高考物理二轮复习专题六实验技能与创新力学实验学案

高考物理二轮复习专题六实验技能与创新力学实验学案

第1讲　力学实验 ‎[做真题·明考向]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　真题体验　透视命题规律 授课提示：对应学生用书第71页 ‎[真题再做]‎ ‎1.(2018·高考全国卷Ⅰ，T22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．‎ 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．‎ 解析：标尺的游标为20分度，精确度为0.05mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37mm＋15×0.05mm＝37.75mm＝3.775cm.‎ 弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825cm，‎ 砝码平衡时，mg＝kx，所以劲度系数 k＝＝N/m≈53.7 N/m.‎ 答案：3.775　53.7‎ ‎2．(2018·高考全国卷Ⅲ，T22)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：‎ ‎(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．‎ ‎(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示)．‎ ‎(3)已知当地的重力加速度大小为g＝‎9.80m/s2，L＝‎30.0cm，L1＝‎10.4cm.乙的反应时间为________s．(结果保留2位有效数字)‎ ‎(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：___________________________________.‎ 解析：(2)根据自由落体运动的规律，得L－L1＝gt2，解得t＝.‎ ‎(3)将g＝‎9.80m/s2，L＝‎30.0cm＝‎0.300m，L1＝‎10.4cm＝‎0.104m，代入t＝得t ‎＝0.20s.‎ ‎(4)建议：多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子．‎ 答案：(2) 　(3)0.20　(4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子 ‎3．(2017·高考全国卷Ⅰ，T22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)‎ ‎(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．‎ ‎(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________ m/s2.(结果均保留2位有效数字)‎ 解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的．(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝＝s．根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝≈0.19m/s.由逐差法可得，小车运动的加速度大小为a＝≈0.037m/s2.‎ 答案：(1)从右向左　(2)0.19　0.037‎ ‎4.(2018·高考全国卷Ⅱ，T23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中ƒ4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出．‎ 砝码的质量m/kg ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ 滑动摩擦力ƒ/N ‎2.15‎ ‎2.36‎ ‎2.55‎ ƒ4‎ ‎2.93‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)f4＝________N；‎ ‎(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出ƒm图线；‎ ‎(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，fm图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；‎ ‎(4)取g＝‎9.80m/s2，由绘出的fm图线求得μ＝________.(保留2位有效数字)‎ 解析：(1)由图(b)可读出弹簧秤的示数f4＝2.75N.‎ ‎(3)摩擦力表达式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg.‎ ‎(4)图线的斜率k＝＝＝3.9N/kg.‎ 解得μ≈0.40.‎ 答案：(1)2.75‎ ‎(2)如图所示 ‎(3)μ(M＋m)g　μg ‎(4)0.40‎ ‎[考情分析]‎ ‎■命题特点与趋势——怎么考 ‎1．实验题的考查呈现由基础性向综合性的递进趋势．实验命题不避热点，注重陈题翻新，重点实验频繁考，其他实验“轮换”考，题目特点设置清晰，上手得分容易，但做好做全较难，能有效区分不同水平考生的能力．‎ ‎2．重在考查实验探究能力，而非实验本身．新任务，新情境，原理设计，方法选择，条件控制，数据处理的公式法、列表法、图象法、平均值法和逐差法反复涉及，其中图象法处理实验数据与结果规律性探索是高考的热点和亮点．‎ ‎3．实验题反映科技进步，引领教育创新．频闪照相机或光电计时器替代打点计时器，气垫导轨替代长木板，数字化传感器直接测力或位移等，体现时代特征．‎ ‎■解题要领——怎么做 ‎1．熟知各种器材的特性．‎ ‎2．熟悉课本上的实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差的分析方法．‎ ‎[建体系·记要点]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　知识串联　熟记核心要点 授课提示：对应学生用书第72页 ‎[网络构建]‎ ‎[要点熟记]‎ ‎1．系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差．系统误差总是同样偏大或偏小．系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小．‎ ‎2．偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差．偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小．偶然误差可用多次测量求平均值或作图的方法来减小．‎ ‎3．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字．有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字．‎ ‎4．利用纸带求瞬时速度的方法 在匀变速直线运动中，利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解．‎ 测出与第n点相邻的前、后两段相等时间T内的距离xn和xn＋1，由公式vn＝算出．‎ ‎5．利用纸带求加速度的方法 ‎(1)利用a＝求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a.‎ ‎(2)利用vt图象求解：画出vt图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度．‎ ‎(3)利用光电门求加速度 若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝.‎ ‎[研考向·提能力]　　　　　　　　　　　　　　　考向研析　掌握应试技能 授课提示：对应学生用书第73页 考向一　游标卡尺和螺旋测微器的读数 游标卡尺(不估读)‎ ‎(1)读数：测量值＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)．‎ ‎(2)常用精确度：10分度游标，精度‎0.1mm；‎ ‎20分度游标，精度‎0.05mm；‎ ‎50分度游标，精度‎0.02mm 螺旋测微器(需估读)‎ 测量值＝固定刻度＋可动刻度(带估读值)×0.01mm ‎1．(1)用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图丙所示的示数为________mm.‎ 解析：(1)题图甲中夹小球的两个测量爪为外测量爪，测物体的外径，所以甲正确．‎ ‎(2)由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝的直径d＝‎6.5mm＋20.0×‎0.01mm＝‎6.700mm.‎ 答案：(1)甲　(2)6.700(6.699～6.701均正确)‎ ‎2．图中游标卡尺的读数为________mm，螺旋测微器的读数为________mm.‎ 解析：游标卡尺的读数为l＝52mm＋7×mm＝52.35mm；‎ 螺旋测微器的读数为d＝1.5mm＋49.0×0.01mm＝1.990mm.‎ 答案：52.35　1.990(1.899～1.991均正确)‎ 游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 ‎(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位．‎ ‎(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．游标卡尺读数不估读．‎ ‎(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错．‎ ‎(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出；要准确到‎0.01mm，估读到‎0.001mm，即结果若用mm为单位，则小数点后必须保留三位数字．‎ 考向二　“纸带类”问题的处理 ‎1．常规计时仪器的测量方法 计时仪器 测量方法 秒表 秒表的读数方法：测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无估读 打点计时器 ‎(1)t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)；‎ ‎(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同 ‎2.两个关键点 ‎(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点．要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的．‎ ‎(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带．‎ ‎3．纸带的三大应用 ‎(1)判断物体运动性质．‎ ‎①若Δx＝0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动．‎ ‎②若Δx不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动．‎ ‎(2)求解瞬时速度．‎ 做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝.‎ ‎(3)用“逐差法”求加速度．‎ 如图所示 因为a1＝，a2＝，a3＝ 所以a＝＝.‎ ‎3．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f＝50Hz的交流电源．‎ ‎(1)打下E点时纸带的速度vE＝________(用给定字母表示)；‎ ‎(2)若测得d6＝‎65.00cm，d3＝‎19.00cm，物体的加速度a＝________m/s2；‎ ‎(3)如果当时交变电流的频率f>50Hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)．‎ 解析：(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为5T，利用匀变速直线运动的推论得vE＝＝.‎ ‎(2)根据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2可得a＝＝＝‎3.00m/s2.‎ ‎(3)如果在某次实验中，交流电的频率f>50Hz，则实际打点周期变小，根据运动学公式Δx＝aT2得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏小．‎ 答案：(1)　(2)3.00　(3)偏小 ‎4．(2017·高考江苏卷)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M＝‎200.0g，钩码的质量为m＝‎10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．‎ ‎(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图乙所示．选择某一点为计数点“‎0”‎，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“‎1”‎时小车的速度v1＝________m/s.‎ ‎(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝‎9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝Mv2算出小车的动能，并求出动能的变化量ΔEk.计算结果见下表.‎ W/(10－3J)‎ ‎2.45‎ ‎2.92‎ ‎3.35‎ ‎3.81‎ ‎4.26‎ ΔEk/(10－3J)‎ ‎2.31‎ ‎2.73‎ ‎3.12‎ ‎3.61‎ ‎4.00‎ 请根据表中的数据，在如图丙所示的方格纸上作出ΔEkW图象．‎ ‎(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的，用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N.‎ 解析：(1)小车能够做匀速运动，表明已平衡摩擦力．‎ ‎(2)每隔4个计时点取一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1s，v1＝＝‎0.228m/s.‎ ‎(3)描点画图，如图所示．‎ ‎(4)根据牛顿第二定律，对整体有mg＝(m＋M)a，对钩码有mg－FT＝ma，联立可解得小车受到的实际拉力FT＝g＝0.093N.‎ 答案：(1)小车做匀速运动　(2)0.228　(3)如图(解析图)所示　(4)0.093‎ ‎5．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中动量的变化规律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，打点计时器的工作频率为50Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力．‎ ‎(1)若已得到如图乙所示的打点纸带，测得各计数点间距离并标在图上，点1为打下的第一个点，则应选________段来计算小车A的碰前速度，应选________段来计算小车A和小车B碰后的共同速度．(均选填“1～‎2”‎“2～‎3”‎“3～‎4”‎或“4～‎5”‎)‎ ‎(2)已测得小车A的质量mA＝‎0.40kg，小车B的质量mB＝‎0.20kg，由以上的测量结果可得，碰前两小车的总动量为________kg·m/s，碰后两小车的总动量为________ kg·m/s，由此可得出的实验结论是_____________________________________________________.‎ 解析：(1)因小车做匀速运动，应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度，碰前2～3段点迹均匀，碰后4～5段点迹均匀，故取2～3段计算碰前小车A的速度，4～5段计算碰后小车A、B的共同速度．‎ ‎(2)碰前小车A的速度vA＝＝m/s＝‎1.05 m/s，其动量pA＝mAvA＝‎0.420kg·m/s；碰后两小车的共同速度为vAB＝＝m/s＝‎0.695 m/s，其总动量pAB＝(mA＋mB)vAB＝‎0.417kg·m/s，由计算结果可知，在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变．‎ 答案：(1)2～3　4～5　(2)0.420　0.417　在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变 考向三　“橡皮条、弹簧类”实验 ‎1．橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法．‎ ‎2．胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立．‎ ‎3．图象法处理数据的要求 ‎(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定．‎ ‎(2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值．‎ ‎(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧．‎ ‎(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直”．‎ ‎(5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“‎0”‎开始．‎ ‎6．在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中：‎ ‎(1)以下说法正确的是________．‎ A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等 ‎(2)若某同学采用的实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．‎ ‎①有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图乙中，请作出FL图线．‎ ‎②由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(结果均保留两位有效数字)‎ ‎(3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是________．‎ 解析：(1)弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A正确．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故B正确．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C错误．拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，故D错误．‎ ‎(2)①作出FL图线，如图所示．‎ ‎②弹簧处于原长时，弹力为零，故弹簧的原长L0＝5cm；图象的函数表达式为F＝k(L－L0)，故斜率表示劲度系数，劲度系数k＝＝N/m＝20 N/m.‎ ‎(3)当竖直悬挂时，由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1，但此时所挂重物的重力为0(F＝0)，结合弹簧弹力的特点可得，F＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其图象只可能是C图．‎ 答案：(1)AB　(2)①图见解析　②5.0　20　(3)C ‎7．(2017·高考全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示‎1mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O.此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.‎ ‎(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.‎ ‎(ⅰ)用‎5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ ‎(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．‎ 解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0N．(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图；(ⅱ)由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.‎ 答案：(1)4.0‎ ‎(2)(ⅰ)如图所示　(ⅱ)4.0　0.05‎ 考向四　“光电门类”实验 ‎1．光电门的结构 光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接．‎ ‎2．光电门的原理 当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度．‎ ‎(1)计算速度：如果挡光片的宽度为d，挡光时间为Δt，则物体经过光电门时的瞬时速度v＝.‎ ‎(2)计算加速度：利用两光电门的距离L及a＝计算加速度．‎ ‎8.如图所示，为测量做匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d.‎ ‎(1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片A、B先后经过光电门的时间为Δt1和Δt2，则小车加速度a＝________________.‎ ‎(2)为减小实验误差，可采取的方法是________．‎ A．增大两挡光片的宽度b B．减小两挡光片的宽度b C．增大两挡光片之间的间距d D．减小两挡光片之间的间距d 解析：(1)本题考查测量匀加速直线运动的加速度实验及误差分析．小车经过A点时的瞬时速度 vA＝，‎ 小车经过B点时的瞬时速度 vB＝，‎ 由公式2ad＝v－v，‎ 解得加速度a＝＝[－]．‎ ‎(2)为了减小实验误差，可采取的措施有通过减小两挡光片的宽度b来更加精确地获得小车经过A和B点时的瞬时速度，或通过增大两挡光片之间的距离d 来增加小车运动的时间来减小时间的测量误差，故选B、C.‎ 答案：(1)[－]‎ ‎(2)BC ‎9．某研究性学习小组利用气垫导轨验证牛顿第二定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器将采集到的数据传送给计算机．滑块在细线的牵引下向左做加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到电压U随时间t变化的图象．‎ ‎(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．‎ ‎(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm.‎ ‎(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要对滑块和钩码组成的系统验证牛顿第二定律，还应测出两光电门间距离L和________________________(写出物理量的名称及符号)．‎ ‎(4)若上述物理量间满足关系式________________________________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统满足牛顿第二定律．‎ 解析：(1)检验气垫导轨水平的方法是轻推滑块，看滑块是否做匀速直线运动，故应使Δt1＝Δt2.‎ ‎(2)本题中固定刻度的读数为‎8mm(半毫米刻度线未露出)，可动刻度上与固定刻度水平线所对的读数为47.5(要估读一位)，所以遮光条的宽度d＝‎8.475mm.‎ ‎(3)对滑块和钩码组成的系统，由牛顿第二定律得mg＝(m＋M)a，结合题中Δt1、Δt2、d、L及v＝v＋2aL可以测量加速度，故还需要测量滑块P和遮光条的总质量M.‎ ‎(4)对钩码Q，由牛顿第二定律得mg－F＝ma，对滑块，由牛顿第二定律得F＝Ma ‎，两式联立得mg＝(m＋M)a，‎ 其中加速度为a＝[()2－()2]‎ 即只需要证明mg＝[()2－()2]．‎ 答案：(1)＝　(2)8.475(在8.474～8.476之间均正确)　(3)滑块P和遮光条的总质量M　(4)mg＝[()2－()2]‎ ‎[限训练·通高考]　　　　　　　　　　　　　　　　科学设题　拿下高考高分 单独成册　对应学生用书第149页 ‎(45分钟)‎ ‎1．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为________mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为________mm.‎ 解析：螺旋测微器的固定刻度读数6mm，可动刻度读数为0.01mm×12.5＝0.125mm，所以最终读数为6mm＋0.125mm＝6.125mm；游标卡尺的主尺读数为6.3cm＝63mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05mm×12＝0.60mm，所以最终读数为63mm＋0.60mm＝63.60mm.‎ 答案：6.125(±0.002均可)　63.60‎ ‎2．(2017·高考全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．‎ 实验步骤如下：‎ ‎①如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；‎ ‎②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；‎ ‎③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出；‎ ‎④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；‎ ‎⑤多次重复步骤④；‎ ‎⑥利用实验中得到的数据作出　Δt图，如图(c)所示．‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和Δt的关系式为＝________.‎ ‎(2)由图(c)可求得，vA＝________cm/s，a＝________ cm/s2.(结果保留3位有效数字)‎ 解析：(1)由于滑块做匀变速运动，在挡光片通过光电门的过程中，由运动学公式得Δt＝vAΔt＋a(Δt)2，则＝vA＋aΔt.(2)由＝vA＋aΔt结合题图(c)可知，图线与纵轴的交点的纵坐标即为vA，将图线延长与纵轴相交，得vA＝52.1cm/s，图线的斜率等于a，即a＝cm/s2，求得a＝16.4 cm/s2.‎ 答案：(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.4‎ ‎3．在“验证动量守恒定律”的实验中，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A、B，遮光板的宽度相同，测得滑块的质量分别为m1和m2.如图a所示，实验中，用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得滑块A、B通过光电门的时间分别为t1、t2.‎ ‎(1)图b所示为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d时所得的不同情景．由该图可知甲同学测得的示数为________mm，乙同学测得的示数为________mm.‎ ‎(2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式为________(用m1、m2、t1、t2、d表示)，被压缩弹簧开始贮存的弹性势能Ep＝________.‎ 解析：(1)题图b中甲测得的螺旋测微器的固定刻度读数为3.5mm，可动刻度读数为0.01mm×0.5＝0.005mm，所以最终读数为3.5mm＋0.005mm＝3.505mm.同理，乙的读数为3mm＋0.485mm＝3.485mm.‎ ‎(2)根据动量守恒定律可知，设向右为正方向，则应满足的表达式为0＝－m1v1＋m2v2，即m1v1＝m2v2，根据光电门的性质可知v1＝，v2＝，代入上式可得＝，根据功能关系可知，压缩弹簧贮存的弹性势能等于后来滑块A、B获得的动能，则有Ep＝m1v＋m2v＝()2＋()2.‎ 答案：(1)3.505(3.503～3.507均可)　3.485(3.483～3.487均可)　(2)＝　()2＋()2‎ ‎4．(2016·高考全国卷Ⅱ)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．‎ ‎(1)实验中涉及下列操作步骤：‎ ‎①把纸带向左拉直　②松手释放物块　③接通打点计时器电源　④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．‎ ‎(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为______m/s.比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．‎ 解析：(1)‎ 实验中应先向左推物块使弹簧压缩，测量弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，等打点稳定后，再松手释放物块，使其向右滑动，因此步骤为④①③②.(2)由于物块离开弹簧时的速度最大，因此M纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为v＝＝1.29m/s.由于弹簧压缩量越大，弹性势能越大，因此推开物块后，弹簧弹性势能转化成物块的动能越多，物块离开弹簧后获得的速度越大，打的点间距越大，因此M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．‎ 答案：(1)④①③②　(2)1.29　M ‎5．利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所示．‎ 实验主要步骤如下：‎ ‎①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；‎ ‎②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；‎ ‎③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；‎ ‎④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，通过光电门2的时间Δt2；‎ ‎⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M.‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式__________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；‎ ‎(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是________；‎ A．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度 B．牵引滑块的细绳应与导轨平行 C．需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响 D．托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M ‎(3)不计空气阻力，已知重力加速度g和实验测得的物理量，根据“mg－F＝ma”，可以计算托盘和砝码的总质量m.若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m1；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m2，则m1________m2(选填“大于”“等于”或“小于”)．‎ 解析：(1)滑块经过两光电门的速度分别为v1＝、v2＝，对滑块运用动能定理有 FL＝M()2－M()2.‎ ‎(2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故A正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功，导致计算结果不准确，故B正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，故C错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量m不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M，故D错误．‎ ‎(3)不考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a1，则()2－()2＝‎‎2a‎1L 考虑遮光条宽度的影响，设滑块的加速度为a2，则 ＝v1＋a2，＝v2＋a2，‎2a‎2L＝v－v 联立以上几式得 ‎2a‎2L‎＝()2－()2－a[(Δt1)2－(Δt2)2]‎ 故2a1L>2a2L，a1>a2，由m＝，得m1>m2.‎ 答案：(1)FL＝M()2－M()2　(2)AB　(3)大于 ‎6.某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球(小球与弹簧不连接)，压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中(管径略大于两球直径)，金属管水平固定在离地面一定高度处，如图所示．解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射．现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，并按下述步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出两球质量分别为m1、m2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；③解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点M、N.‎ 根据该小组同学的实验，回答下列问题：‎ ‎(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有________．‎ A．弹簧的压缩量Δx B．两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2‎ C．小球直径 D．两球从弹出到落地的时间t1、t2‎ ‎(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为_______________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(3)用测得的物理量来表示，如果满足关系式________________，则说明弹射过程中系统动量守恒．‎ 解析：(1)弹簧弹出两球过程中，系统机械能守恒，要测定压缩弹簧的弹性势能，可转换为测定两球被弹出时的动能，实验中显然可以利用平抛运动测定平抛初速度以计算初动能，因此在测出平抛运动下落高度的情况下，只需测定两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2，所以选B.(2)平抛运动的时间t＝，初速度v0＝，因此初动能Ek＝mv＝，由机械能守恒定律可知，压缩弹簧的弹性势能等于两球平抛运动的初动能之和，即Ep＝＋.(3)若弹射过程中系统动量守恒，则m1v01＝m2v02，代入初速度得m1x1＝m2x2.‎ 答案：(1)B　(2)Ep＝＋ ‎(3)m1x1＝m2x2‎ ‎7．某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．‎ 实验步骤：①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．‎ ‎②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧测力计示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F/N ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l/cm l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.‎ ‎④在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.完成下列作图和填空：‎ ‎(1)利用表中数据在图丙中画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm.‎ ‎(2)测得OA＝‎6.00cm，OB＝‎7.60cm，则FOA的大小为________N.‎ ‎(3)根据给出的标度，在图丁中作出FOA和FOB的合力F′的图示．‎ ‎(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．‎ 解析：(1)根据表格数据，作出Fl图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0cm.‎ ‎(2)橡皮筋总长l＝OA＋OB＝‎13.60cm，根据Fl图线，可读出橡皮筋长度l＝‎13.60cm时橡皮筋的拉力为1.80N.‎ ‎(3)根据平行四边形定则作图，对角线表示合力F′.‎ ‎(4)若F′与FOO′在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的．‎ 答案：(1)如图所示　10.0(9.8、9.9、10.1均正确)‎ ‎(2)1.80(1.70～1.90均正确)‎ ‎(3)如图所示 ‎(4)FOO′‎