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專題六實驗技能與創(chuàng)新 第1講力學(xué)實驗 建體系 記要點 研考向 提能力 做真題 明考向 4 限訓(xùn)練 通高考 1 2018 高考全國卷 T22 如圖 a 一彈簧上端固定在支架頂端 下端懸掛一托盤 一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成 主尺豎直固定在彈簧左邊 托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置 簡化為圖中的指針 現(xiàn)要測量圖 a 中彈簧的勁度系數(shù) 當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時 移動游標(biāo) 使其零刻度線對準(zhǔn)指針 此時標(biāo)尺讀數(shù)為1 950cm 當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0 100kg的砝碼時 移動游標(biāo) 再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針 標(biāo)尺示數(shù)如圖 b 所示 其讀數(shù)為 cm 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮? 80m s2 此彈簧的勁度系數(shù)為 N m 保留3位有效數(shù)字 答案 3 77553 7 2 2018 高考全國卷 T22 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 80m s2 L 30 0cm L1 10 4cm 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 3 2017 高考全國卷 T22 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 a 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 b 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30s內(nèi)共滴下46個小水滴 1 由圖 b 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 b 的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動 小車運動到圖 b 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2位有效數(shù)字 答案 1 從右向左 2 0 190 037 4 2018 高考全國卷 T23 某同學(xué)用圖 a 所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù) 跨過光滑定滑輪的細(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)即為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 4的值可從圖 b 中彈簧秤的示數(shù)讀出 回答下列問題 1 f4 N 2 在圖 c 的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出 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) 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 80m s2 由繪出的f m圖線求得 保留2位有效數(shù)字 答案 1 2 75 2 如圖所示 3 M m g g 4 0 40 命題特點與趨勢 怎么考1 實驗題的考查呈現(xiàn)由基礎(chǔ)性向綜合性的遞進(jìn)趨勢 實驗命題不避熱點 注重陳題翻新 重點實驗頻繁考 其他實驗 輪換 考 題目特點設(shè)置清晰 上手得分容易 但做好做全較難 能有效區(qū)分不同水平考生的能力 2 重在考查實驗探究能力 而非實驗本身 新任務(wù) 新情境 原理設(shè)計 方法選擇 條件控制 數(shù)據(jù)處理的公式法 列表法 圖象法 平均值法和逐差法反復(fù)涉及 其中圖象法處理實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果規(guī)律性探索是高考的熱點和亮點 3 實驗題反映科技進(jìn)步 引領(lǐng)教育創(chuàng)新 頻閃照相機(jī)或光電計時器替代打點計時器 氣墊導(dǎo)軌替代長木板 數(shù)字化傳感器直接測力或位移等 體現(xiàn)時代特征 解題要領(lǐng) 怎么做1 熟知各種器材的特性 2 熟悉課本上的實驗 抓住實驗的靈魂 實驗原理 掌握數(shù)據(jù)處理的方法 熟知兩類誤差的分析方法 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或作圖的方法來減小 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 0125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 1 1 用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖甲 乙所示 測量方法正確的是 選填 甲 或 乙 2 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 圖丙所示的示數(shù)為 mm 解析 1 題圖甲中夾小球的兩個測量爪為外測量爪 測物體的外徑 所以甲正確 2 由螺旋測微器的讀數(shù)方法 可知金屬絲的直徑d 6 5mm 20 0 0 01mm 6 700mm 答案 1 甲 2 6 700 6 699 6 701均正確 2 圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為 mm 螺旋測微器的讀數(shù)為 mm 方法技巧 游標(biāo)卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時應(yīng)注意的問題 1 10分度的游標(biāo)卡尺 以mm為單位 小數(shù)點后只有1位 20分度和50分度的游標(biāo)卡尺以mm為單位 小數(shù)點后有2位 2 游標(biāo)卡尺在讀數(shù)時先讀主尺數(shù)據(jù) 再讀游標(biāo)尺數(shù)據(jù) 最后兩數(shù)相加 游標(biāo)卡尺讀數(shù)不估讀 3 不要把游標(biāo)尺的邊緣當(dāng)成零刻線 從而把主尺的刻度讀錯 4 螺旋測微器讀數(shù)時 要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出 要準(zhǔn)確到0 01mm 估讀到0 001mm 即結(jié)果若用mm為單位 則小數(shù)點后必須保留三位數(shù)字 1 常規(guī)計時儀器的測量方法 2 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 3 紙帶的三大應(yīng)用 1 判斷物體運動性質(zhì) 若 x 0 則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運動 若 x不為零且為定值 則可判定物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動 3 在做 研究勻變速直線運動 的實驗時 某同學(xué)得到一條用打點計時器打下的紙帶 如圖所示 并在其上取了A B C D E F G共7個計數(shù)點 圖中每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出 打點計時器接頻率f 50Hz的交流電源 1 打下E點時紙帶的速度vE 用給定字母表示 2 若測得d6 65 00cm d3 19 00cm 物體的加速度a m s2 3 如果當(dāng)時交變電流的頻率f 50Hz 但當(dāng)時做實驗的同學(xué)并不知道 那么測得的加速度值和真實值相比 選填 偏大 或 偏小 3 如果在某次實驗中 交流電的頻率f 50Hz 則實際打點周期變小 根據(jù)運動學(xué)公式 x aT2得 測量的加速度值和真實的加速度值相比偏小 4 2017 高考江蘇卷 利用如圖甲所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系 小車的質(zhì)量為M 200 0g 鉤碼的質(zhì)量為m 10 0g 打點計時器的電源為50Hz的交流電 1 掛鉤碼前 為了消除摩擦力的影響 應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度 直至向左輕推小車觀察到 2 掛上鉤碼 按實驗要求打出的一條紙帶如圖乙所示 選擇某一點為計數(shù)點 0 依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點 用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離 x 記錄在紙帶上 計算打出各計數(shù)點時小車的速度v 其中打出計數(shù)點 1 時小車的速度v1 m s 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在如圖丙所示的方格紙上作出 Ek W圖象 4 實驗結(jié)果表明 Ek總是略小于W 某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的 用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F N 答案 1 小車做勻速運動 2 0 228 3 如圖 解析圖 所示 4 0 093 5 某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中動量的變化規(guī)律的實驗 在小車A的前端粘有橡皮泥 推動小車A使之做勻速直線運動 然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體 繼續(xù)做勻速直線運動 他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示 在小車A后連著紙帶 打點計時器的工作頻率為50Hz 長木板下墊著小木片以平衡摩擦力 1 若已得到如圖乙所示的打點紙帶 測得各計數(shù)點間距離并標(biāo)在圖上 點1為打下的第一個點 則應(yīng)選 段來計算小車A的碰前速度 應(yīng)選 段來計算小車A和小車B碰后的共同速度 均選填 1 2 2 3 3 4 或 4 5 2 已測得小車A的質(zhì)量mA 0 40kg 小車B的質(zhì)量mB 0 20kg 由以上的測量結(jié)果可得 碰前兩小車的總動量為 kg m s 碰后兩小車的總動量為 kg m s 由此可得出的實驗結(jié)論是 答案 1 2 34 5 2 0 4200 417在實驗允許的誤差范圍內(nèi)碰撞前后總動量不變 1 橡皮條 彈簧的彈力大小與伸長量之間的關(guān)系滿足胡克定律 實驗的數(shù)據(jù)處理中一般選用圖象法 2 胡克定律描述的是在彈性限度內(nèi) 橡皮條 彈簧 的彈力與形變量成正比 如果超出彈性限度 正比關(guān)系不再成立 3 圖象法處理數(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)軸使圖象線性化 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 6 在 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 的實驗中 1 以下說法正確的是 A 彈簧被拉伸時 不能超出它的彈性限度B 用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力 應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C 用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D 用幾個不同的彈簧 分別測出幾組拉力與伸長量 得出拉力與伸長量之比相等 2 若某同學(xué)采用的實驗裝置如圖甲所示 所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右恒定的拉力 實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度 再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端 每次測出相應(yīng)的彈簧總長度 有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在圖乙中 請作出F L圖線 由此圖線可得出該彈簧的原長L0 cm 勁度系數(shù)k N m 結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 3 若某同學(xué)把彈簧平放在桌面上使其自然伸長 用直尺測出彈簧的原長L0 再把彈簧豎直懸掛起來 掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L 把L L0作為彈簧的伸長量x 這樣操作 由于彈簧自身重力的影響 最后畫出的圖線可能是 解析 1 彈簧被拉伸時 不能超出它的彈性限度 否則彈簧會損壞 故A正確 用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力 要保證彈簧位于豎直位置 使鉤碼的重力等于彈簧的彈力 要待鉤碼平衡時再讀數(shù) 故B正確 彈簧的長度不等于彈簧的伸長量 故C錯誤 拉力與伸長量之比是勁度系數(shù) 由彈簧決定 同一彈簧的勁度系數(shù)是不變的 不同的彈簧的勁度系數(shù)一般不同 故D錯誤 2 作出F L圖線 如圖所示 答案 1 AB 2 圖見解析 5 020 3 C 7 2017 高考全國卷 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1mm 的紙貼在桌面上 如圖 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 2N和F2 5 6N 用5mm長度的線段表示1N的力 以O(shè)點為作用點 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 F合的大小為 N F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 0N 2 利用平行四邊形定則作圖 由圖可知F合 4 0N 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1mm 頂點的縱坐標(biāo)長度為20mm 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 如圖所示 4 00 05 1 光電門的結(jié)構(gòu)光電門是一個像門樣的裝置 一邊安裝發(fā)光裝置 一邊安裝接收裝置并與計時裝置連接 8 如圖所示 為測量做勻加速直線運動小車的加速度 將寬度均為b的擋光片A B固定在小車上 測得二者間距為d 1 當(dāng)小車勻加速經(jīng)過光電門時 測得兩擋光片A B先后經(jīng)過光電門的時間為 t1和 t2 則小車加速度a 2 為減小實驗誤差 可采取的方法是 A 增大兩擋光片的寬度bB 減小兩擋光片的寬度bC 增大兩擋光片之間的間距dD 減小兩擋光片之間的間距d 2 為了減小實驗誤差 可采取的措施有通過減小兩擋光片的寬度b來更加精確地獲得小車經(jīng)過A和B點時的瞬時速度 或通過增大兩擋光片之間的距離d來增加小車運動的時間來減小時間的測量誤差 故選B C 9 某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證牛頓第二定律 實驗裝置如圖甲所示 在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A B 滑塊P上固定一遮光條 若光線被遮光條遮擋 光電傳感器會輸出高電壓 兩光電傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī) 滑塊在細(xì)線的牽引下向左做加速運動 遮光條經(jīng)過光電傳感器A B時 通過計算機(jī)可以得到電壓U隨時間t變化的圖象 1 實驗前 接通氣源 將滑塊 不掛鉤碼 置于氣墊導(dǎo)軌上 輕推滑塊 當(dāng)圖乙中的 t1 t2 選填 或 時 說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平 2 用螺旋測微器測遮光條寬度d 測量結(jié)果如圖丙所示 則d mm 3 滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連 將滑塊P由圖甲所示位置釋放 通過計算機(jī)得到的圖象如圖乙所示 若 t1 t2和d已知 要對滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)驗證牛頓第二定律 還應(yīng)測出兩光電門間距離L和 寫出物理量的名稱及符號 4 若上述物理量間滿足關(guān)系式 則表明在上述過程中 滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)滿足牛頓第二定律