高考物理大二輪復(fù)習(xí)與增分策略 專題九 實驗技能與創(chuàng)新 第1講 力學(xué)實驗與創(chuàng)新-人教版高三全冊物理試題

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1、專題九 實驗技能與創(chuàng)新 [專題定位]　高考對學(xué)生實驗的考查，主要有以下十一個實驗：①研究勻變速直線運動；②探究彈力和彈簧伸長的關(guān)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(jī)械能守恒定律；⑦測定金屬的電阻率(同時練習(xí)使用螺旋測微器)；⑧描繪小電珠的伏安特性曲線；⑨測定電源的電動勢和內(nèi)阻；⑩練習(xí)使用多用電表；?傳感器的簡單使用. 高考除了對課本中原有的學(xué)生實驗進(jìn)行考查外，還增加了對演示實驗的考查，利用學(xué)生所學(xué)過的知識，對實驗器材或?qū)嶒灧椒右灾亟M，來完成新的實驗設(shè)計.設(shè)計型實驗的考查將逐步取代對課本中原有的單純學(xué)生實驗的考查. [應(yīng)考策略]　1.熟知各種器材的

2、特性.2.熟悉課本實驗， 抓住實驗的靈魂——實驗原理，掌握數(shù)據(jù)處理的方法，熟知兩類誤差分析. 第1講　力學(xué)實驗與創(chuàng)新 解題方略 實驗數(shù)據(jù)的處理方法 (1)列表法：將測得的實驗數(shù)據(jù)填入設(shè)計好的表格之中，可以分析兩物理量間的定性關(guān)系. (2)圖象法：根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行作圖.若是曲線應(yīng)平滑，若是直線要讓盡量多的點過直線，或在直線兩側(cè)均勻分布. (3)函數(shù)法：往往是根據(jù)圖象得到物理量間的函數(shù)關(guān)系方程式. 例1　如圖1甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關(guān)系的實驗情景.用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標(biāo)尺刻度x及拉力大小F

3、(從電腦中直接讀出).所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中： 圖1 拉力大小F/N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 標(biāo)尺刻度x/cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00 (1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為________ cm； (2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖丙坐標(biāo)紙上作出F與x的關(guān)系圖象； (3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m、彈簧的原長為________cm.(均保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)由圖可知，刻度尺的最小分度為0.1 cm，故讀數(shù)為63.60 cm； (2)根據(jù)

4、表中數(shù)據(jù)利用描點法得出對應(yīng)的圖象如圖所示； (3)由胡克定律可知，圖象的斜率表示勁度系數(shù)，則可知k＝≈24.85 N/m； 圖象與橫坐標(biāo)的交點為彈簧的原長，則可知，原長為55.2 cm. 答案　(1)63.60(63.55～63.65) (2)如圖 (3)24.85(24.80～24.90)　55.2(55.0～55.5) 預(yù)測1　(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關(guān)系實驗時得到如圖2(a)所示的F－L圖象，由圖象可知：彈簧原長L0＝________ cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m. 圖2 (2)如圖(b)所示，細(xì)繩的左端掛上鉤碼(

5、已知每個鉤碼重G＝1 N)，右端固定在彈簧的右端，O處固定一塊帶孔的數(shù)字擋板，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖(b)，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為________ cm.由此可推測圖(b)中所掛鉤碼的個數(shù)為________個. 答案　(1)3.0　200　(2)1.50　3 解題方略 1.本實驗考查的重點是“力作用效果的等效性”. 2.對實驗步驟中兩個分力和合力的大小和方向的確定也是考查的重點. 例2　如圖3所示，某同學(xué)在家中嘗試驗證力的平行四邊形定則，他找到三條長度和粗細(xì)相同的橡皮筋(遵循胡克定律)，以及重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子等.他設(shè)計了如下實驗：①

6、將三條橡皮筋的一端系在一起，另一端分別連一個繩套.②他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等.③在墻上A、B兩點釘兩個釘子，將白紙固定在墻面上合適的位置，再將橡皮筋的兩個繩套套在兩釘子上，測出此時三條橡皮筋的長.④將重物掛在第三個繩套C上，測量并記錄三條橡皮筋的長度并記下結(jié)點O的位置.⑤取下白紙，畫出受力圖，驗證平行四邊形定則.⑥換用不同的重物并改變A、B的位置重復(fù)實驗. 圖3 (1)實驗步驟②的目的是________； (2)實驗步驟④中，有一個重要遺漏是________； (3)實驗步驟⑥中________(選填“要”或“不要”)保證O點位置不變； (4)為了使

7、實驗更準(zhǔn)確，下述做法不正確的是________. A.A、B要一樣高 B.A、B距離要適當(dāng) C.重物質(zhì)量不能太大 D.橡皮筋要與墻面平行 解析　(1)他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等，目的是判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同. (2)實驗步驟④中，有一個重要遺漏是記下拉力的方向. (3)該實驗，橡皮筋遵守胡克定律，結(jié)點O處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，通過任意兩個力的合力與第三個是否等值反向驗證力的平行四邊形定則，不要保證O點的位置不變. (4)在該實驗中，A、B不一定要一樣高，但是A、B的距離要適當(dāng)，不能太大，也不能太小，所掛重物的質(zhì)量適當(dāng)，不能太大，拉力的方向與

8、墻面平行，則橡皮筋與墻面需平行，故A錯誤，B、C、D正確. 答案　(1)判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同 (2)記下拉力的方向 (3)不要 (4)A 預(yù)測2　某同學(xué)利用如圖4甲所示的裝置驗證力的平行四邊形定則.在豎直放置、貼有白紙的木板上固定有兩個輕質(zhì)小滑輪，細(xì)線AB和OC連接于O點，細(xì)線AB繞過兩滑輪，D、E是細(xì)線與光滑滑輪槽的兩個切點.在細(xì)線末端A、B、C三處分別掛有不同數(shù)量的相同鉤碼.設(shè)所掛鉤碼個數(shù)分別用N1、N2、N3表示.掛上適當(dāng)數(shù)量的鉤碼，當(dāng)系統(tǒng)平衡時進(jìn)行相關(guān)記錄.改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)進(jìn)行多次實驗. 　 圖4 (1)下列關(guān)于本實驗操作的描述，正確的有________

9、. a.需要利用天平測出鉤碼的質(zhì)量 b.∠EOD不宜過大 c.兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上 d.每次實驗都應(yīng)使細(xì)線的結(jié)點O處于同一位置 (2)每次實驗結(jié)束后，需要記錄的項目有N1、N2、N3的數(shù)值和________. (3)該同學(xué)利用某次實驗結(jié)果在白紙上繪制了如圖乙所示的實驗結(jié)果處理圖，則根據(jù)你對本實驗的理解，要驗證力的平行四邊形定則，還需對該圖作出如下完善：________. 答案　(1)bc　(2)OC、OD、OE三段細(xì)線的方向　(3)過O點作出與FOC等大反向的力F′ 解析　(1)用鉤碼的個數(shù)可以代表拉力的大小，因此不需要測量鉤碼的質(zhì)量，故a錯誤； ∠EOD若太大

10、，導(dǎo)致其合力較小，增大了誤差，故∠EOD不宜過大，故b正確； 只要便于記錄通過滑輪的力的方向即可，兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上，故c正確； 該題應(yīng)用了物體的平衡來驗證力的平行四邊形定則，不需要每次實驗都使細(xì)線的結(jié)點O處于同一位置，故d錯誤. (2)為驗證力的平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點，即標(biāo)記結(jié)點O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此從力的三要素角度出發(fā)，要記錄鉤碼的個數(shù)和記錄OC、OD和OE三段細(xì)線的方向. (3)本實驗是要驗證力的平行四邊形定則，故應(yīng)將由平行四邊形定則得出的合力，與真實的合力進(jìn)行比較而去判斷平行四邊形定則得出的結(jié)果

11、是否正確，由圖乙可知，要驗證力的平行四邊形定則，還需要過O點作出與FOC等大反向的力F′. 解題方略 《考試大綱》規(guī)定的六個力學(xué)實驗中有四個涉及打點計時器：研究勻變速直線運動、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、探究動能定理和驗證機(jī)械能守恒定律.這類實驗的關(guān)鍵是要掌握紙帶的分析處理方法，對于紙帶常有以下三大應(yīng)用： (1)由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算，一般每五個點取一個計數(shù)點，這樣時間間隔為Δt＝0.02×5 s＝0.1 s. (2)求解瞬時速度 利用做勻變速直線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5所

12、示，打n點時的瞬時速度vn＝ 圖5 例3　(2016·全國丙卷·23)某物理課外小組利用圖6中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg.實驗步驟如下： 圖6 (1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑. (2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車

13、，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a. (3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n＝2時的st圖象如圖7所示；由圖7求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表. n 1 2 3 4 5 a/(m·s－2) 0.20 0.58 0.78 1.00 圖7 (4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖8中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點，并作出an圖象.從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比. 圖8 (5)利用an圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度

14、取g＝9.8 m·s－2). (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標(biāo)號) A.an圖線不再是直線 B.an圖線仍是直線，但該直線不過原點 C.an圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 解析　(3)因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將題圖中點(2.00,0.78)代入s＝at2可得，a＝0.39 m/s2. (4)根據(jù)描點法可得如圖所示圖線. (5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.44 kg. (6)若保持木板水平，則小車運動中受到摩擦力的作用，n的數(shù)值相同的情況下，加

15、速度a變小，直線的斜率變小.繩的拉力等于摩擦力時，小車才開始運動，圖象不過原點，選項B正確. 答案　(3)0.39　(4)見解析圖　(5)0.44　(6)B 預(yù)測3　在“用DIS研究小車加速度與所受合外力的關(guān)系”實驗中時，甲、乙兩組分別用如圖9(a)、(b)所示的實驗裝置進(jìn)行實驗，重物通過細(xì)線跨過滑輪拉相同質(zhì)量小車，位移傳感器(B)隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器(A)固定在軌道一端.甲組實驗中把重物的重力作為拉力F，乙組直接用力傳感器測得拉力F，改變重物的重力重復(fù)實驗多次，記錄多組數(shù)據(jù)，并畫出a－F圖象. 圖9 (1)位移傳感器(B)屬于________.(填“發(fā)射器”或

16、“接收器”) (2)甲組實驗把重物的重力作為拉力F的條件是________________________________. (3)圖10中符合甲組同學(xué)作出的實驗圖象的是________；符合乙組同學(xué)作出的實驗圖象的是________. 圖10 答案　(1)發(fā)射器　(2)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量　(3)②?、? 解析　(1)位移傳感器(B)屬于發(fā)射器. (2)在該實驗中實際是：mg＝(M＋m)a，要滿足mg＝Ma，應(yīng)該使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.即小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量. (3)在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比；由實驗原理：mg＝Ma 得a＝ 而實際上a′＝

17、，即隨著重物的質(zhì)量增大，不再滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量， 所以圖中符合甲組同學(xué)作出的實驗圖象的是②. 乙組直接用力傳感器測得拉力F，隨著重物的質(zhì)量增大，拉力F測量是準(zhǔn)確的，a－F關(guān)系為一傾斜的直線，符合乙組同學(xué)作出的實驗圖象的是①. 解題方略 在探究動能定理時，通常有定性分析和定量計算兩種考查方式.定性分析一般要求作出W－v2圖象，也可以拓展為與W或v2相關(guān)的物理量間的關(guān)系圖象，如l－v2等；定量計算時需要用W＝Fl計算合外力做的功，再利用ΔEk＝mv2－mv計算出動能的變化量，比較即可. 例4　為驗證“拉力做功與物體動能變化的關(guān)系”，某同學(xué)到實驗室找到下列器材：長木板(一端

18、帶定滑輪)、電磁打點計時器、質(zhì)量為200 g的小車、質(zhì)量分別為10 g、30 g和50 g的鉤碼、細(xì)線、學(xué)生電源(有“直流”和“交流”擋).該同學(xué)進(jìn)行下列操作： A.組裝實驗裝置，如圖11(a)所示 B.將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c計時器附近，并按住小車 C.選用50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上 D.釋放小車，接通打點計時器的電源，打出一條紙帶 E.在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶，如圖(b)所示 F.進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理 圖11 請你完成下列問題： (1)進(jìn)行實驗時，學(xué)生電源應(yīng)選擇用________擋(選填“直流”或“交流”). (2)該同學(xué)將紙

19、帶上打出的第一個點標(biāo)為“0”，且認(rèn)為打“0”時小車的速度為零，其后依次標(biāo)出計數(shù)點1、2、3、4、5、6(相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫)，各計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s，如圖(b)所示.該同學(xué)測量出計數(shù)點0到計數(shù)點3、4、5的距離，并標(biāo)在圖(b)上.則在打計數(shù)點4時，小車的速度大小為________ m/s；如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當(dāng)作小車所受的拉力，則在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為________ J，小車的動能增量為________ J.(取重力加速度g＝9.8 m/s2，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (3)由(2)中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學(xué)并沒有能夠得到“拉力對物體做的功等于物體動

20、能增量”的結(jié)論，且對其他的點(如2、3、5點)進(jìn)行計算的結(jié)果與“4”計數(shù)點相似.你認(rèn)為產(chǎn)生這種實驗結(jié)果的主要原因有(寫出兩條即可) ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________. 解析　(1)打點計時器是一種計時儀器，使用交流電源； (2)根據(jù)勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，相鄰的兩個計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1

21、s， 得：v4＝＝ m/s＝0.58 m/s， 在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為：W＝mgx04＝0.05×9.8×0.12 J≈0.059 J； 小車的動能增量為：ΔEk＝Mv＝×0.2×0.582 J≈0.034 J； (2)該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因一是鉤碼重力大小并不等于繩子拉力的大小，設(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：F＝Ma① 對鉤碼有：mg－F＝ma② F＝ mg， 由此可知當(dāng)M?m時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，顯然該實驗中沒有滿足這個條件；另外該實驗要進(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差. 答案　(1)交流 (2)0.58　5.9×10

22、－2　3.4×10－2 (3)①小車質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量；②沒有平衡摩擦力；③沒考慮鉤碼動能的增加. 預(yù)測4　探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝置如圖12所示.實驗過程中有平衡摩擦力的步驟，并且設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大，即分別為W0、2W0、3W0、4W0…. 圖12 (1)實驗中首先通過調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力，目的是________(填寫字母代號). A.為了釋放小車后小車能做勻加速運動 B.為了增大橡皮筋對小車的彈力 C.為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功 D.為了使小車獲得較大的動能 (2)圖13是在正確操作情

23、況下打出的一條紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一部分，已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm＝________m/s(保留3位有效數(shù)字). 圖13 (3)幾名同學(xué)在實驗中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)繪出了下列給出的四個圖象，你認(rèn)為其中正確的是________. 答案　(1)C　(2)1.22　(3)D 解析　(1)實驗?zāi)康氖翘骄亢贤饬ψ龉εc物體速度的關(guān)系，平衡摩擦力后，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功. (2)由圖可知，小車先做加速度變化的加速運動，后做勻速運動.當(dāng)小車做勻速運動時，

24、小車獲得的速度最大，即vm＝ m/s＝1.22 m/s. (3)由W∝v，知D正確. 解題方略 1.驗證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理 方法一：利用起始點和第n點計算.代入ghn和v，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghn＝v，則驗證了機(jī)械能守恒定律. 方法二：任取兩點計算.任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB；算出v－v的值；在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若ghAB＝v－v，則驗證了機(jī)械能守恒定律. 方法三：圖象法.從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2－h(huán)圖線.若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條

25、過原點且斜率為g的直線，則驗證了機(jī)械能守恒定律. 2.誤差分析 教材中驗證機(jī)械能守恒定律的實驗是利用自由落體運動進(jìn)行研究的，在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差.而利用豎直上拋運動驗證機(jī)械能守恒定律，動能的減少量略大于重力勢能的增加量，所以在對誤差進(jìn)行分析時，要根據(jù)實驗方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結(jié)論. 例5　(2016·全國乙卷·22)某同學(xué)用圖14(a)所示的實驗裝置驗證機(jī)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(b)所示.

26、 圖14 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)和其它題給條件進(jìn)行推算. (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)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)重力加速度大小為9.80 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)由于重物勻加速下落，B點的速度vB等于AC段的平

27、均速度，即vB＝ 由于T＝，故vB＝(s1＋s2) 同理可得vC＝(s2＋s3) 勻加速直線運動的加速度a＝ 故a＝＝＝(s3－s1)① (2)重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得 mg－F阻＝ma② 由已知條件F阻＝0.01mg③ 由②③得a＝0.99g 由①得f＝，代入數(shù)據(jù)得f≈40 Hz 答案　(1)(s1＋s2)　(s2＋s3)　(s3－s1)　(2)40 預(yù)測5　某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律，實驗裝置如圖15所示.氣墊導(dǎo)軌與水平桌面的夾角為θ，導(dǎo)軌底端P點有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片的寬度為b，滑塊與沙桶由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩

28、相連.導(dǎo)軌上Q點固定一個光電門，擋光片到光電門的距離為d. 圖15 (1)實驗時，該同學(xué)進(jìn)行了如下操作： ①開啟氣泵，調(diào)節(jié)細(xì)沙的質(zhì)量，使滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則沙桶和細(xì)沙的總質(zhì)量為________； ②在沙桶中再加入質(zhì)量為m的細(xì)沙，讓滑塊從P點由靜止開始運動.已知光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt，則滑塊通過Q點的瞬時速度為________. (2)在滑塊從P點運動到Q點的過程中，滑塊的機(jī)械能增加量ΔE1＝________，沙桶和細(xì)沙的機(jī)械能減少量ΔE2＝________.在誤差允許的范圍內(nèi)，如果ΔE1＝ΔE2，則滑塊、沙桶和細(xì)沙組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 答案　(1)①Msin θ?、?/p>

29、 (2)M()2＋Mgdsin θ　(Msin θ＋m)gd－(Msin θ＋m)()2 解析　(2)沙和沙桶總質(zhì)量為Msin θ＋m， 重力勢能減少量為ΔEp＝(Msin θ＋m)gd， 而動能增量為ΔEk＝(Msin θ＋m)()2 所以ΔE2＝ΔEp－ΔEk ＝(Msin θ＋m)gd－(Msin θ＋m)()2 例6　(2016·全國甲卷·22)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16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

30、得彈簧被壓縮后的彈性勢能. 圖16 (1)實驗中涉及到下列操作步驟： 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17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17 解析　(1)根據(jù)該實驗操作過

31、程，正確步驟應(yīng)為④①③②. (2)物塊脫離彈簧時速度最大，v＝＝ m/s＝1.29 m/s；由動能定理ΔEp＝mv2，據(jù)紙帶中打點的疏密知M紙帶獲得的最大速度較大，對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能較大. 答案　(1)④①③②　(2)1.29　M 預(yù)測6　某研究小組設(shè)計了一種“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實驗方案.如圖18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). 　 圖18 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、

32、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，已知重力加速度為g). (2)通過上述測量和進(jìn)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 c

33、m、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) 答案　(1)x2　(2)BCD　(3)0.5 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＝x2③ (2)第一次測的速度為：v1＝x1④ 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(dá)式可知能引起實驗誤差的是B、C、D. (3)μ＝＝＝0.5 專題強(qiáng)化練 1.在“探究求合力的方法”實驗中，橡皮條一端固定于A點. (1)如圖1所示，同時

34、使用兩只彈簧測力計通過細(xì)繩套將橡皮條的另一端拉至O點.分別記錄兩個拉力的大小和方向，其中一只彈簧測力計的示數(shù)如圖所示，則其示數(shù)為________ N. 圖1 (2)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是________. A.細(xì)繩套盡可能短一些 B.橡皮條的伸長量越大越好 C.拉兩個細(xì)繩套時，兩拉力夾角越大越好 D.拉細(xì)繩套時，拉力應(yīng)盡量與木板平行 (3)某同學(xué)通過多次實驗得出：力的合成遵循平行四邊形定則.圖2為根據(jù)其中一次實驗數(shù)據(jù)畫出的兩個力F1、F2的圖示，請利用平行四邊形定則在圖中作出這兩個力的合力F合，根據(jù)圖示可以確定合力大小為________ N. 圖2 答案　(1)

35、2.60　(2)D　(3)如圖所示　7.0 解析　(1)根據(jù)彈簧測力計指針的指示可知，其讀數(shù)為2.60 N； (2)細(xì)繩套盡可能長一些，減小力的方向的誤差.故A錯誤； 橡皮條的伸長量不是越大越好，方便作圖即可，故B錯誤； 兩條細(xì)繩的夾角不是越大越好，以方便作平行四邊形為宜.故C錯誤. 拉細(xì)繩套時，橡皮條、細(xì)繩套和彈簧測力計平行貼近木板，使得結(jié)點所受的幾個力在同一平面內(nèi)，故D正確. (3)根據(jù)力的平行四邊形定則畫出圖象如圖所示： 根據(jù)圖象可知，合力大小為F合＝7.0 N. 2.在利用如圖3甲所示的實驗裝置做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗.所用的鉤碼的質(zhì)量都是30 g.

36、實驗中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將4個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，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)填在了下面的表中.(彈簧始終未超過彈性限度，取g＝10 m/s2)，試完成下列問題： 圖3 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 鉤碼總質(zhì)量(g) 0 30 60 90 120 彈簧總長度(cm) 6.00 7.11 8.20 9.31 10.40 (1)請在圖乙所示的坐標(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

37、學(xué)直接利用表中實驗數(shù)據(jù)，作出了鉤碼質(zhì)量m跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象是一條直線，該圖象斜率所表示的物理意義是________________；該圖象在橫軸上截距的物理意義是________________. 答案　(1)如圖所示 (2)27 (3)彈簧的勁度系數(shù)與當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋戎怠椈傻脑L 3.為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖4所示的實驗裝置： 圖4 (1)以下實驗操作正確的是(　　) A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動 B.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行 C.先接通電源后釋放小車 D.實驗中小車的

38、加速度越大越好 (2)在實驗中，得到一條如圖5所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，則小車的加速度a＝________ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 圖5 (3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a—F圖線，如圖6所示.圖線________是在軌道傾斜情況下得到的(填“①”或“②”)；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m＝_______

39、_ kg. 圖6 答案　(1)BC　(2)0.34　(3)①　0.5 解析　(1)將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是細(xì)線的拉力，故選項A錯誤；細(xì)線的拉力為小車的合力，所以細(xì)線與木板平行，則應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)線與木板平行，故B正確；實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時器由靜止釋放，先接通電源后釋放小車，故選項C正確；實驗時，為了減小實驗的誤差，小車的加速度適當(dāng)大一些，故D錯誤. (2)根據(jù)作差法得：a＝≈0.34 m/s2. (3)由圖象可知，當(dāng)F＝0時，a≠0，也就是說當(dāng)細(xì)線上沒有拉力時小車就

40、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，根據(jù)F＝ma得a－F圖象的斜率k＝，由a－F圖象得圖象斜率k＝2，所以m＝0.5 kg. 4.(2016·四川理綜·8)用如圖7所示的裝置測量彈簧的彈性勢能.將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點；在O點右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門，計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連.先用米尺測得B、C兩點間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t，用米尺測量A、O之間的距離x. 圖7 (1)計算滑

41、塊離開彈簧時速度大小的表達(dá)式是________. (2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量________. A.彈簧原長 B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣? C.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量 (3)增大A、O之間的距離x，計時器顯示時間t將________. A.增大 B.減小 C.不變 答案　(1)　(2)C　(3)B 解析　(1)滑塊離開彈簧后做勻速直線運動，v＝. (2)根據(jù)功能關(guān)系可得，Ep＝mv2，則還需要測量滑塊(含遮光片)的質(zhì)量，選項C正確. (3)增大A、O之間的距離x，彈簧的彈性勢能增大，滑塊離開彈簧后的速度增大，從B到C的時間t將減小，選項B正確. 5.如圖8甲所示為驗

42、證機(jī)械能守恒定律的實驗簡圖，地面以下為較松軟的泥土.實驗時把一質(zhì)量為m的鐵塊舉到離地面高為H的地方，讓其自由下落，落入泥土中.鐵塊下面貼有力傳感器(質(zhì)量忽略不計)，可測得泥土中任意深度h處鐵塊受到的阻力Ff，圖乙為計算機(jī)根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪制的擬合圖象(橫軸表示深度h，單位cm，縱軸表示阻力Ff，單位N). 圖8 分析圖象數(shù)據(jù)，可得出鐵塊受到的阻力Ff與深度h的關(guān)系為________(選填“Ff＝kh2”、“Ff＝kh3”或“Ff＝kh4”).某次實驗中，鐵塊下落深度為h1時停止運動，嘗試寫出鐵塊從下落到落地前驗證其機(jī)械能守恒定律的方程________(比例系數(shù)k為已知) 答案　Ff＝

43、kh3　mgH＝kh－mgh1(不能移項，移項物理意義不清晰) 解析　由題圖乙知，當(dāng)h＝2 cm時，F(xiàn)f＝8 N，當(dāng)h＝2.5 cm時，F(xiàn)f≈15.6 N，可知鐵塊受到阻力Ff與深度h的關(guān)系為Ff＝kh3，對進(jìn)入泥土的過程運用動能定理得：mgh1－Wf＝0－mv2， Ff－h(huán)圖線圍成的面積表示克服摩擦力做功，運用數(shù)學(xué)微積分得：Wf＝kh， 可知落地的動能為：Ek＝mv2＝kh－mgh1， 根據(jù)機(jī)械能守恒有：mgH＝mv2， 即mgH＝kh－mgh1. 6.用如圖9所示裝置做“驗證動能定理”的實驗.實驗中，小車碰到制動擋板時，鉤碼尚未到達(dá)地面. 圖9 (1)為了保證細(xì)繩的拉力

44、等于小車所受的合外力，以下操作必要的是________(選填選項前的字母). A.在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力 B.在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力 C.調(diào)節(jié)木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行 D.所加鉤碼的質(zhì)量盡量大一些 (2)如圖10是某次實驗中打出紙帶的一部分.O、A、B、C為4個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有4個打出的點沒有畫出，所用交流電源的頻率為50 Hz.通過測量，可知打點計時器打B點時小車的速度大小為______ m/s. 圖10 (3)甲同學(xué)經(jīng)過認(rèn)真、規(guī)范地操作，得到一條點跡清晰的紙帶.他把小車開始運動時打下的點

45、記為O，再依次在紙帶上取等時間間隔的1、2、3、4、5、6等多個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離s及打下各計數(shù)點時小車的瞬時速度v.如圖11是根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)繪出的v2－s圖象.已知此次實驗中鉤碼的總質(zhì)量為0.015 kg，小車中砝碼的總質(zhì)量為0.100 kg，取重力加速度g＝ 9.8 m/s2，則由圖象可知小車的質(zhì)量為________kg(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 圖11 (4)在鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，乙同學(xué)認(rèn)為小車所受拉力大小等于鉤碼所受重力大小.但經(jīng)多次實驗他發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是要比小車動能變化量小一些，造成這一情況的原因可能是__________(選填選項前的字母).

46、 A.滑輪的軸處有摩擦 B.小車釋放時離打點計時器太近 C.長木板的右端墊起的高度過高 D.鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力 答案　(1)AC　(2)0.36　(3)0.18　(4)C 解析　(1)為保證細(xì)繩的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡時應(yīng)不掛鉤碼，同時需保證細(xì)繩與木板平行，故選 A、C. (2)vB＝＝ m/s＝0.36 m/s. (3)設(shè)鉤碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，砝碼的總質(zhì)量為m0，對鉤碼mg－FT＝ma對小車和砝碼FT＝(m0＋M)a，可推出a＝，再代入運動學(xué)公式v2＝2as 得v2＝2s，由此可知圖象斜率為，由圖象可知圖象斜率k＝1(

47、注意橫軸單位)，代入可得小車質(zhì)量M≈0.18 kg. (4)若拉力做功小于小車動能增量，說明有其他力做功，可能是平衡摩擦力過度，故C正確. 7.某同學(xué)用如圖12所示的裝置驗證機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機(jī)械能是否守恒. 圖12 (1)用ΔEp＝mgh計算鋼

48、球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離. A.鋼球在A點時的頂端 B.鋼球在A點時的球心 C.鋼球在A點時的底端 (2)用ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖13所示，其讀數(shù)為________cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v＝________m/s. 圖13 (3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果： ΔEp(×10－2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10－2 J) 5.04 10.1 15.1 2

49、0.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由. (4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議. 答案　(1)B　(2)1.50　1.50　(3)不同意　理由見解析　(4)見解析 解析　(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球球心到鋼球在A點時的球心之間的豎直距離，故選B. (2)遮光條的寬度d＝1.50 cm，鋼球的速度v＝＝1.50 m/s (3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp. (4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v.