《2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題整合 專題六 物理實驗 第1講 力學(xué)實驗專項訓(xùn)練.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題整合 專題六 物理實驗 第1講 力學(xué)實驗專項訓(xùn)練.doc（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第1講　力學(xué)實驗 考點一　基本儀器的使用、誤差、有效數(shù)字 一、長度測量類儀器 1．游標(biāo)卡尺的讀數(shù) 游標(biāo)尺(mm) 精度 (mm) 測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個刻線與主尺上的某刻度線對正時)(mm) 刻度 格數(shù) 刻度 總長度 每小格與 1毫米差 10 9 0.1 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n 2.螺旋測微器的讀數(shù) 測量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動刻度讀數(shù)(含估讀)0.01 mm。 二、時間測量類儀器 1．打點計時器 計時器種類 工作電源電壓 打點間隔 電磁打點計時器 交流50 Hz,4 V～6 V 0.02 s 電火花計時器 交流50 Hz,220 V 0.02 s 2.頻閃照相機 其作用和處理方法與打點計時器類似，它是用等時間間隔獲取圖像的信息的方法，將物體在不同時刻的位置記錄下來，使用時要明確頻閃的時間間隔。 三、誤差與有效數(shù)字 1．系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密、實驗方法粗略或?qū)嶒炘聿煌晟贫a(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)誤差總是同樣偏大或偏小。系統(tǒng)誤差可以通過更新儀器、完善原理和精確實驗方法來減小。 2．偶然誤差：由各種偶然因素如測量、讀數(shù)不準(zhǔn)確、作圖不規(guī)范造成的誤差。偶然誤差表現(xiàn)為重復(fù)做同一實驗時總是時大時小。偶然誤差可用多次測量求平均值的方法來減小。 3．有效數(shù)字：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字。有效數(shù)字從左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.012 5為三位有效數(shù)字，中學(xué)階段一般取2位或3位有效數(shù)字。 【題組突破】 1．某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖6－1－1甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為__________cm和________cm。 圖6－1－1 解析　直尺的最小刻度為0.1 cm，因此讀數(shù)應(yīng)為60.10 cm，圖乙采用50分度游標(biāo)卡尺，其精確度為0.02 mm，因此讀數(shù)為4.0 mm＋100.02 mm＝4.20 mm＝0.420 cm。 答案　60.10　0.420 2．(2018臺州二模)一同學(xué)為測定某種硬金屬的電阻率，先用伏安法測出一小段由這種材料做成的圓柱形金屬絲的電阻為R＝ Ω，然后用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測定該金屬絲的長度和直徑，示數(shù)如圖6－1－2甲、乙所示。由圖可知游標(biāo)卡尺的示數(shù)為________mm，螺旋測微器的示數(shù)為________mm，則這種金屬的電阻率為ρ＝________Ωm(最后一空保留兩位有效數(shù)字)。 圖6－1－2 解析　游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：11 mm，游標(biāo)尺上第4個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)尺讀數(shù)為40.1 mm＝0.4 mm，所以最終讀數(shù)為：11 mm＋0.4 mm＝11.4 mm。螺旋測微器固定刻度讀數(shù)：0.5 mm，可動刻度讀數(shù)：0.01 mm42.0＝0.420 mm，得：d＝0.5 mm＋0.420 mm＝0.920 mm(0.919～0.921都正確)。 由電阻定律得：R＝ρ 金屬絲的橫截面積：S＝πd2 則有：ρ＝ 解得：ρ＝1.010－3 Ωm。 答案　11.4　0.920　1.110－3 3．一同學(xué)用游標(biāo)卡尺測一根金屬管的深度時，游標(biāo)卡尺上的游標(biāo)尺和主尺的相對位置如圖6－1－3甲所示，則這根金屬管的深度是________cm；該同學(xué)又利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度為5.702 mm，則圖乙中可動刻度a、b處的數(shù)字分別是________、________。 圖6－1－3 解析　圖中游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為10 mm,20分度游標(biāo)尺精確度為0.05 mm，游標(biāo)尺上第12條刻度線與主尺對齊，故游標(biāo)尺讀數(shù)為110.05 mm＝0.55 mm，所以金屬管深度為10.55 mm＝1.055 cm。螺旋測微器固定刻度部分讀數(shù)為5.5 mm，可動刻度最小分度值為0.01 mm，可動刻度部分讀數(shù)應(yīng)為20.20.01，因此a處數(shù)字應(yīng)為20，b處數(shù)字為25。 答案　1.055　20　25 [規(guī)律總結(jié)] 游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的讀數(shù)方法 1．游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法：由主尺讀出整毫米數(shù)l0，從游標(biāo)卡尺上讀出與主尺上某一刻度對齊的格數(shù)n，則測量值(mm)＝(l0＋n精確度)mm。注意：①游標(biāo)卡尺的精確度一般為游標(biāo)卡尺上總刻數(shù)的倒數(shù)。②游標(biāo)卡尺不需要估讀。 2．螺旋測微器的讀數(shù)方法：測量值(mm)＝固定刻度指示的毫米數(shù)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度上與固定刻度基線所對的刻度值(注意刻度值要估讀一位)0.01 mm。 考點二　“紙帶類”問題的處理 紙帶的三大應(yīng)用 (1)由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器(打點周期為0.02 s)打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點間的時間間隔Δt＝0.025 s＝0.10 s。 (2)求解瞬時速度 利用做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖6－1－4甲所示，第n點的瞬時速度vn＝。 　 圖6－1－4 (3)用“逐差法”求加速度 如圖乙所示，因為a1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝。 【題組突破】 1．(2018山西重點中學(xué)協(xié)作體聯(lián)考)某同學(xué)用打點計時器研究小車的勻變速直線運動，他將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，實驗時得到一條紙帶如圖6－1－5所示，他在紙帶上便于測量的地方選取第一個計數(shù)點，在這點下標(biāo)明A，第六個點下標(biāo)明B，第十一個點下標(biāo)明C，第十六個點下標(biāo)明D，第二十一個點下標(biāo)明E。測量時發(fā)現(xiàn)B點已模糊不清，他只測得AC長為14.56 cm，CD長為11.15 cm，DE長為13.73 cm。 圖6－1－5 (1)為了探究勻變速直線運動的規(guī)律，該同學(xué)所取的計時點個數(shù)________(填字母序號)。 A．偏少　　　　　B．偏多　　　　　C．合適 (2)若小車是做勻變速直線運動，由該同學(xué)所測的實驗數(shù)據(jù)，請你幫他求出：打C點時小車的瞬時速度vC＝______m/s，小車的加速度a＝________m/s2，AB的距離應(yīng)為________cm，打A點時小車的瞬時速度vA＝________m/s。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)本實驗根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，應(yīng)多取一些數(shù)據(jù)，根據(jù)逐差法求出加速度，再求平均值，而該同學(xué)只取兩組數(shù)據(jù)，計數(shù)點偏少，故A正確；(2)由題可知相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，得vC＝＝ m/s＝0.986 m/s，由于AC間的時間間隔t＝0.2 s，CE間的時間間隔也為t＝0.2 s，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，xCE－xAC＝Δx＝at2，a＝2.58 m/s2；根據(jù)勻變速直線運動的推論公式xm－xn＝(m－n)aT2，xDE－xCD＝Δx＝2.58 cm，xCD－xAB＝2Δx，所以xAB＝xCD－2Δx＝5.99 cm；根據(jù)勻變速直線運動速度時間公式得：vC＝vA＋2aT，解得vA＝(0.986－0.22.58) m/s＝0.470 m/s。 答案　(1)A　(2)0.986　2.58　5.99　0.470 2．甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗。 (1)圖6－1－6中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材________：乙同學(xué)需在圖中選用器材________。(用字母表示) 圖6－1－6 (2)乙同學(xué)在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖6－1－7所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________。 圖6－1－7 解析　(1)采用落體法做“驗證機械能守恒定律”實驗時，需要下落的重物A和計時用的打點計時器B；做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，需要研究對象小車D，拉動小車的鉤碼E及計時用的打點計時器B。 (2)紙帶①的加速度大小為 a1＝ ＝ m/s2 ＝2.5 m/s2， 紙帶②的加速度大小為 a2＝ ＝ m/s2 ＝1.25 m/s2。 因此紙帶①的加速度大，大小為2.5 m/s2。 答案　(1)AB　BDE (2)①　2.5 m/s2(2.3～2.7 m/s2均可) 3．(2016全國卷Ⅰ)某同學(xué)用圖6－1－8甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖6－1－8乙所示。該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。 圖6－1－8 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為________，打出C點時重物下落的速度大小為________，重物下落的加速度大小為________； (2)已測得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為________Hz。 解析　(1)兩點間時間間隔為T＝， vB＝＝， 同理vC＝， 根據(jù)公式s3－s1＝2aT2， 得重物下落的加速度的大小為 a＝。 (2)據(jù)mg－0.01mg＝ma和a＝，代入數(shù)據(jù)可得 f＝40 Hz。 答案　(1)　　　(2)40 考點三　“橡皮條、彈簧類”實驗 　(2018全國卷Ⅱ)某同學(xué)用圖6－1－9(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)?？邕^光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數(shù)即木塊受到的滑動摩擦力的大小。某次實驗所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。 (a) 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 圖6－1－9 回答下列問題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f－m圖線求得μ＝________________________________________________________________________。 (保留2位有效數(shù)字) [解析]　本題考查物體的平衡、滑動摩擦力的計算及分析圖像的能力。 (1)由圖可知彈簧秤的讀數(shù)為2.75 N。 (2)畫圖線時應(yīng)使盡可能多的點落在線上，不在線上的點應(yīng)均勻分布在線的兩側(cè)。 (3)以木塊和砝碼為研究對象，整體水平方向受木板的滑動摩擦力和細(xì)線的拉力f＝μ(M＋m)g，整理得f＝μmg＋μMg，故f－m圖線的斜線k＝μg。 (4)由圖知k＝3.9 N/kg，故μ＝＝0.40。 [答案]　(1)2.75　(2)如圖所示 (3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 【對應(yīng)訓(xùn)練】 (2018天津卷)某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)。 (1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議， 其中正確的是______。 A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復(fù)實驗再次進(jìn)行驗證時，結(jié)點O的位置可以與前一次不同 C．使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度 D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只有一個測力計時的拉力 (2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖6－1－10所示。其中對于提高實驗精度最有利的是______。 圖6－1－10 解析　本題考查“驗證力的平行四邊形定則”實驗。(1)橡皮條的彈力方向不需要在兩繩套夾角的角平分線上，選項A錯誤；重復(fù)實驗，結(jié)點O的位置與上次實驗無關(guān)，可以不同，選項B正確；使用測力計時，為避免彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應(yīng)沿測力計軸線方向，讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度，選項C正確；拉力小于彈簧測力計的量程即可，選項D錯誤。 (2)“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，在不超測力計量程的前提下，拉力應(yīng)盡量大些；確定拉力方向時，所描點應(yīng)與O點的距離大些；兩繩套夾角不能過大或過小；作圖示時，所選標(biāo)度越小，精度越高。綜上所述，應(yīng)選B。 答案　(1)BC　(2)B 考點四　用圖像法處理數(shù)據(jù) 圖像法處理數(shù)據(jù)的要求 1．作圖一定要用坐標(biāo)紙，坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)有效數(shù)字的位數(shù)和結(jié)果的需要來定。 2．要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在坐標(biāo)軸上每隔一定的間距按有效數(shù)字的位數(shù)標(biāo)明數(shù)值。 3．圖上的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點合理地分布在線的兩側(cè)。 4．作圖時常通過選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸使圖像線性化，即“變曲為直”。 5．有些時候，為了使坐標(biāo)紙有效使用范圍增大，坐標(biāo)原點可以不從“0”開始。 　現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律。實驗裝置如圖6－1－11所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上的B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t。用d表示A點到導(dǎo)軌底端C點的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度。用g表示重力加速度，完成下列填空和作圖： 圖6－1－11 (1)若將滑塊自A點由靜止釋放，則在滑塊從A運動至B的過程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減小量可表示為______，動能的增加量可表示為______。若在運動過程中機械能守恒，與s的關(guān)系式為＝________。 (2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(A點)下滑，測量相應(yīng)的s與t值，結(jié)果如下表所示： 1 2 3 4 5 s(m) 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t(ms) 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1/t2(104 s－2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 以s為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在如圖6－1－12位置的坐標(biāo)紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點；根據(jù)5個數(shù)據(jù)點作直線，求得該直線的斜率k＝________104 m－1s－2。(保留3位有效數(shù)字) 圖6－1－12 由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計算出－s直線的斜率k0，將k和k0進(jìn)行比較，若其差值在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為此實驗驗證了機械能守恒定律。 [解析]　(1)當(dāng)滑塊運動到B點時下降高度設(shè)為h′，此時砝碼上升的高度為s，由幾何關(guān)系可知h′＝，故系統(tǒng)減少的重力勢能為 ΔEp＝Mgh′－mgs＝gs 由于系統(tǒng)從靜止開始運動，運動至B點時的速度vB＝ 故動能的增加量ΔEk＝(M＋m)v＝ 由ΔEp＝ΔEk可解得 ＝s。 (2)描點及作直線見圖。 在圖中直線上取相距較遠(yuǎn)的兩點，讀出兩點坐標(biāo)，由k＝可得k＝2.36104 m－1s－2。 [答案]　(1)　　 (2)圖見解析　(3)2.36(2.30～2.60均可) 【題組突破】 1．(2018北京理綜)用圖6－1－13所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。 圖6－1－13 主要實驗步驟如下： a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次。 b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖6－1－14中A、B、C、D、E、F……所示。 圖6－1－14 c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度、分別記作v1、v2、v3、v4、v5…… d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖6－1－15所示。 圖6－1－15 結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)： (1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有____和____(填選項前的字母)。 A．電壓合適的50 Hz交流電源 B．電壓可調(diào)的直流電源 C．刻度尺 D．秒表 E．天平(含砝碼) (2)在圖6－1－15中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v－t圖像。 (3)觀察v－t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是________________。v－t圖像斜率的物理意義是________。 (4)描繪v－t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。 (5)早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計時，為此他設(shè)計了如圖6－1－16所示的“斜面實驗”，反復(fù)做了上百次，驗證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的。 圖6－1－16 解析　本題考查研究勻變速直線運動規(guī)律的實驗。 (1)打點計時器所用電源為50 Hz的交流電源，測量各計數(shù)點間距離需用刻度尺。 (2)圖見答案。 (3)因為小車的速度隨時間均勻變化，所以小車做勻加速直線運動。由勻加速直線運動中速度v＝v0＋at，可知v－t圖像斜率的物理意義是加速度。 (4)＝，若用表示瞬時速度，Δt越小越好，而選取的Δx大小會影響速度測量值與真實值的偏差大小。 (5)設(shè)v0＝0，v＝at，而x＝at2，故可通過位移隨時間的變化情況，判斷速度隨時間的變化情況。 答案　(1)A　C　(2)如圖所示 (3)小車的速度隨時間均勻變化　加速度 (4)越小越好　有關(guān) (5)如果小球的初速度為0，其速度v∝t，那么它通過的位移x＝t，x∝t2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。 2．利用如圖6－1－17甲所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系的實驗”。所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30 g。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)定后依次測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在下表中。彈力始終未超過彈性限度，取g＝10 m/s2，試完成下列問題： 記錄數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧總長(cm) 6.00 7.11 8.20 9.31 10.40 圖6－1－17 (1)請在如圖乙所示坐標(biāo)系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)系的圖像。 (2)由圖像乙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)系的圖像，那么該圖像斜率所表示的物理意義是________________________________________________________________________。 解析　(1)彈簧受的拉力為鉤碼的重力，每次實驗彈簧所受到的拉力F如下表所示： 記錄數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧所受的拉力F/N 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖像見答案。 (2)根據(jù)圖像的物理意義可知，彈簧的勁度系數(shù)k等于F－x關(guān)系圖像的斜率，為求直線的斜率，可在直線上取兩個距離較遠(yuǎn)的點，如(8.0,0.56)和(10.0,1.12)，故k＝＝ N/cm＝0.28 N/cm＝28 N/cm。 (3)根據(jù)胡克定律有mg＝kx，所以該圖像斜率的物理意義是：彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值。 答案　(1)如圖所示 (2)28　(3)彈簧勁度系數(shù)k與當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的比值 考點五　力學(xué)創(chuàng)新實驗 1．創(chuàng)新型實驗的特點 (1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計實驗。 (2)將實驗的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法，融入到實驗的綜合分析之中。 2．創(chuàng)新型實驗的解法 (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)康摹? (2)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(jìn)行分析。 　(2017全國卷Ⅰ)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6－1－18甲所示。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，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖6－1－18 (1)由圖乙可知，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(xué)根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖乙中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) [解題探究]　(1)根據(jù)桌面上“水滴”的間距逐漸減小，判斷小車的運動方向。 (2)勻變速直線運動的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。 [解析]　(1)輕推小車后，小車在桌面上做減速運動，桌面上“水滴”的間距應(yīng)逐漸減小，小車的運動方向是從右向左。 (2)相鄰兩水滴的時間間隔為t＝ s＝ s，小車運動到A位置的速度大小為vA＝＝ m/s＝0.187 5 m/s≈0.19 m/s； 小車運動的加速度大小為a＝≈0.038 m/s2 [答案]　(1)從右向左　(2)0.19　0.038 【題組突破】 1．(2018安徽聯(lián)盟)在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，某物理興趣小組利用如圖6－1－19甲所示的裝置進(jìn)行實驗。 圖6－1－19 (1)用20分度的游標(biāo)卡尺測出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度d＝______cm。 (2)接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過光電門的擋光時間t，測出釋放點到光電門的間距為s，以s為縱軸，為橫軸作圖，得到的圖像是一條過原點的傾斜直線，且斜率為k，則滑塊的加速度a＝________(用d、k表示)。 (3)若以測得的滑塊加速度a為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力F，作出如圖丙中圖線1。為了減小誤差，該興趣小組將一個力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計)，從力傳感器中得出拉力F，作出a－F圖像是圖丙中的圖線______(填“2”或“3”)。 解析　(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為：0.9 cm＋80.005 cm＝0.940 cm； (2)滑塊做勻加速直線運動，有2as＝v2，又v＝，可得s＝，已知斜率為k，可得a＝； (3)因鉤碼及滑塊做加速運動，可知細(xì)線的拉力應(yīng)比鉤碼的重力小，而用傳感器測出的是滑塊所受的實際的拉力，此時a－F圖像應(yīng)為圖線2。 答案　(1)0.940　(2)　(3)2 2.為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機械能損失)，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不等的小球，按下述步驟做實驗： 圖6－1－20 ①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1＞m2。 ②按照如圖6－1－20所示的那樣，安裝好實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點的切線水平。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處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置。 ④將小球m2放在斜槽末端點B處，讓小球m1從斜槽頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和小球m2在斜面上的落點位置。 ⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離。圖中D、E、F點是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF。 根據(jù)該同學(xué)的實驗，回答下列問題： (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中的________點，m2的落點是圖中的________點。 (2)用測得的物理量來表示，只要滿足關(guān)系式________，則說明碰撞中動量是守恒的。 (3)用測得的物理量來表示，只要再滿足關(guān)系式________，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。 解析　(1)小球的落點位置跟平拋運動的初速度大小有關(guān)，碰后，小球m1的速度較小，m2的速度較大，所以m1的落點是圖中的D點，m2的落點是圖中的F點。 (2)設(shè)碰前小球m1的速度為v0，碰撞后m1的速度為v1，m2的速度為v2，根據(jù)動量守恒定律，它們應(yīng)該滿足關(guān)系式m1v0＝m1v1＋m2v2。設(shè)斜面傾角為θ，根據(jù)平拋運動的規(guī)律有tan θ＝＝＝，所以v＝∝t，而t＝∝∝，所以v∝。本題中，要驗證m1v0＝m1v1＋m2v2成立，只需要驗證m1＝m1＋m2成立。 (3)要驗證兩個小球的碰撞是彈性碰撞，即要再驗證m1v＝m1v＋m2v成立，而平拋運動時的初速度v∝，所以v2∝L，故需要再滿足關(guān)系式m1LE＝m1LD＋m2LF。 答案　(1)D　F　(2)m1＝m1＋m2 (3)m1LE＝m1LD＋m2LF 一、計算題 1．(2018全國卷Ⅲ)甲、乙兩同學(xué)通過下面的實驗測量人的反應(yīng)時間。實驗步驟如下： (1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準(zhǔn)備用手指夾住下落的尺。 (2)甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時間為________(用L、L1和g表示)。 (3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.8 m/s2，L＝30.0 cm，L1＝10.4 cm.乙的反應(yīng)時間為________s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)寫出一條能提高測量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議：__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　根據(jù)題述，在乙的反應(yīng)時間t內(nèi)，尺子下落高度h＝L－L1，由自由落體運動規(guī)律可知，h＝gt2，解得t＝。代入數(shù)據(jù)得t＝0.20 s。 答案　(2)　(3)0.20　(4)多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子(答出一條即可) 2．(2017全國卷Ⅱ)某同學(xué)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。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6－1－21 實驗步驟如下：①如圖(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(dāng)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，如圖(c)所示 (c) 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(dá)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)果保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)由于滑塊做勻變速運動，在擋光片通過光電門的過程中，由運動學(xué)公式得Δt＝vAΔt＋a(Δt)2，則＝vA＋aΔt。 (2)由＝vA＋aΔt結(jié)合題圖(c)可知，圖線與縱軸的交點的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長與縱軸相交，得vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率等于a，即a＝ cm/s2，求得a＝16.4 cm/s2。 答案　(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.4 3．(2016全國卷Ⅱ)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實驗裝置如圖6－1－22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6－1－22 (1)實驗中涉及下列操作步驟； ①把紙帶向左拉直 ②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6－1－23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。 圖6－1－23 解析　(1)實驗中應(yīng)先向左推物塊使彈簧壓縮，測量彈簧的壓縮量，然后把紙帶向左拉直，再接通打點計時器電源，等打點穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，使其向右滑動，因此步驟為④①③②。 (2)由于物塊離開彈簧時的速度最大，因此M紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為v＝＝1.29 m/s。由于彈簧壓縮量越大，彈性勢能越大，因此推開物塊后，彈簧彈性勢能轉(zhuǎn)化成物塊的動能越多，物塊離開彈簧后獲得的速度越大，打的點間距越大，因此M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 4．(2017全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標(biāo)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6－1－24(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(biāo)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。 (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。 ①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6－1－24 ②F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。 解析　(1)由測力計的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0 N。 (2)①利用平行四邊形定則作圖； ②由圖可知F合＝4.0 N，從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線，頂點的橫坐標(biāo)對應(yīng)長度為1 mm，頂點的縱坐標(biāo)長度為20 mm，則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05。 答案　(1)4.0　(2)①F1、F2和F合如圖所示?、?.0　0.05 5．(2018銀川一模)物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小F和彈簧長度l的關(guān)系如圖6－1－25所示，則由圖線可知： 圖6－1－25 (1)彈簧的勁度系數(shù)為______N/m。 (2)為了用彈簧測定兩木塊A和B間的動摩擦因數(shù)μ，兩位同學(xué)分別設(shè)計了如圖6－1－25所示的甲、乙兩種方案。 ①為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示A和B之間的滑動摩擦力的大小，你認(rèn)為方案______更合理。 ②若A和B的重力分別為10.0 N和20.0 N。當(dāng)A被拉動時，彈簧測力計a的示數(shù)為6.0 N，b的示數(shù)為11.0 N，c的示數(shù)為4.0 N，則A和B的動摩擦因數(shù)為________。 解析　(1)由圖讀出，彈簧的彈力F＝0時，彈簧的長度為L0＝20 cm，即彈簧的原長為20 cm，由圖讀出彈力為F0＝60 N，彈簧的長度為L0＝40 cm，彈簧伸長的長度x0＝L－L0＝40－20＝20 cm＝0.2 m；由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)為k＝＝＝300 N/m； (2)①甲乙兩種方案，在拉著物體A運動的過程中，拉A的彈簧測力計由于在不斷地運動，示數(shù)可能會變化，讀數(shù)不是很準(zhǔn)，彈簧測力計a是不動的，指針穩(wěn)定，便于讀數(shù)，故甲方案更合理； ②由于彈簧測力計a示數(shù)為6.0 N，所以A、B間的動摩擦因數(shù)μ＝＝＝0.30。 答案　(1)300　(2)甲　(3)0.30 6．(2018鄭州一模)如圖6－1－26甲所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置。現(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。 圖6－1－26 (1)為完成實驗，還需要的器材有________。 A．米尺　　　　　　　　　　　　B．0～6 V直流電源 C．秒表 D．0～6 V交流電源 (2)某同學(xué)用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02 s，根據(jù)紙帶計算出打下D點時重物的速度大小為________m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)采用重物下落的方法，根據(jù)公式mv2＝mgh驗證機械能守恒定律，對實驗條件的要求是________________，為驗證和滿足此要求，所選擇的紙帶第1、2點間的距離點接近________。 (4)該同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點的速度，作出v2－h(huán)圖像如圖丙所示，則圖線斜線的物理意義是________________。 解析　(1)通過打點計時器計算時間，故不需要秒表，打點計時器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測量紙帶上兩點間的距離，故選AD。 (2)由圖可知CE間的距離為：x＝19.41－12.40＝7.01 cm＝0.0701 m；則由平均速度公式可得，D點的速度vD＝＝ m/s＝1.75 m/s； (3)用公式mv2＝mgh時，對紙帶上起點的要求是重錘是從初速度為零開始，打點計時器的打點頻率為50 Hz，打點周期為0.02 s，重物開始下落后，在第一個打點周期內(nèi)重物下落的高度h＝gT2＝9.80.022 m≈2 mm，所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2 mm。 (4)由機械能守恒mgh＝mv2得v2＝2gh，由此可知：圖像的斜率k＝2g。 答案　(1)AD　(2)1.75　(3)重物的初速度為零　2 mm　(4)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?倍 7．(2018長沙一模)某同學(xué)用探究動能定理的裝置測滑塊的質(zhì)量M。如圖6－1－27甲所示，在水平氣墊導(dǎo)軌上靠近定滑輪固定一個光電門。讓一帶有遮光片的滑塊自某一位置由靜止釋放，計時器可以顯示出遮光片通過光電門的時間t(t非常小)，同時用米尺測出釋放點到光電門的距離s。 圖6－1－27 (1)該同學(xué)用螺旋測微器測出遮光片的寬度d如圖乙所示，則d＝______mm。 (2)實驗中多次改變釋放點，測出多組數(shù)據(jù)，描點連線，做出的圖像為一條傾斜直線，如圖丙所示。圖像的縱坐標(biāo)s表示釋放點到光電門的距離，則橫坐標(biāo)表示的是______。 A．t　　　　B．t2　　　　C.　　　D. (3)已知鉤碼的質(zhì)量為m，圖丙中圖線的斜率為k，重力加速度為g，根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，寫出滑塊質(zhì)量的表達(dá)式M＝______。(用字母表示) 解析　(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為1.5 mm，根據(jù)圖讀數(shù)為37.90.01 mm，則最終讀數(shù)為1.879 mm。 (2)滑塊通過光電門的瞬時速度v＝，根據(jù)動能定理得：mgs＝(m＋M)v2＝(m＋M)，解得：s＝，因為圖線為線性關(guān)系圖線，可知橫坐標(biāo)表示，故選D。 (3)根據(jù)s＝知，圖線的斜率為：k＝d2，解得滑塊質(zhì)量M＝－m。 答案　(1)1.879　(2)D　(3)－m 8．(2018廣東二模)某實驗小組設(shè)計了如圖6－1－28甲所示實驗裝置，探究滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系。在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了多組實驗，將位移傳感器和力傳感器得到的多組數(shù)據(jù)輸入計算機進(jìn)行處理，得到了兩條aF圖線①②，如圖乙所示。 圖6－1－28 (1)實驗時，一定要進(jìn)行的操作是________。 A．改變托盤中砝碼的個數(shù) B．滑塊在軌道水平和傾斜的兩種情況下必須在同一位置由靜止釋放 C．用天平測出托盤的質(zhì)量 D．為減小誤差，實驗中一定要保證托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量 (2)在軌道傾斜的情況下得到的aF圖線是________(選填“①”或“②”)。 (3)滑塊和位移傳感器反射部分的總質(zhì)量m＝________kg；滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝________。(重力加速度g取10 m/s2) 解析　(1)由于探究加速度與合外力的關(guān)系，所以應(yīng)改變物塊的合外力，即改變托盤中砝碼的個數(shù)，故A正確；滑塊的釋放位置對該實驗沒有影響，不要求每次在同一位置，故B錯誤；本題拉力可以由力的傳感器測出，不需要用天平測出托盤和砝碼的質(zhì)量，也就不需要使托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故C錯誤，D錯誤。 (2)由圖像可知，當(dāng)F＝0時，a≠0，也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高，所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的； (3)滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖像斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量的倒數(shù)，由圖形乙得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖像斜率k＝2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝0.5 kg。由圖形乙得，在水平軌道上F＝1 N時，加速度a＝0，根據(jù)牛頓第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。 答案　(1)A　(2)①　(3)0.5　0.2