高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题18力学实验含解析

高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题18力学实验含解析

专题 18 力学实验 综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基 本概念和基本规律。 考纲要求 1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。 2、了解打点计时器的构造，会使用打点计时器；会计算纸带上各点的瞬时速度；会利用纸 带计算加速度；会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。 3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。 命题规律 1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主 要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析。 2、力学中有多个实验都要用到打点计时器，能否正确使用打点计时器，并根据纸带进行正 确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究 对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间 接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与 纸带有关的力学实验。 3、图象法是一种重要的实验数据处理方法．图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映 物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点．当前高考试题对数据处理、结果 分析考查的频率较高。 第二部分 知识背一背 （1）误差和有效数字 ①误差： 误 差 产生原因 大小特点 减小方法 系统误差 实验仪器不精确 实验原理不完善 实验方法粗略 总是偏大 或偏小 更新仪器 完善原理 改进方法 偶然误差 测量、读数 不准确 可大可小 画图像或 取平均值 ②有效数字 定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的 来源。 从数字左边第一个不为零的数字算起，如 0.0643 为三位有效数字。 （2）长度的测量 ①毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。 ②游标卡尺的读数： 游标尺/mm 精度/mm 测量结果（游标尺上第 n 个刻线与主尺上 的某刻度线对正时）/mm 刻度 格数 刻度 总长度 每小格与 1 毫米差 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n ③螺旋测微器的读数：测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数（含估读）×0.01mm。 （3）力学实验分类 ①应用性实验 （a）游标卡尺的使用 （b）螺旋测微器的使用 ②验证性实验： （a）验证力的平行四边形定则; （b）验证牛顿运动定律; （c）验证机械能守恒定律。 ③探究性实验： （a）研究匀变速直线运动 （b）探究弹力与弹簧伸长的关系; （c）探究动能定理。 （4）利用纸带判断物体的运动情况 ①点迹密集的地方表示纸带运动的速度小，点稀疏的地方表示速度大。 ②若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加 速运动，反之做减速运动. ③位移 x：指两个计数点之间的距离，一般可用刻度尺测量得到。 （5）平均速度和瞬时速度的计算 ①平均速度：两点间平均速 t xv   ，这里Δx 可以用直尺测量出两点间的距离，Δt 为两点间 的时间隔数与两点间时间间隔的乘积。 ②在匀变速直线运动中，某点的瞬时速度可以由此点前后两点间的平均速度表示 如图所示， AC AC ACB t xvv  或 BD BD BDC t xvv  （6）如何通过纸带确定物体做匀变速运动的加速度？ 常用的有四种方法： ①粗略计算法： 2T xa  或 2)( Tnm xxa nm   ②利用“逐差法”求加速度。 ③先求出第 n 点时纸带的瞬时速度 （一般要 5 点以上），然后作出 图象，用图象的斜率求物 体运动的加速度。 （7）实验数据的处理方法 1.列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据 填写在适当的表格中，即为列表法。 2.平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。 3.作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、 包围的面积等可以研究物理量之间的关系。 （8）试说明用图像法处理实验数据的优点。 ①提示：用图像法处理实验数据的优点是直观、简便，与取平均值的效果一样，可以减小实验 的偶然误差。 ②如果实验中图像为过原点的直线则说明纵坐标与横坐标表示的物理量为正比例。 （9）用图像法处理实验数据的六个要求 图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则： 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要标明轴名、单位，在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，让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直 线的两侧，且线要细，误差较大的点舍弃。 ④作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”。 ⑤注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。 ⑥明确图像的斜率、截距的物理意义。 第三部分 技能+方法 一、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，且对齐格数不估读。 （2）螺旋测微器以 mm 为单位，小数点后必须有 3 位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米 刻度线是否露出。 二、打点计时器及纸带问题的处理方法 ①打点计时器的认识和正确使用：电磁打点计时器工作电压为低压交流 4～6 V;电火花计时器 工作电压为交流 220V；工作时应先接通电源，后释放纸带。 ②纸带的应用： （a）判断物体运动性质。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； 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。 ③求解瞬时速度。 利用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 T xxv nn n 2 1 ④用“逐差法”求加速度： 三、图象法处理数据的常用方法和技巧。 图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据 是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶 然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。 图象法处理数据的常用方法和技巧。 ①合理选取坐标轴 合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度， 明确坐标原点处所对应的物理量的数值。 ②抓住“斜率”做文章 考查了学生运用图象处理实验数据的本领，考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时 的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。 ③在“截距”上求变化 作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就 是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。 【例 1】如图中游标卡尺读数为________ mm，图 7 螺旋测微器读数为________ mm. 【答案】52.35；1.990 【解析】游标卡尺读数为 152 7 52.3520l mm mm mm    螺旋测微器的读数为 1.5 49.0 0.01 1.990d mm mm mm    【名师点睛】解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读．螺 旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。对于基 本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测 量 【例 2】某实验小组研究小车的匀变速直线运动，他们使用 50Hz 交流电源为电磁打点计时器供 电。实验时得到一条纸带。某位同学在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，并在这个点 下标明 A，在第 6 个点下标明 B，在第 11 个点下标明 C，在第 16 个点下标明 D，在第 21 个点下 标明 E。但测量时发现 B 点已模糊不清，于是只测得 AC 长为 14.56cm、CD 长为 11.15cm、DE 长 为 13.73cm，根据以上测得的数据，计算 C 点时小车的瞬时速度大小为________m/s，小车运动 的加速度大小为_________m/s2，AB 的距离应为____________cm。（计算结果均保留三位有效数 字） 【答案】 0.986m/sCv  22.58m/sa  AB=5.99cm 设 A 到 B 之间的距离为 x1，设 B 到 C 之间的距离为 x2，设 C 到 D 之间的距离为 x3，设 D 到 E 之 间的距离为 x4，根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2 可以求出加速度的大小，得：x3-x1=2a1T2， x4-x2=2a2T2 为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值得：     2 2 2 1 2 22 11.15 13.73 10 14.56 10 2.58 /4 42 0 1 .1 CE AC m mx xa a a m sT s           （ ） 相等的相邻的时间间隔的位移差恒定，故：BC-AB=DE-CD=13.73cm-11.15cm=2.58cm； 且 AB+BC=14.56cm；解得：BC=8.57cm，AB=5.99cm； 【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加 强基础知识的理解与应用。 【例 3】小张同学利用打点计时器研究自由落体运动，他设计的实验方案如下： 如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，先打开电源后释放重物，重物带动纸带从静止开 始下落，打出几条纸带并选出一条比较理想的纸带如图乙所示，在纸带上取出若干计数点，其 中每相邻计数点之间有四个点未画出，分别用 s1、s2、s3、s4、s5 表示各计数点间的距离，已知 打点计时器的频率 f。图中相邻计数点间的时间间隔 T＝ （用 f 表示），计算重力加速 度的公式是 g= （用 f 、s2、s5 表示），计数点 5 的速度公式是 v5= （用 f 、s4、 s5 表示） 【答案】 f 5 （1 分）； s5－s2 75 f2（2 分）；（3s5-s4）f/10（2 分）。 EDCBA 纸带 夹子 重物 打点 计时器 （甲） 0 1 2 3 4 5 s1 s2 s3 s4 s5 （乙） 【例 4】将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧， 设原粗弹簧（记为 A）劲度系数为 k1，原细弹簧(记为 B)劲崖系数为 k2、套成的新弹簧(记为 C) 劲度系数为 k3。关于 k1、k2、k3 的大小关系，同学们做出了如下猜想： 甲同学：和电阻并联相似，可能是 乙同学：和电阻串联相似，可能是 k3 =k1+k2 丙同学：可能是 k3= (1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验（装置见图甲）。 (2)简要实验步骤如下，请完成相应填空。 a．将弹簧 A 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧 A 的自然长度 L0； b．在弹簧 A 的下端挂上钩码，记下钩码的个数”、每个钩码的质量 m 和当地的重力加速度大小 g，并用刻度尺测量弹簧的长度 L1； c．由 F= 计算弹簧的弹力，由 x=L1-L0 计算弹簧的伸长量，由 计算弹簧的劲度系数； d．改变 ，重复实验步骤 b、c，并求出弹簧 A 的劲度系数的平均值 k1； e．仅将弹簧分别换为 B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧 B、C 的劲度系数的平均值 k2、k3。 比较 k1，k2、k3 并得出结论。 (3)图乙是实验得到的图线，由此可以判断 同学的猜想正确。 【答案】(2)mng；钩码的个数；(3) 乙 【例 5】如图甲所示是某同学用水平气垫导轨探究“加速度与力的关系”的实验装置，他将光 电门固定在导轨上的 B 点，吊盘（含金属片）通过细线与滑块相连，滑块上固定一遮光条并放 有若干金属片，实验中每次滑块都从导轨上的同一位置 A 由静止释放。 （1）用游标卡尺测量遮光条的宽度 d（沿滑块运动方向的长度）如图乙所示，则 d=_______mm； 用螺旋测微器测量遮光条的厚度 h 如图丙所示，则 h=_______mm。若光电计时器记录遮光条通 过光电门的时间为 t ，则滑块经过光电门时的速度 v=_______（用所测物理量的符号表示）。 （2）若滑块（含遮光条和金属片）和吊盘（含金属片）组成的系统的总质量为 M，吊盘及其中 的金属片的质量为 m，则滑块从 A 处释放后系统的加速度大小为 a=_______。（已知重力加速度 为 g） （3）现保持系统的总质量不变，通过____________________改变 m，测出多组 m、v 数据，在 坐标纸上以 m 为横轴，以为__________纵轴描点作出图象，若图线是一条过坐标原点的直线， 则系统的加速度大小与所受合力大小成正比。 【答案】（1）11.70；4.226~4.228；v t d  （2） mga M  （3）减吊盘和滑块中的金属片， 2v 【解析】（1）游标卡尺的读数为 111 14 11.7020d mm mm mm    ，螺旋测微器的读数为 4 22.6 0.01 4.226h mm mm mm    ，由于遮光条的宽度非常小，所以通过光电门的平均速 度近似等于瞬时速度，故 v t d  【名师点睛】常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础．处理实验时一定要找出实验原理， 根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项． 【例 6】某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的 牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带 上便于测量的点开始，每 5 个点取 1 个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。 ①通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。 ②物块减速运动过程中加速度的大小为，若用 a g 来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g 为重力 加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）。 【答案】（1）6、7；（2）偏大 【解析】（1）从纸带上的数据分析得知：在点计数点 6 之前，两点之间的位移逐渐增大，是加 速运动，在计数点 7 之后，两点之间的位移逐渐减小，是减速运动，所以物块在相邻计数点 6 和 7 之间某时刻开始减速；（2）在减速阶段产生的加速度的力是滑动摩擦力和纸带受的阻力， 所以计算结果比动摩擦因素的真实值偏大。 【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加 强基础知识的理解与应用。 第四部分 基础练+测 1、【2017·辽宁省铁岭市协作体高三上学期第三次联考】（6 分）在“验证机械能守恒定律” 的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示，将质量为 m、直径为 d 的金属小球在 一定高度 h 由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时 间 t，改变小球下落高度 h，进行多次重复实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷． （1）用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径 d= mm； （2）为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象 A． th  图象 B． th 1 图象 C． 2th  图象 D． 2 1 th  图象 （3）经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量 2 2 1 mv 总是稍小于重力势能减少量 mgh，你 认为增加释放高度 h 后，两者的差值会 （填“增大”、“缩小”或“不变”）． 【答案】（1）17.804~17.806mm （2）D（3）增大 运动方向 【名师点睛】对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些 基本仪器进行有关测量．本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正 确求解。 2、【2017·重庆市高三上学期（一诊）期末测试】(6 分) 某物理小组利用如图 1 所示实验装 置探究牛顿第二定律。 (1)小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板的一侧垫高，以补偿打 点计时器对小车的阻力及其他阻力，具体做法 是： 。 (2)该实验把盘和重物的总重量近似视为等于小车运动时所受的拉力大小。小车做匀加速直线运 动，在纸带上打出一系列小点。打点计时器使用的交流电源的频率为 50Hz。图 2 是实验中获取 的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6 是计数点，相邻两计数点间还有 4 个点未画出。 根据图中数据计算小车加速度 a= m/s2(保留两位有效数字)。若已知小车质量为 200g， 重力加速度大小为 g=9.8m/s2，则可计算出盘和重物的总质量 m= g(保留两位有效数字)。 【答案】(1)调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动. (2)0.25, 5.1 【名师点睛】解决实验问题的关键是明确实验原理，同时熟练应用基本物理规律解决实验问题， 要明白公式的△x=aT2 的推导和应用，知道为什么沙和沙桶的总质量远小于小车的质量时沙和沙 桶的重力可以认为等于小车的拉力，对于基本知识规律不但明白是什么还要知道为什么． 3、【2017·开封市高三第一次模拟】验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示． ①安装打点计时器时，应使打点计时器的平面处在 平面内，且两个纸带限位孔的连线处 在 方向上． ②图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰、连续的 3 个点 A、B、C，测出 A、B、 C 与起始点 O 之间的距离分别为 h1，h2，h3．已知打点周期为 T，当地重力加速度为 g．甲、乙 两同学分别用表达式 vB=g（4T）、vB= 来计算 B 的速度．那么，其中 同学的计 算方法更符合实验的要求． ③本实验中产生系统误差的主要原因是 ． 【答案】①竖直,竖直②乙③重锤下落过程中受到阻力的作用 【解析】①安装打点计时器时，为了减小纸带和打点计时器间的摩擦，打点计时器的平面在竖 直平面内．且两个纸带限位孔的连线处在竖直方向上 【名师点睛】由于重锤在下落过程中要克服阻力做功，使系统的机械能减小，造成系统误差， 为了减小误差，打点计时器所在面需竖直，重锤选择质量大一些，体积小一些的． 4、【内蒙古鄂尔多斯市一中 2017 届高三上学期第四次月考】某物理兴趣小组的同学在研究弹 簧弹力的时候，测得弹力的大小 F 和弹簧长度 l 的关系如图 1 所示，则由图线可知： （1）弹簧的劲度系数为 N/m． （2）为了用弹簧测定两木块 A 和 B 间的动摩擦因数μ，两位同学分别设计了如图 2 所示的甲、 乙两种方案． ①为了用某一弹簧测力计的示数表示 A 和 B 之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案 更合 理． ②若 A 和 B 的重力分别为 10.0N 和 20.0N．当 A 被拉动时，弹簧测力计 a 的示数为 6.0N，b 的 示数为 11.0N，c 的示数为 4.0N，则 A 和 B 间的动摩擦因数为 ． 【答案】（1）300 /N m ；（2）①甲； ②0.3 【解析】（1）由图读出，弹簧的弹力 0F  时，弹簧的长度为 0 10L cm ，即弹簧的原长为10cm， 由图读出弹力为 0 60F N ，弹簧的长度为 0 5L cm ，弹簧压缩的长度 0 0 40 20 20 0.2x L L cm m      ； 由胡克定律得弹簧的劲度系数为 0 60 0.2 / 300 /k N m N mx F   。 【名师点睛】胡克定律公式 F kx 中，是弹簧伸长或压缩的长度，不是弹簧的长度．第（2） 关键明确实验原理，根据平衡条件和滑动摩擦定律列式求解。 5、【辽师大附中 2016—2017 学年上学期期中考试】某实验小组采用如图 1 所示装置探究钩码 和木块组成系统的动能定理。实验中，木块碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器 的工作频率为 f。用天平测出木块的质量为 M，钩码的质量为 m。 图 1 图 2 （1）在实验操作过程中，小组某些成员认为： A．连接电磁打点计时器的电源应是 0～12 V 的低压直流电源 B．实验时，木块与钩码的质量一定要满足 M 远大于 m C．实验时，需要考虑到摩擦阻力 D．实验时，先接通电源让打点计时器打点，再释放木块让钩码拉着木块拖着纸带运动 你认为以上合理的是____________。(填写相应的字母) （2）如图 2 所示是按照正确的实验步骤得到的一条纸带，O、A、B、C、D、E 为打点计时器连 续打的六个点(O 为打下的第一点)。用刻度尺测出 O 到 D 的距离为 s，则 D 点的速度为 ______________。(用 s、f 表示) （3）木块从静止释放滑行 s 距离过程中，克服摩擦力做的功为_______。(重力加速度为 g) 【答案】（1）CD （2） 2 sf （3）   22 8 1 fsmMmgs  【解析】（1）电磁打点计时器用 4～6 V 的交流电源，A 错；因为本实验把钩码和木块组成的 系统作为研究对象，所以对二者之间的质量关系没有要求，B 错；因为动能定理涉及的是合外 力所做的功，所以物块所受摩擦力要考虑并测量，C 对；使用打点计时器要保障先打点再移动， 否则会损坏振针，D 对，选 C、D。 （2）纸带做匀变速直线运动，初速度为 0，(0 为打下的第一点)，所以平均速度等于末速度的 一半， 因此： 442 1 sf f svv D  ，解得： 2 sfvD  （3）由动能定理，对钩码、木块有:   2 2 1 Df vmMWmgs  ,解得：   22 8 1 fsmMmgsW f  。 6、【辽宁省沈阳市东北育才学校 2017 届高三上学期第二次模拟考试】如图所示为用光电门测 定钢球下落时受到的阻力的实验装置．直径为 d、质量为 m 的钢球自由下落的过程中，先后通 过光电门 A、B，计时装置测出钢球通过 A、B 的时间分别为 tA、tB．用钢球通过光电门的平均速 度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度．测出两光电门间的距离为 h，当地的重力加速度为 g． （1）钢球下落的加速度大小 a＝________，钢球受到的空气平均阻力 Ff＝________． （2）本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意 义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度________（选填“>”或“<”）钢球球 心通过光电门的瞬时速度． 【答案】（1） 2 2 2 2 1 ( )2 B A d d t th  ， 2 2 2 2( )2 B A d dmg t m th   ；（2）< 【名师点睛】根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出钢球通过两个光电门的速度，结合 速度位移公式求出加速度，根据牛顿第二定律求出空气的平均阻力；根据匀变速直线运动的规 律判断实际上钢球通过光电门的平均速度与钢球球心通过光电门的瞬时速度。 7、【江西省赣州市十三县（市）十四校 2017 届高三上学期期中联考】某实验小组用 DIS 来研 究物体加速度与力的关系，实验装置如图甲所示．其中小车和位移传感器的总质量为 M，所挂 钩码总质量为 m，轨道平面及小车和定滑轮之间的绳子均水平，不计轻绳与滑轮之间的摩擦及 空气阻力，重力加速度为 g．用所挂钩码的重力 mg 作为绳子对小车的拉力 F，小车加速度为 a， 通过实验得到的 Fa  图线如图乙所示． （1）保持小车的总质量 M 不变，通过改变所挂钩码的质量 m，多次重复测量来研究小车加速度 a 与 F 的关系．这种研究方法叫 ．（填下列选项前的字母） A．微元法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．科学抽象法 （2）若 m 不断增大，图乙中曲线部分不断延伸，那么加速度 a 趋向值为 ． （3）由图乙求出 M= kg；水平轨道对小车摩擦力 f= N． 【答案】（1）C；（2） g ；（3）16． ； 0 8． 8、【陕西省宝鸡中学 2017 届高三月考（二）理科综合】在做“研究匀变速直线运动”的实验 时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图 1 所示，并在其上取了 A、B、C、D、E、F、 G7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点图中没有画出，电火花计时器接“220V，50Hz” 交流电源 （1）设电火花计时器的周期为 T，计算 F 点的瞬时速度 Fv =______； （2）他经过测量并计算得到电火花计时器在打 B、C、D、E、F 各点时物体的瞬时速度如表，以 A 点对应的时刻为 t=0，试在图 2 所示坐标系中合理地选择标度，作出 v-t 图像，并利用该图像 求出物体的加速度 a=________ 2/m s ； （3）如果当时电网中交变电流的电压变成 210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测 量值与实际值相比______。（填“偏大”、“偏小”或“不变”） 【答案】（1） 6 4 10 d d T  （2）如图所示； 20.4 /m s （3）不变 由速度﹣时间图象的斜率表示加速度，得： 2 20.3 0.1 / 0.4 /0.5 va m s m st     （3）电网电压变化，并不改变打点的周期，故测量值与实际值相比不变 【名师点睛】做分析匀变速直线运动情况时，其两个推论能使我们更为方便解决问题，一、在 相等时间内走过的位移差是一个定值，即 2x aT  ，二、在选定的某一过程中，中间时刻瞬时 速度等于该过程中的平均速度 9、【哈三中 2016—2017 学年度上学期高三学年期中考试】在“验证机械能守恒定律”的实验 中（所用电源频率为 50Hz）： （1）某同学用如甲图所示装置进行实验，得到如乙图所示的纸带，把第一个点（初速度为零） 记作 O 点，测出点 O、A 间的距离为 89.36cm，点 A、C 间的距离为 17.24cm，点 C、E 间的距离 为 18.76cm，已知当地重力加速度为 9.80m/s2，重锤的质量为 m=1.0kg，则打点计时器在打 O 点到 C 点的这段时间内，重锤动能的增加量为______J，重力势能的减少量为______J。（计算 结果保留三位有效数字） （2）利用该装置可以测量重锤下落的加速度 a=____m/s2。（计算结果保留三位有效数字） 【答案】（1）10.1； 10.4（2）9.50 10、.【河北省石家庄市第二中学 2017 届高三上学期第二期联考】某科技小组用如图甲所示装 置验证动能定理，一端固定有定滑轮且带有刻度尺的倾斜气垫导轨固定在水平桌面上，导轨上 A 点处有一总质量为 M 带遮光片的长方形滑块，滑块用平行斜面的轻细绳通过定滑轮与一拉力 传感器相连，实验步骤如下： ①用游标卡尺测出遮光片的宽度 d； ②安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数，记为 F，同时从气垫 导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离 L； ③剪断细绳，让滑块滑向光电门，并记录滑块通过光电门的时间 t； ④多次改变滑块与光电门之间的距离，记录相应的 L 与 t 的值，结果如表所示。 请回答下列问题： （1）用游标卡尺测量遮光片宽度 d 的测量结果如图乙所示，则 d  cm ； （2）剪断细绳后，在滑块从 A 运动至 B 的过程中，若动能定理成立，则在本实验中 2 1 t 与 L 的 关系式为 2 1 t  ； （3）以 L 为横坐标， 2 1 t 为纵坐标，请在图丙所示的坐标系中描点，并作出 2 1 L t  图像，根据 你所作的图像，本实验 （填“能”或“不能）验证动能定理。 【答案】⑴1.00；⑵ 2 2FL M d ⑶如图所示： （2）由 2 2 1 2FL Mt d  可得 2 1 L t  成正比例关系，则由图像可知可以验证动能定理，图像如图所 示： 11、【广东省韶关市六校 2017 届高三 10 月联考】某同学“验证牛顿第二定律”的实验装置如 图所示，其中电源的频率为 50Hz。 （1）她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力 F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做 了两方面的调整措施： a．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是______________________． b．使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于________________． （2）实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度 a＝________m/s2(结 果保留两位有效数字) 【答案】（1）a.平衡摩擦力 b．砂桶的重力（2）0.88 （2）由图示纸带可知，计数点间的时间间隔： 0.02 5 0.1st    ，由匀变速直线运动的推论： 2x at  可知，加速度： 24 1 2 2 0.0864 0.0600 0.88 /3 3 01 x xa m st     ． ； 【名师点睛】解决本题的关键知道实验的原理以及实验中的注意事项，在本实验中，知道两个 认为：1、认为小车所受的合力等于绳子的拉力；2、认为沙和沙桶的总重力等于小车所受的合 力． 12、【江西省鹰潭市第一中学 2017 届高三上学期第四次月考】在用“打点计时器验证机械能守 恒定律”的实验中，质量为 m=1.00kg 的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系 列点，如图所示，相邻计数点间的时间间隔为 0.04s，P 为纸带运动的起点，从 P 点到打下 B 点的过程中重力势能的减少量 PE  _____________J，在此过程中物体的动能增量 kE  _____________J，（ 29.8 /g m s ，答案表刘三位有效数字）。用 v 表示各计数点的速 度，h 表示各计数点到 P 点的距离，以 2 2 v 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出 2 2 v h 的图 线，该图线的斜率表示某个物理量的数值时，说明重物下落过程中的机械能守恒，该物理量是 ___________。 【答案】2.28J；2.26J；重力加速度 【解析】根据重力势能的定义式得出：从点 p 到打下计数点 D 的过程中，重锤重力势能减小量 为： 1.0 9.8 0.2325J 2.28JPE mgh      【名师点睛】对于物理量线性关系图象的应用我们要从两方面：1、从物理角度找出两变量之间 的关系式 2、从数学角度找出图象的截距和斜率，两方面结合解决问题． 13、【贵州省铜仁市第一中学 2017 届高三上学期第三次月考理科】如图所示，一端带有定滑轮 的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的 运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力． （1）在探究“质量一定时，加速度与合外力的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外 力，必须进行的操作是 ．然后保证小车的质量不变，多次向砂桶里加砂，测得多 组 a 和 F 的值，画出的 a-F 图像是（ ）。 （2）在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，先测出小车质量 m，再让小车从靠近 光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间 t．改变小车质量 m，测得多 组 m、t 的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反 比”的图线是（ ）。 【答案】（1）平衡摩擦力；C （2）C 【解析】（1）小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的拉力代替合力，所以做实验首 先必须要平衡摩擦力，小车质量 M 一定时，加速度与合外力 F 成正比，故 C 正确；故选 C； （2）小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动，位移 x＝ 1 2 at2,改变小车质量 m，测得 多组 m、t 的值，所以加速度 2 2xa t ＝ ，位移不变，所以 a 与 t2 成反比，“合外力一定时，加速 度与质量成反比例”的图线是 C，故选 C。 14、【河南省八市重点高中 2017 届高三上学期第二次质量检测】 （1）(3 分)．如图所示，气 垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间△t，测 得遮光条的宽度为△x，用 x t   近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度，为使 x t   更接近瞬时速 度，正确的措施是： A．换用宽度更窄的遮光条 B．提高测量遮光条宽度的精确度 C．使滑块的释放点更靠近光电门 D．增大气垫导轨与永平面的夹角 （2）（3 分）图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺 的 ____（填“A”“B”或“c”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为 mm。 （3）（4 分）某同学在“探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧 OC 的劲 度系数为 500N/m。如图 1 所示，用弹簧 oc 和弹簧秤 a、b 做“探宄求合力的方法”实验。在保 持弹簧伸长 1. 00cm 不变的条件下， ①弹簧秤 a，b 间夹角为 90。，弹簧秤 a 的读数是 N（图 2 中所示），则弹簧秤 b 的读数可 能为 N。 ②若弹簧秤 a、b 间夹角大于 90o，保持弹簧秤丑与弹簧 oc 的夹角不变，减小弹簧秤 b 与弹簧 oc 的夹角，则弹簧秤 a 的读数是 、弹簧秤 b 的读数____（填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】：（1）A（2）A；11.25mm（3）①3.00，4.00；②变大；变大 （3）①根据胡克定律可知，F=kx=500×0.01=5N； 根据弹簧秤的读数方法可知，a 的读数为 3.00N；两弹簧秤夹角为 90°，则可知，b 的读数为： 2 25 3 4.00F N   ； ②若弹簧秤 a、b 间夹角大于 90°，保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变，减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角；如图所示；则可知两弹簧秤的示数均变大； 【名师点睛】本题考查用气垫导轨测速度、游标卡尺读数以及探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 的实验，要注意明确实验原理以及胡克定律的应用，注意根据图象法分析拉力变化情况。 15、【山东省菏泽市 2017 届高三上学期期中考试】（8 分）．以下是几位同学对平抛运动的规 律的探究，根据要求回答问题 （1）A 同学设计了如图甲所示的实验来研究平抛运动．两球置于同一高度，用力快速击打右侧 挡板后，他观察到两球同时落地，这说明 ． （2）B 同学设计了如图乙所示的实验来研究平抛运动．轨道 1 安置在轨道 2 的正上方，两轨道 的槽口均水平，且在同一竖直线上，滑道 2 与光滑水平板平滑连接．将两个质量相等的小钢球 从斜面的同一高度处（相对各自槽口）由静止同时释放，他观察到两球相遇，这说明明 ． （3）C 同学利用频闪照相的方法，获取了做平抛运动小球的部分照片，如图丙所示．图中背景 是边长为 1.8cm 的正方形小方格，a、b、c 是摄下的三个小球位置，则闪光的时间间隔为 s．小 球抛出的初速度大小为 m/s．（g 取 10m/s2） 【答案】（1）平抛运动在竖直方向上的分运动为自由落体运动；（2）平抛运动在水平方向上 的分运动为匀速直线运动；（3）0.06；0.9 16、【四川省资阳市 2017 届高三上学期第一次诊断考试理科综合】（10 分）图甲所示为验证 机械能守恒定律的实验装置，某同学完成了一系列实验操作后，得到了如图乙所示的一条纸带。 现选取纸带上某清晰的点标为 0，然后每两个计时点取一个计数点，分别标记为 1、2、3、4、5、 6，用刻度尺量出计数点 l、2、3、4、5、6 与 0 点的距离分别为 h1、h2、h3、h4、h5、h6。（重 力加速度为 g） （1）已知打点计时器的打点周期为 T，可求出打各个计数点时对应的速度分别为 v1、v2、v3、 v4、v5，其中 v5 的计算式 v5＝_____。 （2）若重锤的质量为 m，取打点 0 时重锤所在水平面为参考平面，分别算出打各个计数点时对 应重锤的势能 Epi 和动能 Eki，则打计数点 3 时对应重锤的势能 Ep3＝_____ (用题中所给物理量的 符号表示)；接着在 E—h 坐标系中描点作出如图丙所示的 Ek－h 和 Ep－h 图线，求得 Ep－h 图线 斜率的绝对值为 k1，Ek－h 图线的斜率为 k2，则在误差允许的范围内，k1_____k2（填“>”、“<” 或“=”）时重锤的机械能守恒。 （3）关于上述实验，下列说法中正确的是_____ A．实验中可用干电池作为电源 B．为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些 C．实验时应先释放纸带后接通电源 D．图丙 Ek—h 图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能 （4）无论如何改进实验方法和措施，总有重力势能的改变量大于动能的改变量，原因是：_____。 【答案】（1） 6 4( ) 4 h h T  ；（2）-mgh3，=；（3）BD；（4）重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力 作用。 （4）无论如何改进实验方法和措施，总有重力势能的改变量大于动能的改变量，原因是重锤下 落过程中纸带和重锤受到阻力作用。