2018屆高考物理二輪復習 板塊一 專題突破復習 專題六 物理實驗 第一講 力學實驗學案

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1、 第一講　力學實驗 [知識建構] [高考調(diào)研] 1.考查方向：高考對本專講的學生實驗的考查，主要有以下7個實驗：①研究勻變速直線運動．②探究彈力和彈簧伸長的關系．③驗證力的平行四邊形定則．④驗證牛頓運動定律．⑤探究動能定理．⑥驗證機械能守恒定律．⑦驗證動量守恒定律． 2.常用的思想方法：①等效法．②控制變量法．③逐差法．④圖象法． [答案]　(1)逐差法、平均值法、圖象法． (2) (3)刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器． (4)秒表、打點計時器、光電計時系統(tǒng)． (5)彈簧測力計、力傳感器． 考向一　基本儀器的使用 [歸納提煉] 1．毫米

2、刻度尺的讀數(shù) 精確到毫米，估讀一位． 2．游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) (1)游標卡尺的讀數(shù)方法：d＝主尺讀數(shù)(mm)＋精度×游標尺上對齊刻線數(shù)值(mm)． (2)螺旋測微器的讀數(shù)方法 測量值＝固定刻度＋(可動刻度＋估讀值)×0.01 mm. 注意要估算到0.001 mm. [熟練強化] 1．(1)某同學用自己發(fā)明的新式游標卡尺測量小鋼球的直徑，新式卡尺將主尺上39 mm在游標尺上均分成20等份．如圖所示，則小鋼球的直徑為d＝________cm. (2)該同學又用螺旋測微器測量某電阻絲的直徑，示數(shù)如圖，則該金屬絲的直徑為________mm. [解析]　游標卡尺20個格

3、總長39 mm，每個格1.95 mm，比主尺上兩格(2 mm)少0.05 mm，因此讀數(shù)方法與普通20分度卡尺一樣，讀數(shù)為1.035 cm，螺旋測微器讀數(shù)注意上邊半格沒露出，還要注意估讀，根據(jù)測量值＝固定刻度＋(可動刻度＋估讀值)×0.01 mm可得1.195 mm. [答案]　(1)1.035　(2)1.195 2．(2017·河北名校聯(lián)盟)一種游標卡尺，它的游標尺上有50個小的等分刻度，總長度為49 mm，用它測量某工件寬度，示數(shù)如圖甲所示，其讀數(shù)為________ mm；圖乙中的螺旋測微器讀數(shù)為________ mm. [解析]　本題考查游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù)，意在考查學生儀

4、器的使用和讀數(shù)能力.50刻度游標卡尺的精確度為0.02 mm，讀數(shù)23 mm＋10×0.02 mm＝23.20 mm；螺旋測微器讀數(shù)1 mm＋13.0×0.01 mm＝1.130 mm. [答案]　23.20　1.130(±0.002均對) 3．(2017·福建廈門質(zhì)檢)某同學用如圖甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時，他應先轉(zhuǎn)動________到F靠近小球，再轉(zhuǎn)動________到F夾住小球，直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動________使F固定后讀數(shù)(填儀器部件字母符號)．正確操作后，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則小球的直徑是________mm. [解析]　用螺旋測微器測小球直徑時

5、，先轉(zhuǎn)動旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球，再轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕H使測微螺桿F夾住小球，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動旋鈕G使F固定后讀數(shù)，讀數(shù)為6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm. [答案]　D　H　G　6.700 (1)螺旋測微器讀數(shù)時應注意的問題 ①固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出. ②可動刻度的旋鈕要估讀，估讀到0.001 mm. (2)游標卡尺讀數(shù)技巧 ①讀數(shù)時應以毫米為單位，讀出后再進行單位換算. ②主尺上的讀數(shù)，應以游標尺零刻度左端主尺上的刻度為準. ③20分度的游標卡尺，其讀數(shù)要精確到0.05 mm，讀數(shù)的最后一位數(shù)字為“0”或“5”.50分

6、度的游標卡尺，其讀數(shù)要精確到0.02 mm，讀數(shù)的最后一位數(shù)字為“0”、“2”、“4”、“6”、“8”. 考向二　紙帶類實驗 [歸納提煉] 1．一套裝置涉及?？嘉鍌€實驗： (1)研究勻變速直線運動；(2)驗證牛頓第二定律；(3)探究動能定理；(4)驗證機械能守恒；(5)測定動摩擦因數(shù)． 2．紙帶的三大應用 (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＝0.1 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)的平均速度等于這一段時間中間時刻的瞬時速度求打某

7、一點的瞬時速度．如圖甲所示，第n點時的速度vn＝. (3)用“逐差法”求加速度 如圖乙所示，因為a1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝. [熟練強化] 角度一　研究勻變速直線運動 1．(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(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30 s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

8、”或“從左向右”)運動的． (2)該小組同學根據(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) [解析]　本題考查研究勻變速直線運動．(1)由于小車獲得速度后在摩擦力作用下減速運動，故相鄰水滴間的距離逐漸減小，結(jié)合圖(b)可知小車向左運動．(2)由題意知，30 s內(nèi)滴下46滴水，共45個時間間隔，故相鄰兩滴水的時間間隔T＝ s＝ s．由勻變速直線運動中平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得vA＝ mm/s＝0.19 m/s.由逐差法得小車運動的加速度為a＝ mm/s2＝0.

9、037 m/s2. [答案]　(1)從右向左　(2)0.19　0.037 角度二　研究加速度與合外力的關系 2．利用力傳感器研究“加速度與合外力的關系”的實驗裝置如圖所示． (1)(多選)下列關于該實驗的說法，錯誤的是________． A．做實驗之前必須平衡摩擦力 B．小車的質(zhì)量必須比所掛鉤碼的質(zhì)量大得多 C．應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行 D．為了實驗安全，打點計時器接直流電源 (2)從實驗中挑選一條點跡清晰的紙帶，每5個點取一個計數(shù)點，用刻度尺測量計數(shù)點間的距離如圖所示．已知打點計時器每間隔0.02 s打一個點． 由圖可知A、B兩點間的距離s1＝_____

10、___cm；該小車的加速度a＝________m/s2(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，實驗中紙帶的________(選填“左”或“右”)端與小車相連接． [解析]　(1)為確保小車所受拉力等于小車所受合外力，必須平衡摩擦力，且使拉力與木板方向平行，A、C項正確；因為小車拉力由力傳感器直接測量，故小車質(zhì)量與鉤碼質(zhì)量無關，B項錯誤；打點計時器正常工作時必須使用交流電源，D項錯誤．(2)由刻度尺讀數(shù)規(guī)則可知，A、B兩點間距離為7.0 mm＝0.70 cm；由逐差公式可知，小車的加速度a＝，計數(shù)點間隔0.1 s，所以小車的加速度為0.20 m/s2；小車做加速運動，所以點跡較密集的一端為與小車相連的一

11、端． [答案]　(1)BD　(2)0.70　0.20　左 角度三　驗證機械能守恒 3．(2017·天津卷)如圖所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗證機械能守恒定律． (1)(多選)對于該實驗，下列操作中對減小實驗誤差有利的是________． A．重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B．兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正 C．精確測量出重物的質(zhì)量 D．用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撤手釋放重物 (2)(多選)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖所示．

12、紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點．重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有________． A．OA、AD和EG的長度 B．OC、BC和CD的長度 C．BD、CF和EG的長度 D．AC、BD和EG的長度 [解析]　本題考查“驗證機械能守恒定律”實驗．(1)選用質(zhì)量大的金屬錘，可保證下落過程中紙帶豎直不松弛；金屬錘密度大，體積就小，下落過程中所受阻力??；上下限位孔對正，可減小摩擦；本實驗中要驗證mv2＝mgh，即驗證v2＝2gh，不用測量重物的質(zhì)量；實驗時用手抓緊紙帶上端，接通電源，打點計時器工

13、作穩(wěn)定后，再松手釋放紙帶，不用用手托住重物．(2)本實驗中，需要測某點的瞬時速度和從起始點到該點的距離，或者兩點的速度及其間距，符合要求的選項有B、C. [答案]　(1)AB　(2)BC 紙帶類問題是力學實驗中出現(xiàn)率最高的內(nèi)容，多以課本實驗為藍本進行升級變形，從整體角度看，力學中的四個打點描跡類實驗都存在共性，因此在某種程度上可以做到“一個裝置多種用途”的效果. 考向三　“橡皮條、彈簧”類實驗 [考點歸納] 1．探究彈力和彈簧伸長量的關系 (1)實驗原理 要測出每次懸掛重物的重力大小F和彈簧伸長的長度x，建立F－x坐標，描點作圖探究． (2)操作關鍵 ①實驗中不能掛過

14、多的鉤碼，使彈簧超過彈性限度． ②作圖象時，不要連成“折線”，而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側(cè)． 2．驗證力的平行四邊形定則 (1)實驗原理 使一個力作用效果跟兩個力共同作用效果相同． (2)操作關鍵 ①每次拉伸結(jié)點位置O必須保持不變； ②記下每次各力的大小和方向； ③畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕龋? [熟練強化] 角度一　驗證力的平行四邊形定則 1．(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(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)

15、，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； ②F合的大小為________N

16、，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，頂點的橫坐標對應長度為1 mm，頂點的縱坐標長度為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 ②4.0　0.05 角度二　探究彈簧彈力與伸長量的關系 2．某同學利用如圖甲所示的裝置探究彈簧的彈力與其伸長量的

17、關系，在鐵架臺的頂端固定一刻度尺，另將一下端固定有指針的彈簧也固定在鐵架臺上．然后該同學進行了如下的操作：首先在彈簧的下端不掛任何重物，記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值，然后在彈簧的下端掛上鉤碼，并將彈簧下端所掛鉤碼的個數(shù)逐個增加，依次記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值，將所得的數(shù)據(jù)記錄在下表中．已知每個鉤碼的質(zhì)量均為m＝100 g，重力加速度取g＝9.8 m/s2. 鉤碼個數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 刻度值x/cm 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50 (1)由表中記錄的數(shù)據(jù)，在圖乙

18、的坐標系中作出刻度值與彈簧下端所掛鉤碼的質(zhì)量的變化規(guī)律圖線． (2)已知胡克定律ΔF＝kΔx，則由作出的圖線可確定在0到________N的范圍內(nèi)彈簧的彈力與伸長量成正比，此彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.而圖線末端發(fā)生彎曲的原因為_____________． [解析]　(1)根據(jù)題目中所測量的數(shù)據(jù)進行描點，然后用平滑的曲線(或直線)連接各點，在連接時應讓盡量多的點落在線上(偏差比較大的點舍去)，不在線上的點盡量平均分配在線的兩側(cè)．(2)根據(jù)所作出的圖象可以看出，當m≤5×102 g＝0.5 kg時，標尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m成一次函數(shù)關系，所以在F≤4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸

19、長量滿足胡克定律．由胡克定律ΔF＝kΔx可知，k＝＝25 N/m，根據(jù)圖象可知，當彈簧的彈力大于4.9 N時圖線末端發(fā)生彎曲，其原因是彈簧超出了彈性限度． [答案]　(1)如圖所示 (2)4.9　25　彈簧超出了彈性限度 角度三　探究彈簧的彈性勢能 3．某同學利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連；彈簧處于原長時，小球恰好在桌面邊緣，如圖(a)所示．向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放；小球離開桌面后落到水平地面．通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能． 回答下列問題： (1)(多選)本實

20、驗中可認為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等．已知重力加速度大小為g.為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的________(填正確答案標號)． A．小球的質(zhì)量m B．小球拋出點到落地點的水平距離s C．桌面到地面的高度h D．彈簧的壓縮量Δx E．彈簧原長l0 (2)用所選取的測量量和已知量表示Ek，得Ek＝________. (3)圖(b)中的直線是實驗測量得到的s－Δx圖線．從理論上可推出，如果h不變，m增加，s－Δx圖線的斜率會________(選填“增大”“減小”或“不變”)；如果m不變，h增加，s－Δx圖線的斜率會________(選填“增大”

21、“減小”或“不變”)．由 圖(b)中給出的直線關系和Ek的表達式可知，Ep與Δx的________次方成正比． [解析]　(1)(2)如圖所示，小球拋出時動能Ek＝mv. 平拋運動有s＝v0t，h＝gt2. 解三式得Ek＝，則需測量小球質(zhì)量m、桌面高度h及落地水平距離s. (3)由能量守恒定律得，彈簧的彈性勢能Ep＝Ek＝.① 由①式知Ep∝s2，由題給直線關系知s∝Δx，則Ep∝(Δx)2. 由①式知s∝，則s∝2 Δx.s－Δx圖線的斜率正比于，如果h不變，m增加，s－Δx圖線的斜率將會 減?。绻鹠不變，h增加，則s－Δx圖線的斜率會增大． [答案]　(1)ABC　

22、(2)　(3)減小　增大　2 彈簧類問題數(shù)據(jù)處理方法 (1)列表法：直接從表格數(shù)據(jù)中得到彈力F與伸長量x的比值是一個常數(shù)． (2)圖象法：以彈力F為縱坐標，彈簧的伸長量x為橫坐標，根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在坐標系中描點連線，可得到一條過原點的直線．作圖象時要使盡可能多的點在一條直線上，不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線兩側(cè)，如果遇到個別偏差較大的點屬誤差較大或錯誤的，應舍去．如果橫坐標是彈簧的總長度，則畫出的F－x關系圖象不過原點，但是F－x圖象中傾斜直線的斜率都等于彈簧的勁度系數(shù)． (3)函數(shù)法：在誤差允許范圍內(nèi)，可寫出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關系式F＝kx.實際解題中常與圖象法配合使用

23、，以得到函數(shù)式或?qū)Ρ葘嶋H關系式以計算物理量等． 高考題型預測——力學創(chuàng)新實驗 [考點歸納] 創(chuàng)新設計實驗通?？煞譃閮深悾? 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，設計實驗步驟，并進行數(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)想相關的實驗模型，確定實驗原理，選擇儀器設計實驗步驟、記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理． [典題示例] 　(2017·河北名校聯(lián)盟)某實驗小組利用彈簧秤和刻度尺，測量滑塊在木板上運動的最大速度． 實驗步驟：

24、 ①用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力，記作G； ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上，通過水平細繩和固定彈簧秤相連，如圖甲所示．在A端向右拉動木板，待彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后，將讀數(shù)記作F； ③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量，重復步驟①②； 實驗數(shù)據(jù)如下表所示： G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如圖乙所示，將木板固定在水平桌面上，滑塊置于木板上左端C處，細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接，保持滑塊靜止，測量重物P離地面的高度h； ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動并最

25、終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞)，測量C、D間的距離s. 完成下列作圖和填空： (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標紙上作出F—G圖線． (2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(保留2位有效數(shù)字)． (3)滑塊最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)． [審題指導] 第一步　讀題干—提信息 題干 信息 1)向右拉動木板 說明滑塊與板之間是滑動摩擦力 2)彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后 說明滑塊靜止，處于平衡狀態(tài) 3)最終停在木板上的D點 說明滑塊末速度為0 第二步　審程序—順思路 [解析]　(1)如圖所示 (2)因彈簧

26、秤示數(shù)穩(wěn)定后滑塊靜止，由題意知此時滑動摩擦力f＝F，又因滑塊與板間壓力N＝G，故由f＝μN得F＝μG，即F－G圖線的斜率即為μ，由圖線可得μ＝k＝0.40. (3)設最大速度為v，從P下降h高度到滑塊運動到D點的過程中由動能定理得0－mv2＝－μmg·(s－h(huán))，故有v＝. [答案]　(1)見解析 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確) (3) 靈活選取研究對象及解題過程是解題關鍵.本題P重力未知，但著地后可單獨研究滑塊，除動能定理外也可用運動學公式解題. [預測題組] (2017·懷化市一模)某研究小組設計了一種“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實驗方

27、案．如下圖所示，A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端與桌面相切)，B是質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點)． 第一次實驗，如圖(a)所示，將滑槽末端與桌面右端M對齊并固定，讓滑塊從滑槽最高點由靜止滑下，最終落在水平地面上的P點，測出滑槽最高點距離桌面的高度h、M距離地面的高度H、M與P間的水平距離x1； 第二次實驗，如圖(b)所示，將滑槽沿桌面向左移動一段距離并固定，讓滑塊B再次從滑槽最高點由靜止滑下，最終落在水平地面上的P′點，測出滑槽末端與桌面右端M的距離L、M與P′間的水平距離x2. (1)在第二次實驗中，滑塊到M點的速度大小為________．(用實驗中所測物理量的符號表示

28、，已知重力加速度為g)． (2)(多選)通過上述測量和進一步的計算，可求出滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ，下列能引起實驗誤差的是________．(選填序號) A．h的測量 B．H的測量 C．L的測量 D．x2的測量 (3)若實驗中測得h＝15 cm、H＝25 cm、x1＝30 cm、L＝10 cm、x2＝20 cm，則滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝________.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字) [解析]　(1)滑塊在桌面右端M點的速度大小為：v1＝，v2＝① 由豎直方向有：H＝gt2② 由①②式求得：v2＝x2 ③ (2)第一次測的速度為：v1＝x1 ④ 滑塊在水平桌面上運動，由動能定理： －μmgL＝mv－mv⑤ 由③④⑤式可得：μ＝ 由表達式可知能引起實驗誤差的是B、C、D. (3)μ＝＝＝0.5 [答案]　(1)x2 　(2)BCD　(3)0.5 18