgcos

θ求μ(a通過逐差法求解)將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為加速度的測量利用

=2ax求加速度,再利用動力學(xué)知識得到μ角度拓展1(2022湖北卷)某同學(xué)設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器,另一端連接小鋼球,如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放,使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動,記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Fmax和最小值Fmin。改變小鋼球的初始釋放位置,重復(fù)上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Fmax-Fmin圖像是一條直線,如圖乙所示。甲

乙

(1)若小鋼球擺動過程中機械能守恒,則圖乙中直線斜率的理論值為

。

(2)由圖乙得:直線的斜率為

,小鋼球的重力為

N。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

(3)該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是

。

A.小鋼球擺動角度偏大B.小鋼球初始釋放位置不同C.小鋼球擺動過程中有空氣阻力-2-2.10.59C解析

(1)設(shè)初始位置時,細(xì)線與豎直方向夾角為θ,則細(xì)線拉力最小值為

聯(lián)立可得Fmax=3mg-2Fmin,即若小鋼球擺動過程中機械能守恒,則圖乙中直線斜率的理論值為-2。(3)該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是小鋼球擺動過程中有空氣阻力,使得機械能減小,故選C。角度拓展2(2022廣東卷)某實驗小組為測量小球從某一高度釋放,與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失,設(shè)計了如圖甲所示的裝置,實驗過程如下:甲

乙(1)讓小球從某一高度由靜止釋放,與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置,使小球從光電門正上方釋放后,在下落和反彈過程中均可通過光電門。(2)用螺旋測微器測量小球的直徑,示數(shù)如圖乙所示,小球直徑d=________

mm。

(3)測量時,應(yīng)

(選填“A”或“B”,其中A為“先釋放小球,后接通數(shù)字計時器”,B為“先接通數(shù)字計時器,后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時間t1和t2。

(4)計算小球通過光電門的速度,已知小球的質(zhì)量為m,可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機械能損失ΔE=

(用字母m、d、t1和t2表示)。

(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度,將會

(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差。

7.884B增大解析

(2)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則得小球的直徑為d=7.5

mm+38.4×0.01

mm=7.884

mm考慮到偶然誤差,7.883

mm也可以。(3)在測量時,因小球下落時間很短,如果先釋放小球,可能會出現(xiàn)時間記錄不完整的情況,所以應(yīng)