2022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(shí)驗(yàn) 第1講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)訓(xùn)練

2022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(shí)驗(yàn) 第1講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)訓(xùn)練考點(diǎn)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1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)0.02n2.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(diǎn)計(jì)時器計(jì)時器種類工作電源電壓打點(diǎn)間隔電磁打點(diǎn)計(jì)時器交流50 Hz,4 V6 V0.02 s電火花計(jì)時器交流50 Hz,220 V0.02 s2.頻閃照相機(jī)其作用和處理方法與打點(diǎn)計(jì)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(shí)驗(yàn)方法粗略或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?！绢}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611甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為_cm和_cm。圖611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 mm10×0.02 mm4.20 mm0.420 cm。答案60.100.4202(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 ，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612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_·m(最后一空保留兩位有效數(shù)字)。圖612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4×0.1 mm0.4 mm，所以最終讀數(shù)為：11 mm0.4 mm11.4 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 mm×42.00.420 mm，得：d0.5 mm0.420 mm0.920 mm(0.9190.921都正確)。由電阻定律得：R金屬絲的橫截面積：Sd2則有：解得：1.0×103 ·m。答案11.40.9201.1×1033一同學(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613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613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11×0.05 mm0.55 mm，所以金屬管深度為10.55 mm1.055 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20.2×0.01，因此a處數(shù)字應(yīng)為20，b處數(shù)字為25。答案1.0552025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)(l0n×精確度)mm。注意：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)。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?？键c(diǎn)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(diǎn)計(jì)時器(打點(diǎn)周期為0.02 s)打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，若每五個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔t0.02×5 s0.10 s。(2)求解瞬時速度利用做勻變速運(yùn)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614甲所示，第n點(diǎn)的瞬時速度vn。圖614(3)用“逐差法”求加速度如圖乙所示，因?yàn)閍1，a2，a3，所以a?！绢}組突破】1(2018·山西重點(diǎn)中學(xué)協(xié)作體聯(lián)考)某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時器研究小車的勻變速直線運(yùn)動，他將打點(diǎn)計(jì)時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，實(shí)驗(yàn)時得到一條紙帶如圖615所示，他在紙帶上便于測量的地方選取第一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，在這點(diǎn)下標(biāo)明A，第六個點(diǎn)下標(biāo)明B，第十一個點(diǎn)下標(biāo)明C，第十六個點(diǎn)下標(biāo)明D，第二十一個點(diǎn)下標(biāo)明E。測量時發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)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615(1)為了探究勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，該同學(xué)所取的計(jì)時點(diǎn)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(yùn)動，由該同學(xué)所測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請你幫他求出：打C點(diǎn)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(diǎn)時小車的瞬時速度vA_m/s。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析(1)本實(shí)驗(yàn)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式xaT2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(jì)數(shù)點(diǎn)偏少，故A正確；(2)由題可知相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T0.1 s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，得vC m/s0.986 m/s，由于AC間的時間間隔t0.2 s，CE間的時間間隔也為t0.2 s，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式xaT2可以求出加速度的大小，xCExACxat2，a2.58 m/s2；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論公式xmxn(mn)aT2，xDExCDx2.58 cm，xCDxAB2x，所以xABxCD2x5.99 cm；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動速度時間公式得：vCvA2aT，解得vA(0.9860.2×2.58) m/s0.470 m/s。答案(1)A(2)0.9862.585.990.4702甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。(1)圖616中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗(yàn)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616(2)乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖617所示的兩條紙帶和。紙帶_的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小為_。圖617解析(1)采用落體法做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時，需要下落的重物A和計(jì)時用的打點(diǎn)計(jì)時器B；做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，需要研究對象小車D，拉動小車的鉤碼E及計(jì)時用的打點(diǎn)計(jì)時器B。(2)紙帶的加速度大小為a1 m/s22.5 m/s2，紙帶的加速度大小為a2 m/s21.25 m/s2。因此紙帶的加速度大，大小為2.5 m/s2。答案(1)ABBDE(2)2.5 m/s2(2.32.7 m/s2均可)3(2016·全國卷)某同學(xué)用圖618甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)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618乙所示。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。圖618(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(diǎn)計(jì)時器打出B點(diǎn)時，重物下落的速度大小為_，打出C點(diǎn)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s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)間時間間隔為T，vB，同理vC，根據(jù)公式s3s12aT2，得重物下落的加速度的大小為a。(2)據(jù)mg0.01mgma和a，代入數(shù)據(jù)可得f40 Hz。答案(1)(2)40考點(diǎn)三“橡皮條、彈簧類”實(shí)驗(yàn)(2018·全國卷)某同學(xué)用圖619(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(shí)驗(yàn)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/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力f/N2.152.362.55f42.93圖619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(diǎn)并繪出fm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_，fm圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k_；(4)取g9.80 m/s2，由繪出的fm圖線求得_。(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(jì)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(diǎn)落在線上，不在線上的點(diǎn)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(Mm)g，整理得fmgMg，故fm圖線的斜線kg。(4)由圖知k3.9 N/kg，故0.40。答案(1)2.75(2)如圖所示(3)(Mm)gg(4)0.40【對應(yīng)訓(xùn)練】(2018·天津卷)某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同C使用測力計(jì)時，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度D用兩個測力計(jì)互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只有一個測力計(jì)時的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)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(diǎn)，如下圖6110所示。其中對于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是_。圖6110解析本題考查“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)。(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(xiàng)A錯誤；重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)點(diǎn)O的位置與上次實(shí)驗(yàn)無關(guān)，可以不同，選項(xiàng)B正確；使用測力計(jì)時，為避免彈簧與外殼的摩擦，要求施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線方向，讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度，選項(xiàng)C正確；拉力小于彈簧測力計(jì)的量程即可，選項(xiàng)D錯誤。(2)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，在不超測力計(jì)量程的前提下，拉力應(yīng)盡量大些；確定拉力方向時，所描點(diǎn)應(yīng)與O點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點(diǎn)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(diǎn)可以不從“0”開始?，F(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6111所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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6111(1)若將滑塊自A點(diǎn)由靜止釋放，則在滑塊從A運(yùn)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(yùn)動過程中機(jī)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(diǎn)(A點(diǎn))下滑，測量相應(yīng)的s與t值，結(jié)果如下表所示：12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104 s2)1.481.952.412.923.39以s為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在如圖6112位置的坐標(biāo)紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點(diǎn)；根據(jù)5個數(shù)據(jù)點(diǎn)作直線，求得該直線的斜率k_×104 m1·s2。(保留3位有效數(shù)字)圖6112由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計(jì)算出s直線的斜率k0，將k和k0進(jìn)行比較，若其差值在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，則可認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。解析(1)當(dāng)滑塊運(yùn)動到B點(diǎn)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EpMghmgsgs由于系統(tǒng)從靜止開始運(yùn)動，運(yùn)動至B點(diǎn)時的速度vB故動能的增加量Ek(Mm)v由EpEk可解得s。(2)描點(diǎn)及作直線見圖。在圖中直線上取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)，由k可得k2.36×104 m1s2。答案(1)(2)圖見解析(3)2.36(2.302.60均可)【題組突破】1(2018·北京理綜)用圖6113所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。圖6113主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：a安裝好實(shí)驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運(yùn)動，重復(fù)幾次。b選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時起點(diǎn)O(t0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖6114中A、B、C、D、E、F所示。圖6114c通過測量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E點(diǎn)時小車的速度、分別記作v1、v2、v3、v4、v5d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(diǎn)，如圖6115所示。圖6115結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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6115中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出vt圖像。(3)觀察vt圖像，可以判斷小車做勻變速直線運(yùn)動，其依據(jù)是_。vt圖像斜率的物理意義是_。(4)描繪vt圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動。用平均速度表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時速度，從理論上講，對t要求是_(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實(shí)驗(yàn)的角度看，選取的x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(yùn)動的速度應(yīng)該是均勻變化的。當(dāng)時只能靠滴水計(jì)時，為此他設(shè)計(jì)了如圖6116所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想。請你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時間均勻變化的。圖6116解析本題考查研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時器所用電源為50 Hz的交流電源，測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離需用刻度尺。(2)圖見答案。(3)因?yàn)樾≤嚨乃俣入S時間均勻變化，所以小車做勻加速直線運(yùn)動。由勻加速直線運(yùn)動中速度vv0at，可知vt圖像斜率的物理意義是加速度。(4)，若用表示瞬時速度，t越小越好，而選取的x大小會影響速度測量值與真實(shí)值的偏差大小。(5)設(shè)v00，vat，而xat2，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)AC(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vt，那么它通過的位移xt，xt2。因此，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時間均勻變化。2利用如圖6117甲所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)”。所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30 g。實(shí)驗(yàn)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g10 m/s2，試完成下列問題：記錄數(shù)據(jù)組12345鉤碼總質(zhì)量(g)0306090120彈簧總長(cm)6.007.118.209.3110.40圖6117(1)請?jiān)谌鐖D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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)彈簧所受到的拉力F如下表所示：記錄數(shù)據(jù)組12345鉤碼總質(zhì)量(g)0306090120彈簧所受的拉力F/N0.00.30.60.91.2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Fx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(diǎn)，如(8.0,0.56)和(10.0,1.12)，故k N/cm0.28 N/cm28 N/cm。(3)根據(jù)胡克定律有mgkx，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(diǎn)五力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。(2)將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的綜合分析之中。2創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?2)應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實(shí)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)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動，用自制“滴水計(jì)時器”計(jì)量時間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時器固定在小車旁，如圖6118甲所示。實(shí)驗(yàn)時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動過程中，滴水計(jì)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(jì)時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴)圖6118(1)由圖乙可知，小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)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(yùn)動。小車運(yùn)動到圖乙中A點(diǎn)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(yùn)動方向。(2)勻變速直線運(yùn)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(yùn)動，桌面上“水滴”的間距應(yīng)逐漸減小，小車的運(yùn)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(yùn)動到A位置的速度大小為vA m/s0.187 5 m/s0.19 m/s；小車運(yùn)動的加速度大小為a0.038 m/s2答案(1)從右向左(2)0.190.038【題組突破】1(2018·安徽聯(lián)盟)在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中，某物理興趣小組利用如圖6119甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖6119(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(diǎn)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(diǎn)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(jì))，從力傳感器中得出拉力F，作出aF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 cm8×0.005 cm0.940 cm；(2)滑塊做勻加速直線運(yùn)動，有2asv2，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(yùn)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(shí)際的拉力，此時aF圖像應(yīng)為圖線2。答案(1)0.940(2)(3)22.為了驗(yàn)證碰撞中的動量守恒和檢驗(yàn)兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機(jī)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(shí)驗(yàn)：圖6120用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1m2。按照如圖6120所示的那樣，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)的切線水平。將一斜面BC連接在斜槽末端。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(diǎn)位置。將小球m2放在斜槽末端點(diǎn)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(diǎn)位置。用毫米刻度尺量出各個落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離。圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為LD、LE、LF。根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：(1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中的_點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的_點(diǎn)。(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(diǎn)位置跟平拋運(yùn)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(diǎn)是圖中的D點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的F點(diǎn)。(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m1v0m1v1m2v2。設(shè)斜面傾角為，根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律有tan ，所以vt，而t，所以v。本題中，要驗(yàn)證m1v0m1v1m2v2成立，只需要驗(yàn)證m1m1m2成立。(3)要驗(yàn)證兩個小球的碰撞是彈性碰撞，即要再驗(yàn)證m1vm1vm2v成立，而平拋運(yùn)動時的初速度v，所以v2L，故需要再滿足關(guān)系式m1LEm1LDm2LF。答案(1)DF(2)m1m1m2(3)m1LEm1LDm2LF一、計(jì)算題1(2018·全國卷)甲、乙兩同學(xué)通過下面的實(shí)驗(yàn)測量人的反應(yīng)時間。實(shí)驗(yàn)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，L30.0 cm，L110.4 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hLL1，由自由落體運(yùn)動規(guī)律可知，hgt2，解得t。代入數(shù)據(jù)得t0.20 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)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)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(jì)時器。圖6121實(shí)驗(yàn)步驟如下：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；當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計(jì)時器測得光線被擋光片遮住的時間t；用s表示擋光片沿運(yùn)動方向的長度(如圖(b)所示)，表示滑塊在擋光片遮住光線的t時間內(nèi)的平均速度大小，求出；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟、；多次重復(fù)步驟利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出t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t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(yùn)動，在擋光片通過光電門的過程中，由運(yùn)動學(xué)公式得tvAta(t)2，則vAat。(2)由vAat結(jié)合題圖(c)可知，圖線與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長與縱軸相交，得vA52.1 cm/s，圖線的斜率等于a，即a cm/s2，求得a16.4 cm/s2。答案(1)vAt(2)52.116.43(2016·全國卷)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6122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(diǎn)計(jì)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(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。圖6122(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟；把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點(diǎn)計(jì)時器電源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6123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(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。圖6123解析(1)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時器電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，使其向右滑動，因此步驟為。(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(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時的速度為v1.29 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(diǎn)間距越大，因此M紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。答案(1)(2)1.29M4(2017·全國卷)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，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6124(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時，橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時拉力F的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)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(diǎn)；現(xiàn)使用兩個測力計(jì)同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。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(jì)的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F14.2 N和F25.6 N。用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，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6124F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(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。解析(1)由測力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0 N。(2)利用平行四邊形定則作圖；由圖可知F合4.0 N，從F合的頂點(diǎn)向x軸和y軸分別作垂線，頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)對應(yīng)長度為1 mm，頂點(diǎn)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)F1、F2和F合如圖所示4.00.055(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6125所示，則由圖線可知：圖6125(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)，兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖6125所示的甲、乙兩種方案。為了用某一彈簧測力計(jì)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。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(jì)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F0時，彈簧的長度為L020 cm，即彈簧的原長為20 cm，由圖讀出彈力為F060 N，彈簧的長度為L040 cm，彈簧伸長的長度x0LL0402020 cm0.2 m；由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)為k300 N/m；(2)甲乙兩種方案，在拉著物體A運(yùn)動的過程中，拉A的彈簧測力計(jì)由于在不斷地運(yùn)動，示數(shù)可能會變化，讀數(shù)不是很準(zhǔn)，彈簧測力計(jì)a是不動的，指針穩(wěn)定，便于讀數(shù)，故甲方案更合理；由于彈簧測力計(jì)a示數(shù)為6.0 N，所以A、B間的動摩擦因數(shù)0.30。答案(1)300(2)甲(3)0.306(2018·鄭州一模)如圖6126甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。現(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。圖6126(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的器材有_。A米尺B06 V直流電源C秒表 D06 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(diǎn)之間的時間間隔為0.02 s，根據(jù)紙帶計(jì)算出打下D點(diǎn)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mv2mgh驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，對實(shí)驗(yàn)條件的要求是_，為驗(yàn)證和滿足此要求，所選擇的紙帶第1、2點(diǎn)間的距離點(diǎn)接近_。(4)該同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2h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(diǎn)計(jì)時器計(jì)算時間，故不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故選AD。(2)由圖可知CE間的距離為：x19.4112.407.01 cm0.0701 m；則由平均速度公式可得，D點(diǎn)的速度vD m/s1.75 m/s；(3)用公式mv2mgh時，對紙帶上起點(diǎn)的要求是重錘是從初速度為零開始，打點(diǎn)計(jì)時器的打點(diǎn)頻率為50 Hz，打點(diǎn)周期為0.02 s，重物開始下落后，在第一個打點(diǎn)周期內(nèi)重物下落的高度hgT2×9.8×0.022 m2 mm，所以所選的紙帶最初兩點(diǎn)間的距離接近2 mm。(4)由機(jī)械能守恒mghmv2得v22gh，由此可知：圖像的斜率k2g。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6127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(jì)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(diǎn)到光電門的距離s。圖6127(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(shí)驗(yàn)中多次改變釋放點(diǎn)，測出多組數(shù)據(jù)，描點(diǎn)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(diǎn)到光電門的距離，則橫坐標(biāo)表示的是_。AtBt2C.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(shí)驗(yàn)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37.9×0.01 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(mM)v2(mM)，解得：s，因?yàn)閳D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：kd2，解得滑塊質(zhì)量Mm。答案(1)1.879(2)D(3)m8(2018·廣東二模)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖6128甲所示實(shí)驗(yàn)裝置，探究滑塊運(yùn)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(shí)驗(yàn)，將位移傳感器和力傳感器得到的多組數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到了兩條a­F圖線，如圖乙所示。圖6128(1)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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“”或“”)。(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)_。(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(shí)驗(yàn)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)F0時，a0，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(shí)驗(yàn)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，所以圖線是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的；(3)滑塊運(yùn)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k2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m0.5 kg。由圖形乙得，在水平軌道上F1 N時，加速度a0，根據(jù)牛頓第二定律得Fmg0，解得0.2。答案(1)A(2)(3)0.50.2