【物理】2018届二轮复习“力学基础实验”学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习“力学基础实验”学案（全国通用）

‎“力学基础实验”学前诊断 考点一 基本仪器的使用和读数 ‎1.[考查游标卡尺和螺旋测微器的读数]‎ 如图1是用游标卡尺测量时的刻度图，为20分度游标尺，读数为：__________cm。图2中螺旋测微器的读数为：________mm。‎ 解析：20分度的游标卡尺，精确度是‎0.05 mm，游标卡尺的主尺读数为‎13 mm，游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为15×‎0.05 mm＝‎0.75 mm，所以最终读数为：‎ ‎13 mm‎＋‎0.75 mm＝‎13.75 mm＝‎1.375 cm。‎ 螺旋测微器的固定刻度为‎0.5 mm，‎ 可动刻度为20.0×‎0.01 mm＝‎0.200 mm，‎ 所以最终读数为‎0.5 mm＋‎0.200 mm＝‎0.700 mm。‎ 答案：1.375　0.700‎ ‎2．[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数]‎ ‎(1)根据单摆周期公式T＝2π，可以通过实验测量当地的重力加速度。如图甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆。‎ 用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为________ mm。‎ ‎(2)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为________ mm，合金丝的直径为________ mm。‎ 解析：(1)该游标尺为十分度的，根据读数规则可读出小钢球直径大小。‎ ‎(2)由于螺旋测微器开始起点有误差，估读为‎0.007 mm，测量后要去掉开始误差。‎ 答案：(1)18.6　(2)0.007　0.639(0.638～0.640)‎ 考点二 ‎“纸带”类实验 ‎3.[考查研究匀变速直线运动]‎ 某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。‎ ‎(1)实验中，必须的措施是________。‎ A．细线必须与长木板平行 B．先接通电源再释放小车 C．小车的质量远大于钩码的质量 D．平衡小车与长木板间的摩擦力 ‎(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s1＝‎3.59 cm，s2＝‎4.41 cm，s3＝‎5.19 cm，s4＝‎5.97 cm，s5＝‎6.78 cm，s6＝‎7.64 cm。则小车的加速度a＝________ m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________ m/s。(结果均保留两位有效数字)‎ 解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项A正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，选项B正确；本题中只要保证小车做匀变速运动即可，无须保证小车质量远大于钩码的质量，选项C错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无须平衡摩擦力，选项D错误。故必须的措施是A、B选项。‎ ‎(2)由s4－s1＝3aT2、s5－s2＝3aT2、s6－s3＝3aT2知加速度a＝＝‎0.80 m/s2‎ 打B点时小车的速度vB＝＝‎0.40 m/s。‎ 答案：(1)AB　(2)0.80　0.40‎ ‎4．[考查验证机械能守恒定律]‎ 用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2‎ 从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知m1＝‎50 g，m2＝‎150 g，则(计算结果保留两位有效数字，实验用交流电周期为0.02 s)‎ ‎(1)在纸带上打下记数点5时的速度v5＝________m/s；‎ ‎(2)在记数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝______J，为了简化计算，g取‎10 m/s2，则系统重力势能的减少量ΔEp＝________J；‎ ‎(3)在本实验中，若某同学作出了v2h图像，如图丙所示，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝____________m/s2。‎ 解析：(1)利用匀变速直线运动的推论有：‎ v5＝＝ m/s＝‎2.4 m/s。‎ ‎(2)系统动能的增量为：ΔEk＝Ek5－0＝(m1＋m2)v52＝×(0.05＋0.15)×2.42 J＝0.58 J，‎ 系统重力势能减小量为：ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.1×10×(0.384＋0.216)J＝0.60 J，‎ 在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒。‎ ‎(3)由于ΔEk＝Ek5－0＝(m1＋m2)v52＝ΔEp＝(m2－m1)gh，‎ 由于(m1＋m2)＝2(m2－m1)，‎ 所以得到：v2＝h，‎ 所以v2h图像的斜率k＝，解得g＝‎9.7 m/s2。‎ 答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7‎ ‎5.[考查探究加速度与力、物体质量的关系]‎ 某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”，图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连。在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、‎ s5、s6，打点计时器所接交流电的周期为T。小车及车中砝码的总质量为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，当地重力加速度为g。‎ ‎(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a＝______________。‎ ‎(2)该同学先探究合外力不变的情况下，加速度与质量的关系，以下说法正确的是________。‎ A．平衡摩擦力时，要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮的一端缓慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止 B．由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦力 C．用天平测出M和m后，小车运动的加速度可以直接用公式a＝求出 D．在改变小车质量M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小 ‎(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系。他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度。得到多组数据后，绘出如图丙所示的aF图像，发现图像是一条过坐标原点的倾斜直线。图像中直线的斜率表示______(用本实验中可测量的量表示)。‎ ‎(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为________。‎ A．理想化模型法　　　　　 　B．控制变量法 C．极限法 D．比值法 解析：(1)为了减小偶然误差，采用逐差法处理数据，有：‎ s6－s3＝‎3a1T2，s5－s2＝‎3a2T2，s4－s1＝‎3a3T2，‎ 为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得：a＝(a1＋a2＋a3)‎ 解得：a＝。‎ ‎(2)在该实验中，我们认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘，故A错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsin θ＝‎ μMgcos θ，故tan θ＝μ。所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，故B错误；小车运动的加速度通过纸带求出，不能通过a＝求出，故C错误；本实验中，只有满足砝码盘和盘中砝码的总质量m远小于小车及车中砝码的总质量M时，才能近似认为细绳拉力等于砝码盘和砝码的重力，所以在改变小车质量M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小，故D正确。‎ ‎(3)对砝码盘和砝码：mg－F＝ma ①‎ 对小车：F＝Ma ②‎ 联立①②得：mg＝(M＋m)a 认为合力F＝mg 所以F＝(M＋m)a 即a＝F，aF图像是过坐标原点的倾斜直线，直线的斜率表示。‎ ‎(4)该实验采用控制变量法，先控制砝码盘和砝码的总重力不变，研究加速度与质量的关系，再控制小车和砝码盘及砝码的质量M＋m不变，研究加速度与力的关系，故选B。‎ 答案：(1)　(2)D　(3)　(4)B ‎6．[考查验证动量守恒定律]‎ 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：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。他设计的装置如图甲所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。‎ ‎(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动的起点，则应选________段来计算A碰前的速度，应选__________段来计算A和B碰后的共同速度。(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)‎ ‎(2)已测得小车A的质量mA＝‎0.4 kg，小车B的质量为mB＝‎0.2 kg，求碰前两小车的总动量、碰后两小车的总动量。‎ 解析：(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度。‎ 从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE 段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度。‎ ‎(2)小车A在碰撞前速度 v0＝＝ m/s＝‎1.050 m/s 小车A在碰撞前动量 p0＝mAv0＝0.4×‎1.050 kg·m/s＝‎0.420 kg·m/s 此即为碰前两小车的总动量。‎ 碰撞后A、B的共同速度 v＝＝ m/s＝‎0.695 m/s 碰撞后A、B的总动量p＝(mA＋mB)v＝(0.2＋0.4)×‎0.695 kg·m/s＝‎0.417 kg·m/s。‎ 答案：(1)BC　DE ‎(2)‎0.420 kg·m/s　‎0.417 kg·m/s 考点三 ‎“弹簧” “橡皮条”类实验 ‎7.[考查探究弹力和弹簧伸长量的关系]‎ 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。‎ ‎(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为‎7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________ cm；‎ ‎(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是______；(填选项前的字母)‎ A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 ‎(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________________________________。‎ 解析：(1)弹簧伸长后的总长度为‎14.66 cm，则伸长量Δl＝‎14.66 cm－‎7.73 cm＝‎6.93 cm。‎ ‎(2)逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧。‎ ‎(3)AB段明显偏离OA，伸长量Δl不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的。‎ 答案：(1)6.93　(2)A　(3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度 ‎8．[考查验证力的平行四边形定则]‎ 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是白纸上根据实验结果画出的图。‎ ‎(1)图乙中，________是F1和F2的实际合力。‎ ‎(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变，当角θ从60°逐渐增大到120°的过程中，OC绳的拉力的变化情况是__________________。‎ ‎(3)为了减少实验误差，下列措施中可行的是________。‎ A．拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些 B．拉橡皮条时弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行 C．橡皮条弹性要好，在选择O点位置时，应让拉力适当大些 D．拉力F1和F2的夹角越大越好 解析：(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同。故方向一定沿AO方向的是F′，由于误差的存在，使F和F′方向并不完全重合。‎ ‎(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变，当角θ从60°逐渐增大到120°的过程中，合力大小和方向不变，根据平行四边形定则作出对应图像如图所示，则可知，OC绳的拉力的变化情况是先减小后增大。‎ ‎(3)为了减小实验的误差，拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些，故A正确。拉弹簧测力计时必须保证与木板平面平行，故B正确。橡皮条弹性要好，选择拉结点达到某一位置O时，拉力要适当大些，故C正确。为了减小实验的误差，拉力的夹角适当大一些，不是越大越好，故D错误。‎ 答案：(1)F′　(2)先减小后增大　(3)ABC