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第11講力學(xué)實驗 1 2014 新課標(biāo)全國卷 22 某同學(xué)利用圖1 a 所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖 如圖 b 所示 實驗中小車 含發(fā)射器 的質(zhì)量為200g 實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪 小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機(jī)得到 回答下列問題 圖1 1 根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果 小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 填 線性 或 非線性 關(guān)系 2 由圖 b 可知 a m圖線不經(jīng)過原點 可能的原因是 3 若利用本實驗裝置來驗證 在小車質(zhì)量不變的情況下 小車的加速度與作用力成正比 的結(jié)論 并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力 則實驗中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是 鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 解析 1 把圖 b 中的點用平滑線連接后 可以看出 a m圖線是曲線即非線性 2 由圖象可知 小車受到鉤碼的拉力作用 但加速度仍為零 可能的原因是小車還受到摩擦力的作用 3 改進(jìn)措施 第一圖線不過原點 要平衡摩擦力 所以調(diào)整軌道的傾斜度 第二 要使小車受到合外力等于鉤碼的重力 要求鉤碼質(zhì)量不能太大 即遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 答案 1 非線性 2 存在摩擦力 3 調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 2 2014 新課標(biāo)全國卷 23 某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度 圈數(shù) 的關(guān)系 實驗裝置如圖2所示 一均勻長彈簧豎直懸掛 7個指針P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6分別固定在彈簧上距懸點0 10 20 30 40 50 60圈處 通過旁邊豎直放置的刻度尺 可以讀出指針的位置 P0指向0刻度 設(shè)彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質(zhì)量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示 n為彈簧的圈數(shù) 取重力加速度為9 80m s2 圖2 已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60 整個彈簧的自由長度為11 88cm 圖3 3 圖3中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點 若從實驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧 該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k N m 該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0 單位為m 的關(guān)系的表達(dá)式為k N m 答案 1 81 7 0 0122 2 如圖所示 3 2015 新課標(biāo)全國卷 22 某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗 所用器材有 玩具小車 壓力式托盤秤 凹形橋模擬器 圓弧部分的半徑為R 0 20m 圖4 完成下列填空 1 將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上 如圖4 a 所示 托盤秤的示數(shù)為1 00kg 2 將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時 托盤秤的示數(shù)如圖 b 所示 該示數(shù)為 kg 3 將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放 小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè) 此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m 多次從同一位置釋放小車 記錄各次的m值如下表所示 4 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為 N 小車通過最低點時的速度大小為 m s 重力加速度大小取9 80m s2 計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 答案 2 1 40 4 7 91 4 4 2015 新課標(biāo)全國卷 22 某同學(xué)用圖5 a 所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù) 已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz 物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖 b 所示 圖中標(biāo)出了五個連續(xù)點之間的距離 圖5 1 物塊下滑時的加速度a m s2 打C點時物塊的速度v m s 2 已知重力加速度大小為g 為求出動摩擦因數(shù) 還必須測量的物理量是 填正確答案標(biāo)號 A 物塊的質(zhì)量B 斜面的高度C 斜面的傾角 答案 1 3 251 79 2 C 主要題型 填空題知識熱點 1 命題規(guī)律從近三年高考對力學(xué)實驗的考查 處處滲透著新課程信息 試題 來源于教材而不拘泥于教材 試題側(cè)重對學(xué)生獨立完成實驗的能力的考查 實驗命題并不回避學(xué)生做過的經(jīng)典實驗 只是在經(jīng)典實驗基礎(chǔ)上做有限的變化 考查學(xué)生獨立解決新問題的能力和知識遷移能力 體現(xiàn)新課程倡導(dǎo)的三維目標(biāo) 2 題型特點 常規(guī)實驗題 該小題命題立足教材 側(cè)重考查完成實驗的能力 涉及基本儀器的使用 含讀數(shù) 實驗原理和測量方法的理解 實驗條件的控制 實驗步驟的編排 實驗數(shù)據(jù)的處理 實驗誤差的分析 能力遷移題 該命題立足遷移 側(cè)重考查設(shè)計簡單實驗方案的能力 突出實驗原理的遷移 測量方法的遷移 數(shù)據(jù)處理方法的遷移 圖象法和平均值法 等 創(chuàng)新實驗題 新 可以更加有效地考查學(xué)生分析問題的能力 區(qū)分度也很明顯 其實這類題依然是以實驗基礎(chǔ)為依據(jù) 只不過在新的背景 新的命題方式下進(jìn)行考查 考向一 紙帶類 實驗 一套裝置 一條紙帶串聯(lián)力學(xué)四個實驗 1 驗證牛頓第二定律 用圖甲所示的裝置做 驗證牛頓第二定律 的實驗 1 為了減小長木板對小車摩擦力的影響 必須在長木板 選填 遠(yuǎn)離 或 靠近 滑輪的一端下面墊一木塊來平衡摩擦力 接通電火花計時器電源 輕推小車 讓小車拖著紙帶運動 如果打出的紙帶如圖乙所示 則應(yīng) 選填 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 為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量關(guān)系 必須采用 法 3 A同學(xué)在小車所受合外力不變時 改變小車的質(zhì)量 得到的數(shù)據(jù)如下表所示 丙 圖6 答案 1 遠(yuǎn)離 減小 間隔相等 均勻 2 控制變量 3 如圖所示 在物體受外力不變時 物體的加速度與其質(zhì)量成反比 0 06N 2 探究小車速度隨時間的變化規(guī)律 2015 嘉興市高三教學(xué)測試 1 如圖7所示為 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 的實驗裝置圖 按照實驗要求應(yīng)該 圖7 A 先釋放小車 再接通電源B 先接通電源 再釋放小車C 同時釋放小車和接通電源 2 本實驗必須 A 要平衡摩擦力B 要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C 上述兩項要求都不需要 3 如圖8為在 探究小車速度隨時間的變化規(guī)律 實驗中 得到的紙帶 從中確定五個計數(shù)點 量得d1 8 00cm d2 17 99cm d3 30 00cm d4 44 01cm 每相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0 1s 則打C點時小車的速度vC m s 小車的加速度a m s2 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 圖8 答案 1 B 2 C 3 1 12 0 3 探究動能定理 某物理興趣小組利用如圖9所示的裝置 將質(zhì)量為m 1 5kg的鉤碼P與質(zhì)量為M 5 0kg的小車Q組成的系統(tǒng)作為研究對象來驗證動能定理 其實驗步驟如下 重力加速度g取10m s2 圖9 A 將一端帶滑輪的木板放在水平桌面上 有滑輪的一端伸出桌邊沿B 在木板不帶滑輪的一端安裝打點計時器 用導(dǎo)線將打點計時器跟頻率為50Hz的交流電源相連C 將小車Q放在木板上打點計時器的附近 紙帶穿過打點計時器的限位孔并與小車相連D 細(xì)繩的一端與小車Q相連 另一端跨過滑輪與鉤碼P相連E 接通打點計時器后釋放小車Q 打點計時器在紙帶上打下一系列點如圖10所示 圖中A B C H是計數(shù)點 每相鄰兩個計數(shù)點間有4個記錄點未標(biāo)出 設(shè)紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之的時間間隔為T 1 紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔T s 2 由圖10所示的紙帶 通過分析計算可知 小車Q運動中受到的阻力f N 3 從打點計時器打下B點到打下C點的過程中 對鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng) 合外力做的功為W 用M m g f T s1 s2 s3 中的相關(guān)符號表示 鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)動能的改變量 Ek 用M m g f T s1 s2 s3 中的相關(guān)符號表示 4 該實驗中 每次實驗所求得的W都略大于 Ek 引起該實驗誤差的原因是 只需填寫一個即可 圖10 4 根據(jù)實驗原理分析 W略大于 Ek的原因有 鉤碼P下落過程中受到空氣的阻力 計算過程中忽略了滑輪的質(zhì)量即滑輪獲得的動能 滑輪轉(zhuǎn)動過程中受到軸 空氣的阻力等 4 驗證機(jī)械能守恒定律 某同學(xué)利用如圖11所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 圖11 1 現(xiàn)提供如下器材 A 小車B 鉤碼C 一端帶滑輪的長木板D 細(xì)繩E 電火花打點計時器F 紙帶G 毫米刻度尺H 游標(biāo)卡尺I 低壓交流電源J 220V交流電源實驗中不需要的器材是 填寫器材前的字母 還需要的器材是 2 為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響 使驗證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確 則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足 3 小明和小軍同學(xué)在做該實驗時 小明認(rèn)為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了 無須滿足 2 問中小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系 而小軍卻否認(rèn)小明的看法 你認(rèn)為小明的看法 選填 正確 或 不正確 理由是 4 兩位同學(xué)統(tǒng)一觀點后完成實驗 得到一條紙帶 去掉前面比較密集的點 選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點 標(biāo)號為0 6 測出相關(guān)距離如圖12所示 要驗證在第2點與第5點時系統(tǒng)的機(jī)械能相等 則應(yīng)滿足關(guān)系式 設(shè)小車質(zhì)量M 鉤碼質(zhì)量m 打點周期為T 圖12 解析 1 實驗不需要游標(biāo)卡尺 距離由刻度尺測量 電火花計時器直接使用220V交流電源 不需要低壓交流電源 不需要的器材是H I 還需要天平測量鉤碼的質(zhì)量 2 為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響 使驗證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確 則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足M m 這樣能使摩擦力做的功相對少些 以減少機(jī)械能的損失 3 小明的看法不正確 因為平衡摩擦力后 摩擦力還做負(fù)功 系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 考向二 橡皮條 彈簧 類實驗 1 2015 四川理綜 8 1 某同學(xué)在 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 時 安裝好實驗裝置 讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊 在彈簧下端掛1個鉤碼 靜止時彈簧長度為l1 如圖13所示 圖14是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺 最小分度是1毫米 上位置的放大圖 示數(shù)l1 cm 在彈簧下端分別掛2個 3個 4個 5個相同鉤碼 靜止時彈簧長度分別是l2 l3 l4 l5 已知每個鉤碼質(zhì)量是50g 掛2個鉤碼時 彈簧彈力F2 N 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 要得到彈簧伸長量x 還需要測量的是 作出F x曲線 得到彈力與彈簧伸長量的關(guān)系 解析刻度尺示數(shù)為25 85cm 注意估讀 掛2個鉤碼時 彈簧彈力等于此時鉤碼的重力 即F 2mg 0 98N 由于伸長量等于彈簧的長度減去原長 因此要得到伸長量 還需要測量彈簧原長 答案25 850 98彈簧原長 圖13圖14 2 2015 安徽理綜 21 在 驗證力的平行四邊形定則 實驗中 某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上 將橡皮條的一端固定在板上一點 兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端 用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細(xì)繩套 互成角度地施加拉力 使橡皮條伸長 結(jié)點到達(dá)紙面上某一位置 如圖15所示 請將以下的實驗操作和處理補(bǔ)充完整 圖15 用鉛筆描下結(jié)點位置 記為O 記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2 沿每條細(xì)繩 套 的方向用鉛筆分別描出幾個點 用刻度尺把相應(yīng)的點連成線 只用一個彈簧測力計 通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置O 記錄測力計的示數(shù)F3 按照力的圖示要求 作出拉力F1 F2 F3 根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F 比較 的一致程度 若有較大差異 對其原因進(jìn)行分析 并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實驗 解析 此步驟中應(yīng)記錄此時拉力的大小和方向 結(jié)合 的操作 中橫線應(yīng)填寫 沿此時細(xì)繩 套 的方向用鉛筆描出幾個點 用刻度尺把這些點連成直線 要驗證平行四邊形定則 需要比較F與F3的大小 方向是否一致 故 中橫線應(yīng)填寫F和F3答案 沿此時細(xì)繩 套 的方向用鉛筆描出幾個點 用刻度尺把這些點連成直線 F和F3 3 利用如圖16甲所示裝置做 探究彈力和彈簧伸長量關(guān)系的實驗 所用的鉤碼質(zhì)量均為30g 實驗中 先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度 再將4個鉤碼逐個加掛在彈簧下端 每次掛完鉤碼待彈簧穩(wěn)定后測出相應(yīng)的彈簧總長度 并將數(shù)據(jù)填在下表中 彈簧始終未超過彈性限度 取g 10m s2 試完成下列問題 1 請在如圖乙所示坐標(biāo)紙中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象 2 由圖象求得該彈簧的勁度系數(shù)k N m 保留兩位有效數(shù)字 3 某同學(xué)直接利用表中的實驗數(shù)據(jù) 作出了如圖丙所示的鉤碼質(zhì)量m跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象 那么該圖象斜率所表示的物理意義是 該圖像在橫軸上截距的物理意義是 圖16 解析 1 彈簧所受的拉力為鉤碼的重力 彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象如圖所示 3 根據(jù)胡克定律有mg kx 所以題圖丙所示圖象斜率的物理意義是彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值 圖象在橫軸上的截距表示彈簧的原長 答案 1 見解析圖 2 27 3 彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值 彈簧的原長 高頻考點十二力學(xué)探究實驗 探究型實驗通常可分為兩類 第一類為通過實驗和實驗數(shù)據(jù)的分析得出物理規(guī)律 第二類為給出實驗規(guī)律 讓你選擇實驗儀器 設(shè)計實驗步驟 并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 第一類必須在實驗數(shù)據(jù)上下工夫 根據(jù)數(shù)據(jù)特點 掌握物理量間的關(guān)系 得出實驗規(guī)律 第二類必須從已知規(guī)律入手 正確選擇測量的物理量 根據(jù)問題聯(lián)想相關(guān)的實驗?zāi)Ｐ?確定實驗原理 選擇儀器設(shè)計實驗步驟 記錄實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 10分 2015 江蘇單科 11 某同學(xué)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17所示 打點計時器的電源為50Hz的交流電 圖17 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(fù)寫紙下面C 用手捏緊磁鐵保持靜止 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 2 該同學(xué)按正確的步驟進(jìn)行實驗 記為 實驗 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(biāo)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18所示 圖18 計算相鄰計時點間的平均速度v 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(bǔ)充完整 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(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管 重復(fù)上述實驗操作 記為 實驗 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 是為了說明什么 對比實驗 和 的結(jié)果可得到什么結(jié)論 答案 1 CD 2分 2 39 0 2分 3 逐漸增大到39 8cm s且增加的越來越慢逐漸增大到等于重力 4分 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 2分 9分 某同學(xué)在做 探究小車速度隨時間變化規(guī)律 的實驗時 得到一條點跡清晰的紙帶如圖19 在紙帶上依次選出7個計數(shù)點 分別標(biāo)以O(shè) A B C D E和F 每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出 打點計時器所用電源的頻率是50Hz 圖19 1 如果測得C D兩點間距s4 2 70cm D E兩點間距s5 2 90cm 則據(jù)此數(shù)據(jù)計算在打D點時小車的速度公式 小車的速度值vD m s 保留三位有效數(shù)字 2 該同學(xué)分別算出在打其他點時小車的速度 vA 0 220m s vB 0 241m s vC 0 258m s vE 0 300m s 請設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格填入框中 并在坐標(biāo)系中作出小車運動的v t圖象 設(shè)O點為計時起點 3 由所作v t圖象判斷 小車所做的運動為 3 勻加速直線運動 1分