2020屆高考物理二輪復習 第一部分 專題六 實驗 第14講 力學實驗練習（含解析）

第14講力學實驗構建網絡·重溫真題1力學實驗知識框架2洞悉重要力學實驗的考點1(2019·全國卷)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是_點。在打出C點時物塊的速度大小為_ m/s(保留3位有效數字)；物塊下滑的加速度大小為_ m/s2(保留2位有效數字)。答案A0.2330.75解析物塊加速下滑，因此打點間距逐漸增大，故先打出A點。打C點時物塊的速度大小vC m/s0.233 m/s。物塊下滑的加速度大小a m/s20.75 m/s2。2(2019·全國卷)如圖a，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數的實驗。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50 Hz的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數_(用木板與水平面的夾角、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。(2)某次實驗時，調整木板與水平面的夾角使30°。接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖b所示。圖中的點為計數點(每兩個相鄰的計數點間還有4個點未畫出)。重力加速度為9.80 m/s2，可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數為_(結果保留2位小數)。答案(1)(2)0.35解析(1)鐵塊受重力、木板彈力及摩擦力作用，受力分析如圖。由牛頓第二定律得：mgsinFNma且FNmgcos聯立以上兩式解得。(2)由逐差法求鐵塊加速度：a m/s21.97 m/s2代入，得0.35。3(2019·全國卷)甲乙兩位同學設計了利用數碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。實驗中，甲同學負責釋放金屬小球，乙同學負責在小球自由下落的時候拍照。已知相機每間隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是_。(填正確答案標號)A米尺 B秒表 C光電門 D天平(2)簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。答：_。(3)實驗中兩同學由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm，則該地的重力加速度大小為g_ m/s2。(保留兩位有效數字)答案(1)A(2)將米尺豎直放置，使小球下落時盡量靠近米尺(3)9.7解析(1)利用頻閃照片測重力加速度時需要測量小球下落的距離，因此實驗中還必須使用米尺，A正確。(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上直接讀出小球下落的距離。(3)根據sgT2得重力加速度大小g m/s29.7 m/s2。4(2018·全國卷)如圖a，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針?，F要測量圖a中彈簧的勁度系數。當托盤內沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數為1.950 cm；當托盤內放有質量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數如圖b所示，其讀數為_ cm。當地的重力加速度大小為9.80 m/s2，此彈簧的勁度系數為_ N/m(保留三位有效數字)。答案3.77553.7解析游標卡尺精度為0.05 mm，游標卡尺上游標第15條刻度線與主尺刻度線對齊，根據游標卡尺的讀數規(guī)則，題圖b所示的游標卡尺讀數為3.7 cm15×0.05 mm3.7 cm0.075 cm3.775 cm。托盤中放有質量為m0.100 kg的砝碼時，彈簧受到的拉力 Fmg0.100×9.8 N0.980 N，彈簧伸長x3.775 cm1.950 cm1.825 cm0.01825 m，根據胡克定律，Fkx，解得此彈簧的勁度系數k53.7 N/m。5(2019·江蘇高考)某興趣小組用如圖1所示的裝置驗證動能定理。(1)有兩種工作頻率均為50 Hz的打點計時器供實驗選用：A電磁打點計時器B電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇_(選填“A”或“B”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動?？捶ㄕ_的同學是_(選填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。接通打點計時器電源，松開小車，小車運動。紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖2所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA_ m/s。(4)測出小車的質量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L。小車動能的變化量可用EkMv算出。砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g。實驗中，小車的質量應_(選填“遠大于”“遠小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用WmgL算出。多次測量，若W與Ek均基本相等則驗證了動能定理。答案(1)B(2)乙(3)0.31(0.300.33都算對)(4)遠大于解析(1)電磁打點計時器打點時運動的紙帶受到的阻力較大，而電火花打點計時器打點時運動的紙帶所受阻力較小，故選B。(2)由于剛開始運動，拉力等于最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，故平衡摩擦力的兩種看法中，乙同學正確。(3)取與A點相鄰的兩點，用毫米刻度尺測出兩點之間的距離，如圖所示，可測得x1.24 cm。用這一段的平均速度表示A點的瞬時速度，則vA m/s0.31 m/s。(4)由題意知，本實驗用砝碼、砝碼盤和沙子的總重力大小表示小車受到的拉力大小，故要求小車的質量應遠大于砝碼、砝碼盤和沙子的總質量。6(2017·全國卷)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下：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，記下擋光片前端相對于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當滑塊上的擋光片經過光電門時，用光電計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位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復步驟；多次重復步驟；利用實驗中得到的數據作出­t圖，如圖c所示。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光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和t的關系式為_。(2)由圖c可求得，vA_ cm/s，a_ cm/s2。(結果保留3位有效數字)答案(1)vAt(2)52.116.3解析(1)是t時間內中間時刻的瞬時速度，vA為t時間內的初速度，根據速度公式得vAavAt。(2)由vAt可知，圖c中圖線與軸的交點為vA，圖線的斜率為。將圖線延長可知，vA52.1 cm/s，在圖線上選取較遠的兩點，求得斜率 cm/s28.17 cm/s2，即a16.3 cm/s2。 命題特點：1.常規(guī)實驗：立足教材，側重考查完成實驗的能力。主要涉及基本儀器的使用(含讀數)、實驗原理和測量方法的理解、實驗條件的控制、實驗步驟的編排，以及實驗數據的處理、實驗誤差的分析。2創(chuàng)新實驗：“新”可以更加有效地考查學生分析問題的能力，區(qū)分度也加大了。主要表現在：(1)實驗器材的等效與替換，如用氣墊導軌代替長木板、光電門和頻閃照相機代替打點計時器等。(2)實驗結論的拓展與延伸，如通過實驗裝置測出物體的加速度，再利用牛頓第二定律求動摩擦因數等。(3)試題情景的設計與創(chuàng)新。思想方法：等效替代法、圖象法、平均值法、列表法、逐差法、控制變量法。高考考向1基本儀器的使用與讀數例1(2019·漢中第一次檢測)(1)用游標卡尺測量小球的直徑如圖甲、乙所示。測量方法正確的是_(選填“圖甲”或“圖乙”)。(2)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，如圖丙所示，則此示數為_mm。(3)在“用打點計時器測速度”的實驗中，交流電源頻率為50 Hz，打出一段紙帶如圖丁所示。打下計數點2時，測得的瞬時速度v_m/s。(1)用游標卡尺測量小球的直徑，應將小球卡在哪兒測量？提示：外測量爪。(2)螺旋測微器讀螺旋上的可動刻度讀數時，需要估讀嗎？提示：必須估讀到分度值下一位。解析(1)用游標卡尺測量小球的直徑，應將小球卡在外測量爪中，故應選題圖甲。(2)螺旋測微器的示數為固定讀數加上可動讀數，即6.5 mm20.0×0.01 mm6.700 mm。(3)打下計數點2時紙帶的瞬時速度等于計數點1和3間的平均速度，即v m/s0.36 m/s。答案(1)圖甲(2)6.700(3)0.36 游標卡尺和螺旋測微器讀數時應注意的問題(1)10分度的游標卡尺，以mm為單位，小數點后只有1位。20和50分度的游標卡尺以mm為單位，小數點后有2位。(2)游標卡尺在讀數時先確定主尺的分度(單位一般是cm，分度值為1 mm)，把數據讀成以毫米為單位的。先讀主尺數據，再讀游標尺數據，最后兩數相加。游標卡尺讀數不估讀。(3)不要把游標尺的邊緣當成零刻度，而把主尺的刻度讀錯。(4)螺旋測微器讀數時，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經露出；要準確到0.01 mm，估讀到0.001 mm，即結果若用mm做單位，則小數點后必須保留三位數字。1在一次實驗中，張華同學用螺旋測微器測量某長方體工件的厚度如圖所示，根據圖示可判斷其厚度為_mm。該同學用下列某種儀器測得該工件的寬度為1.275 cm，則該同學所用的儀器可能是_(將正確答案的序號填在橫線上)。螺旋測微器' 10分度游標卡尺20分度游標卡尺答案1.700解析螺旋測微器固定刻度部分讀數為1.5 mm，可動刻度部分分度值為0.01 mm，可動刻度部分讀數為0.200 mm，工件的厚度為1.700 mm。若用某種儀器測出的工件的寬度為1.275 cm12.75 mm，由于以毫米為單位，小數點后有兩位有效數字，測量儀器不可能是螺旋測微器和10分度的游標卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游標卡尺最后一位才可能是5，所以應是。2(2019·濟南三模)(1)利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一工件的直徑和高度，測量結果如圖甲和乙所示。該工件的直徑為_ cm，高度為_ mm。(2)圖丙為“研究勻變速直線運動規(guī)律”實驗中獲得的一條紙帶，已知打點計時器的頻率為50 Hz，采用逐差法求得加速度的大小a_ m/s2。(結果保留兩位小數)答案(1)1.0656.862(6.8616.863)(2)2.40解析(1)該工件的直徑為：10 mm0.05 mm×131.065 cm，高度為：6.5 mm0.01 mm×36.26.862 mm。(2)每5個點取一個計數點，則T0.1 s，根據xaT2可得a×102 m/s22.40 m/s2。高考考向2紙帶類實驗例2(2017·江蘇高考)利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關系。小車的質量為M200.0 g，鉤碼的質量為m10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到_。(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數點。用刻度尺量出相鄰計數點間的距離x，記錄在紙帶上。計算打出各計數點時小車的速度v，其中打出計數點“1”時小車的速度v1_m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對小車做的功W。利用EkMv2算出小車動能，并求出動能的變化量Ek。計算結果見下表。W/×103 J2.452.923.353.814.26Ek/×103 J2.312.733.123.614.00請根據表中的數據，在圖3中作出Ek­W圖象。(4)實驗結果表明，Ek總是略小于W。某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質量的數據可算出小車受到的實際拉力F_N。(1)利用紙帶求打下某一計數點的速度的方法是什么？提示：平均速度等于中間時刻的瞬時速度。(2)小車實際受到的拉力如何求解？提示：F。解析(1)完全平衡摩擦力的標志是輕推小車，小車做勻速運動。(2)兩計數點間的時間間隔T5×0.02 s0.1 sv1 m/s0.228 m/s(3)確定標度，根據給出數據描點。作圖如圖所示。(4)從圖線上取兩個點(4.5,4.24)，(2.15,2.0)圖線的斜率k0.953又有k根據運動學公式有v22ax根據牛頓第二定律有FMa由式解得F0.093 N。答案(1)小車做勻速運動(2)0.228(3)見解析圖(4)0.093 “長木板、小車、紙帶、打點計時器”實驗裝置中的細節(jié)及注意事項(1)打點計時器系列四個實驗力學實驗中用到打點計時器的實驗主要有4個，分別是研究勻變速直線運動，驗證牛頓運動定律，探究動能定理，驗證機械能守恒定律。(2)紙帶數據的處理方法(3)平衡摩擦力的兩個實驗及方法驗證牛頓運動定律和探究動能定理兩個實驗均需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是墊高有打點計時器的一端，給小車一個初速度，使小車能勻速下滑。(4)四個關鍵點區(qū)分計時點和計數點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點。計數點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點。要注意“每五個點取一個計數點”與“每隔四個點取一個計數點”的取點方法是一樣的。涉及打點計時器的實驗均是先接通電源，打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶。實驗數據處理可借助圖象，充分利用圖象斜率、截距等的物理意義。小車在長木板上做勻加速直線運動時，繩上的拉力并不等于懸掛物的重力，只有當M車m掛時，繩上的力近似等于懸掛物的重力。如果繩上連接著力傳感器或測力器，則可直接讀出繩上的拉力，不要求M車m掛。3(2019·安徽定遠重點中學高三二模)某同學利用如圖甲所示的裝置探究物體的加速度a與所受合力F的關系。(1)打點計時器使用的電源是_(選填選項前的字母)。A交流電源 B直流電源(2)他用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是平衡摩擦力。具體操作是：把木板墊高后，小車放在木板上，在不掛小桶且計時器_(填“打點”或“不打點”)的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響。實驗時保持小桶和砝碼的總質量遠小于小車的質量，其目的是_(選填選項前的字母)。A小車所受的拉力近似等于小車所受的合力B小車所受的拉力近似等于小桶和砝碼的總重力C保證小車運動的加速度不超過當地重力加速度(3)圖乙是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數點，相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出。相鄰的計數點之間的距離分別為：xAB4.22 cm、xBC4.65 cm、xCD5.08 cm、xDE5.49 cm、xEF5.91 cm、xFG6.34 cm。已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a_ m/s2(結果保留兩位有效數字)。(4)另一位同學也利用圖甲所示的裝置做實驗。他保持小桶和砝碼的質量不變，改變放在小車中砝碼的質量m，測出對應的加速度a。假設已經完全消除了摩擦力和其他阻力的影響。他沒有測量小車的質量，而是以為縱坐標，m為橫坐標，畫出­m圖象。從理論上分析，下列圖象正確的是_。答案(1)A(2)打點B(3)0.42(4)B解析(1)打點計時器接交流電源，故選A。(2)在平衡摩擦力時，小車后面要掛上紙帶并接通打點計時器，當紙帶上的點距均勻時，則說明小車勻速運動，即平衡了摩擦力。本實驗中用小桶及砝碼帶動小車運動，只有當小桶及砝碼的質量遠小于小車質量時，即系統(tǒng)加速度較小時，小桶及砝碼的重力才近似等于繩的拉力，故B正確。(3)相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出，則相鄰計數點之間的時間間隔為t0.1 s，根據xat2，得：a，代入數據解得：a0.42 m/s2。(4)設小車的質量為M，所受的合外力為F，F由小桶與砝碼的重力提供，大小不變，則根據牛頓第二定律得：F(Mm)a，變形得：mM，圖象為一條傾斜的直線，當m0時，圖象有正的縱截距，故選B。4(2019·河北衡水中學三模)圖甲是某同學驗證動能定理的實驗裝置。實驗步驟如下：A易拉罐內盛上適量細沙，用輕繩通過滑輪連接在小車上，小車連接紙帶。合理調整木板傾角，讓小車沿木板勻速下滑。B取下輕繩和易拉罐，測出易拉罐和細沙的質量m1及小車的質量m2。C取下細繩和易拉罐換一條紙帶，讓小車由靜止釋放，打出的紙帶如圖乙(中間部分未畫出)，O為打下的第一點。已知打點計時器的打點頻率為f，重力加速度為g。(1)步驟C中小車所受的合外力大小為_。(2)為驗證從OC過程中小車合外力做功與小車動能變化的關系，測出B、D間的距離為x0，O、C間的距離為x1，則C點的速度大小為_，需要驗證的關系式為_(用所測物理量的符號表示)。答案(1)m1g(2)m1gx1解析(1)小車勻速下滑時受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力為零；撤去拉力后，其余力不變，故合力等于撤去的拉力。(2)勻變速直線運動的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，故：vC動能增量為：m2v合力的功為：Wm1gx1需要驗證的關系式為：m1gx1。高考考向3“橡皮條、彈簧”類實驗例3(2017·全國卷)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在桌面上，如圖a所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O。此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖b所示，F的大小為_N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖a中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數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點為作用點，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；()F合的大小為_N，F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驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。(1)本實驗的實驗方法是什么？提示：等效替代法。(2)F合與F中哪一個是實際測量的力？提示：F。解析(1)由題給測力計示數可知，讀數為4.0 N。(2)作圖，F2長度為28 mm，F1長度為21 mm，平行四邊形如圖所示，量出合力長度約為20 mm，大小代表4.0 N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長度，其比值就是F合與拉力F的夾角的正切值。答案(1)4.0(2)()圖見解析()4.00.05 1.探究彈力和彈簧伸長量的關系操作關鍵(1)實驗中不能掛過多的鉤碼，防止彈簧超過彈性限度。(2)畫圖象時，不要連成“折線”，而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在直線兩側。2驗證力的平行四邊形定則的操作關鍵(1)每次拉伸后結點O的位置必須保持不變。(2)記下每次各力的大小和方向。(3)畫力的圖示時應選擇適當的標度。5(2019·北京石景山高三統(tǒng)一測試)橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內伸長量x與彈力F成正比，即Fkx，k的值與橡皮筋的原長L、橫截面積S有關，理論與實驗都證明kY，其中Y是由材料決定的常數，材料力學中稱之為楊氏模量。(1)在國際單位中，楊氏模量Y的單位應為()AN BmCN/m DN/m2(2)某同學通過實驗測得該橡皮筋的一些數據，作出了外力F與伸長量x之間的關系圖象如圖所示，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數k_ N/m。(3)若橡皮筋的原長為10.0 cm，橫截面積為1.0 mm2，則該橡皮筋的楊氏模量Y的大小是_(單位取(1)中正確單位，結果保留兩位有效數字)。答案(1)D(2)500(3)5.0×107 N/m2解析(1)由題意知Y，故Y的單位是N/m2，故選D。(2)橡皮筋的勁度系數是F­x圖象的斜率，由圖象得k N/m500 N/m。(3)根據楊氏模量公式知Y N/m25.0×107 N/m2。6(2019·河南鄭州三模)小明同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示。其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結點，OB和OC為細繩。圖乙是OB細繩所連彈簧測力計的指針指示情況，圖丙是小明根據實驗在白紙上畫出的圖，但是擦去了部分輔助線。請你回答下列問題。(1)圖乙中彈簧測力計的讀數為_ N。(2)圖丙中有F1、F2、F、F四個力，其中力_(填上述字母)的大小不是由彈簧測力計直接讀出的，你測量的結果是_(結果保留兩位有效數字)。答案(1)4.20(2)F4.3 N(4.24.4 N)解析(1)10小格表示1 N，每格為0.1 N，估讀到下一位，故讀數為4.20 N。(2)在丙圖中作圖如圖所示，可知F在以F1與F2為鄰邊的平行四邊形的對角線上，不是由彈簧測力計直接測出的；根據1 N的標度可知，F4.3 N。高考考向4力學創(chuàng)新實驗例4(2018·全國卷)某同學用圖a所示的裝置測量木塊與木板之間的摩擦因數。跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊之間的細線保持水平，在木塊上放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數即為木塊受到的滑動摩擦力的大小。某次實驗所得數據在下表中給出，其中f4的值從圖b中彈簧秤的示數讀出。砝碼的質量m/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列問題：(1)f4_ N；(2)在圖c的坐標紙上補齊未畫出的數據點并繪出f­m圖線；(3)f與m、木塊質量M、木板和木塊之間的滑動摩擦因數及重力加速度大小g之間的關系式f_，f­m圖線(直線)的斜率的表達式k_；(4)取g9.80 m/s2，由繪出的f­m圖線求得_。(保留兩位有效數字)(1)彈簧秤的示數為什么就是木塊受到的滑動摩擦力的大?。刻崾荆耗緣K靜止，彈簧秤所連接細線的拉力與木塊所受滑動摩擦力是一對平衡力。(2)本題中滑動摩擦力的表達式是什么？提示：f(Mm)g。解析(1)指針在2.7與2.8之間，估讀為2.75 N。(2)描點畫線注意讓所有點均勻分布在線上或線的兩側，作圖如圖所示。(3)木塊受到的是滑動摩擦力，根據滑動摩擦力的定義知f(Mm)g?；喛傻茫篺(Mm)g(g)mMg，所以圖象的斜率kg。(4)取g9.80 m/s2，取圖象上相距較遠的兩點求斜率，k4，則0.41。答案(1)2.75(2)圖見解析(3)(Mm)gg(4)0.41 1.力學創(chuàng)新型實驗的特點(1)以基本的力學實驗模型為載體，依托運動學規(guī)律和力學定律設計實驗。(2)將實驗的基本方法控制變量法、處理數據的基本方法圖象法、逐差法融入到實驗的綜合分析之中。2力學創(chuàng)新實驗的分類(1)第一類是通過實驗和實驗數據的分析得出物理規(guī)律。這類實驗題目需認真分析實驗數據，根據數據特點掌握物理量間的關系，得出實驗規(guī)律。(2)第二類是給出實驗規(guī)律，選擇實驗儀器，設計實驗步驟，并進行數據處理。這類實驗題目需從已知規(guī)律入手，正確選擇測量的物理量，根據問題聯想相關的實驗模型，確定實驗原理，選擇儀器，設計實驗步驟，記錄實驗數據并進行數據處理。3創(chuàng)新實驗題的解法(1)根據題目情境，提取相應的力學實驗模型，明確實驗的理論依據和實驗目的，設計實驗方案。(2)進行實驗，記錄數據。應用原理公式或圖象法處理實驗數據，結合物體實際受力情況和理論受力情況對結果進行誤差分析。7(2019·福州高三第三次質檢)某實驗小組的同學利用如圖1所示的裝置“探究物體速度和位移的關系”，并測量物塊和桌面間的動摩擦因數。已知彈簧處于原長時，物塊位于光電門左側。(1)按如圖1所示安裝實驗器材，物塊上方裝有較窄的遮光條，用游標卡尺測量其寬度如圖2所示，則遮光條的寬度為_ mm。(2)實驗步驟如下：讓物塊壓縮彈簧并鎖定；釋放物塊，讀出物塊通過光電門時的遮光時間t；測量出物塊停止運動時遮光條的位置到光電門之間的位移x；重復步驟，測出多組遮光時間t和位移x的值；計算出物塊通過光電門時對應的速度v。(3)根據測量的數據在如圖3所示的坐標紙上作出v2­x圖象，由圖象可知，物塊在桌面上運動的加速度大小為_ m/s2。已知重力加速度g取10 m/s2，則物塊和桌面間的動摩擦因數為_。(結果均保留兩位有效數字)答案(1)6.75(3)5.00.50解析(1)由圖2可知，遮光條的寬度為：6 mm0.05×15 mm6.75 mm。(3)由勻變速直線運動規(guī)律有v22ax，圖象的斜率k2a，所以a，根據圖象求得斜率k10.0 m/s2，所以物塊在桌面上運動的加速度大小a5.0 m/s2，根據牛頓第二定律有：mgma，代入數據解得：0.50。易錯警示 驗證動量守恒定律時關于速度的求解例(2019·四川德陽三診)某同學用如圖的裝置做“驗證動量守恒定律”的實驗，操作步驟如下：(1)先將斜槽軌道的末端調整水平，在一塊平木板表面先后釘上白紙和復寫紙，并將該木板豎立于靠近槽口處，使小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，撞到木板在記錄紙上留下壓痕O。(2)將木板向右平移適當距離，再使小球a從原固定點由靜止釋放，撞到木板在記錄紙上留下壓痕B。(3)把半徑相同的小球b靜止放在斜槽軌道水平段的右邊緣，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，與b球相碰后，兩球撞在木板上，并在記錄紙上留下壓痕A和C。本實驗中小球a、b的質量ma、mb的關系是_。放上被碰小球，兩球相碰后，小球a在圖中的壓痕點為_。記錄紙上O點到A、B、C的距離分別為y1、y2、y3，若兩球碰撞動量守恒，則應滿足的表達式為_。分析與解(3)為了避免小球a、b碰撞后小球a反彈，本實驗中要求小球a、b的質量ma、mb的關系為：ma>mb。放上被碰小球b，兩球相碰后，小球a平拋運動的初速度減小，運動時間變長，根據ygt2知，豎直下降的高度增大，所以在圖中的壓痕點為C。設a單獨滾下經過斜槽軌道末端的速度為va，兩球碰撞后a、b的速度分別為va和vb，若兩球碰撞動量守恒，則mavamavambvb，根據平拋運動規(guī)律得：vax，vax，vbx，聯立得，應滿足的表達式為：。答案(3)ma>mbC。易錯警示驗證碰撞中的動量守恒，實驗的情景設計有很多，如果不是原實驗情景，有的同學就無從下手，這是因為沒掌握問題的本質。其實驗證動量守恒定律這個實驗關鍵是測定小球碰前、碰后的速度，針對不同情景速度的求解方法不同而已。配套作業(yè)限時：60分鐘滿分：100分實驗題(本題共11小題，共100分，其中第12題每小題4分，第310題每小題10分，第11題12分)1(2018·全國卷)甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間。實驗步驟如下：(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，則乙的反應時間為_(用L、L1和g表示)。(3)已知當地的重力加速度大小為g9.80 m/s2，L30.0 cm，L110.4 cm，乙的反應時間為_ s。(結果保留兩位有效數字)(4)寫出一條提高測量結果準確程度的建議：_。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解析根據題述，在乙的反應時間t內，尺子下落高度hLL1，由自由落體運動規(guī)律，hgt2，解得t。代入數據得：t0.20 s。2(2019·四川高三畢業(yè)班第二次診斷)在進行“探究共點力合成的規(guī)律”的實驗中，用如圖a所示的兩個力拉彈簧使之伸長至某一位置，并適當調整力的方向，使兩個力之間的夾角為90°。(圖中鉤碼規(guī)格相同)(1)換用一根線牽引彈簧，如圖b，使彈簧的伸長量與兩個力作用時相同，此時需要掛_個與圖甲中相同規(guī)格的鉤碼。(2)你對合力與分力遵循什么樣的規(guī)律作出的猜想是_。(3)本實驗采用的科學方法是_。A理想實驗法 B等效替代法C控制變量法 D物理模型法答案(1)5(2)力的合成遵循平行四邊形定則(3)B解析(1)設一個鉤碼的重力為G，圖a中互成90°的兩個力F13G，F24G，則合力為F5G，圖b中為了保持拉力的作用效果相同，故要掛5個相同的鉤碼。(2)根據3、4、5個鉤碼及夾角的關系，可以猜想出力的合成遵循平行四邊形定則。(3)該實驗保證合力的作用效果與幾個分力共同作用的作用效果相同，運用了等效替代法，故選B。3(2019·湖南懷化高考一模)小明探究彈力和彈簧伸長量的關系實驗時。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，保持彈簧軸線豎直，將刻度尺豎直固定在彈簧一側。(2)彈簧自然懸掛，待彈簧靜止時，記下彈簧長度L0，彈簧下端掛上砝碼盤時，彈簧長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6，數據如下表：代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數值(cm)25.3527.3529.3531.3033.4035.3537.4039.30(3)如圖是小明根據表中數據作的圖，縱軸是砝碼的質量，橫軸是彈簧長度與_(填“L0”“Lx”或“L1”)的差值。(4)由圖可知彈簧的勁度系數為_ N/m(結果保留兩位有效數字，重力加速度取9.8 m/s2)。(5)由于彈簧自身有重量，小明在測量時沒有考慮彈簧的自重，這樣導致勁度系數的測量值與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”)。答案(3)Lx(4)4.9(5)相等解析(3)由圖可知，當m10 g時，x2 cm，即xL1Lx，所以橫軸是彈簧長度與Lx的差值。(4)根據胡克定律，Fkx，而Fmg，故有：k·g×9.8 N/m4.9 N/m。(5)由實驗原理可知，本實驗只計算L1L6與Lx的差值，與原長L0是否準確無關，所以彈簧自重引起L0的測量值偏大對實驗的結果沒有影響，所以勁度系數的測量值與真實值相比是相等的。4(2019·廣東惠州二模)為了探究加速度與合外力的關系，甲、乙、丙、丁四個實驗小組分別采用圖甲、圖乙、圖丙、圖丁所示的實驗裝置，小車總質量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固連的小滑輪，四個圖中的M均相等)，鉤碼總質量用m表示。丁組同學先按圖丁將木板有定滑輪的一端墊起，調整木板傾角，使小車恰好帶著鉤碼和紙帶一起沿木板向下勻速運動，再保持長木板的傾角不變，取下細繩和鉤碼，然后接通電源釋放小車，使之由靜止開始加速運動并在紙帶上打點，如圖戊所示。重力加速度g已知，試回答下列問題：(1)甲、乙、丙三組實驗必須平衡小車和長木板之間的摩擦力的實驗小組是_。(填“甲”“乙”或“丙”)(2)甲、乙、丙、丁四組實驗時必須滿足“Mm”的實驗小組是_。(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)(3)實驗時各組同學的操作均完全正確，甲、乙、丙三組同學作出的a­F圖線如圖己所示(乙組同學所用F為傳感器讀數，丙組同學所用F為彈簧測力計示數)，則甲、乙、丙三組實驗對應的圖線依次是_、_、_。(填“A”“B”或“C”)(4)實驗時丁組同學操作的小車加速下滑受到的合力F_，該組同學在保持小車質量不變的情況下，通過調整改變小車所受合力，多次實驗，由實驗數據作出的a­F圖線如圖庚所示，則小車質量為_ kg。答案(1)甲乙丙(2)甲(3)CBA(4)mg2解析(1)本實驗探究的是當質量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力的關系，所以三個實驗小組都需要平衡摩擦力，即甲、乙、丙都需要平衡摩擦力。(2)乙和丙繩子的拉力可以由彈簧測力計和力傳感器直接得到，不需要用重物的重力代替，而丁組實驗小車加速運動時沒有鉤碼，所以乙、丙、丁三組不需要滿足Mm，而甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足Mm。(3)甲組用重物的重力代替繩子的拉力，要滿足Mm，隨著m的增大，不滿足Mm時，圖線出現彎曲，所以甲組對應的是C；根據裝置可知，乙圖有FMa，得aF，丙圖有2FMa，得aF，可知丙組的a­F圖線斜率較大，所以丙組對應A，乙組對應B。(4)丁圖情況下，小車勻速運動，細繩中的拉力等于鉤碼的重力mg，且與小車受到的其他力平衡；戊圖情況下，撤去鉤碼和細繩，小車受到的其他力不變，故此時小車加速下滑時受到的合力Fmg。由牛頓第二定律得：aF，由圖庚所示的a­F圖線可知，圖象斜率：k，則小車的質量：M2 kg。5(2019·河北衡水中學高三二調)如圖甲所示的實驗裝置可以驗證“牛頓第二定律”，兩個相同的小車放在光滑水平桌面上(側視圖只畫了一個小車)，右端各系一條細繩，跨過定滑輪各掛一個小盤，增減盤中的砝碼可改變小車受到的合外力，增減車上的砝碼可改變小車的質量。兩車左端各系一條細線，用一個黑板擦把兩細線同時按在固定、粗糙的水平墊片上，使小車靜止(如圖乙)。抬起黑板擦兩車同時運動，在兩車尚未碰到滑輪前，迅速按下黑板擦，兩車立刻停止，測出兩車位移的大小。(1)該實驗中，盤和盤中砝碼的總質量應_(填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的總質量。(2)圖丙為某同學在驗證“合外力不變，加速度與質量成反比”時的實驗記錄，已測得小車1的總質量M1100 g，小車2的總質量M2200 g。由圖可讀出小車1的位移x15.00 cm，小車2的位移x2_ cm，可以算出_(結果保留三位有效數字)；在實驗誤差允許的范圍內，_(填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)遠小于(2)2.47(2.462.48)2.02(2.02或2.03)等于解析(1)設盤和盤中砝碼的總質量為m，小車的總質量為M，根據牛頓第二定律有：TMa，mgTma，得小車受到的拉力T。由此可知，當mM時，Tmg，可用盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力。(2)由圖可知，小車2的位移為2.47 cm，由勻加速直線運動的位移公式可知，xat2，即a，由于時間相等，所以2.02；由數據可知2，故近似有。6(2019·安徽合肥二模)某課外小組利用圖甲裝置探究物體的加速度與所受合力之間的關系，請完善如下主要實驗步驟。(1)如圖乙，用游標卡尺測量遮光條的寬度d_ cm。(2)安裝好光電門，從圖甲中讀出兩光電門之間的距離s_ cm。(3)接通氣源，調節(jié)氣墊導軌，根據滑塊通過兩光電門的時間_(選填“相等”或“不相等”)可判斷出導軌已調成水平。(4)安裝好其他器材，并調整定滑輪，使細線水平。(5)讓滑塊從光電門1的左側由靜止釋放，用數字毫秒計測出遮光條經過光電門1和2的時間分別為t1和t2，計算出滑塊的加速度a1_(用d、s、t1和t2表示)，并記錄對應的拉力傳感器的讀數F1。(6)改變重物質量，多次重復步驟，分別計算出加速度a2、a3、a4，并記錄對應的F2、F3、F4。(7)在a­F坐標系中描點，得到一條通過坐標原點的傾斜直線，由此得出_。答案(1)0.550(2)50.0(3)相等(5) (7)物體質量一定時，其加速度與所受合力成正比解析(1)由圖乙可知，該游標卡尺為20分度，精確度為0.05 mm，讀數為5 mm0.05×10 mm5.50 mm0.550 cm。(2)兩光電門之間的距離s73.0 cm23.0 cm50.0 cm。(3)在調整氣墊導軌水平時，滑塊不掛鉤碼和細線，判斷氣墊導軌水平的依據是：接通氣源后，反復調節(jié)旋鈕，使滑塊可靜止于導軌的任何位置；或接通氣源后，給滑塊一個初速度，反復調節(jié)旋鈕，使滑塊通過兩光電門的時間相等。 (7)通過坐標原點的傾斜直線是正比例函數圖線，故說明物體質量一定時，其加速度與所受合力成正比。7.(2019·湖北荊州高三四月質檢)用如圖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軌上，左端固定，右端自然伸長至O點；在O點右側的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，然后由靜止釋放，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。(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是v_。(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量_。(填字母序號)A彈簧原長 B當地重力加速度C滑塊(含遮光片)的質量(3)若氣墊導軌左端比右端略高，彈性勢能的測量值與真實值比較將_。(填字母序號)A偏大 B偏小 C相等答案(1)(2)C(3)A解析(1)滑塊離開彈簧后的運動可視為勻速運動，故可以用BC段的平均速度表示滑塊脫離彈簧時的速度，則有：v。(2)由能量守恒定律可知，彈簧的彈性勢能等于滑塊增加的動能，故應求解滑塊的動能，根據動能表達式可知，還需測量滑塊的質量，故選C。(3)若氣墊導軌左端比右端略高，導致滑塊通過兩光電門的時間將減小，那么測得速度偏大，因此彈性勢能的測量值也偏大，故選A。8(2019·陜西渭南二模)用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗，如圖所示。在滑塊上安裝一遮光條，把滑塊放在水平氣墊導軌上，并通過跨過定滑輪的細繩與鉤碼相連，光電計時器安裝在B處。測得滑塊(含遮光條)的質量為M，鉤碼總質量為m，遮光條寬度為d、導軌上A點到B點的距離為L，已知當地的重力加速度為g。將滑塊在圖示A位置釋放后，光電計時器記錄下遮光條通過光電門的時間為t。(1)選擇A到B的物理過程，則滑塊(含遮光條)與鉤碼組成系統(tǒng)重力勢能的減少量為_，動能的增加量為_。(2)某同學通過改變A點的位置，得到幾組不同的L，同時測出相應的t，他通過作L­()2圖象，發(fā)現該圖象是過原點的一條直線，就此能否得出系統(tǒng)機械能守恒的結論？_(填“能”或“不能”)。答案(1)mgL(mM)()2(2)不能解析(1)根據功能關系，重力勢能的減少量等于重力做功的值，所以EpmgL；滑塊通過光電門的速度v，所以系統(tǒng)動能的增加量Ek(Mm)v20(mM)2。9(2019·江蘇省丹陽市丹陽高級中學三模)某小組測量木塊與木板間的動摩擦因數，實驗裝置如圖甲所示。(1)實驗中打出的一條紙帶如圖乙所示。從某個清晰的點O開始，每5個點取一個計數點，依次標出1、2、3，量出1、2、3點到O點的距離分別為s1、s2、s3，從O點開始計時，1、2、3點對應時刻分別為t1、t2、t3，求得1，2，3，作出­t圖象如圖丙所示，圖線的斜率為k，截距為b。則木塊的加速度a_；b的物理意義是_。(2)實驗測得木塊的加速度為a，還測得鉤碼和木塊的質量分別為m和M，已知當地的重力加速度為g，則動摩擦因數_。(3)關于上述實驗，下列說法中錯誤的是_。A木板必須保持水平B調整滑輪高度，使細線與木板平行C鉤碼的質量應遠小于木塊的質量D紙帶與打點計時器間的阻力是產生誤差的一個因素答案(1)2kO點的瞬時速度(2)(3)C解析(1)由題意可知，0t時間內的等于時刻的瞬時速度，即v，而vv0a·，則有v0t。則­t圖象的斜率k，即a2k。圖線縱軸截距b是t0時刻對應的速度，即表示打O點時木塊的瞬時速度。(2)對鉤碼和木塊，由牛頓第二定律得：mgTma，TmgMa解得：。(3)為了保證木板受到的壓力大小等于木塊的重力大小，木板必須保持水平，故A正確；調整滑輪高度，使細線與木板平行，從而使拉力與滑動摩擦力共線，故B正確；由的表達式推導可知，鉤碼的質量不需要遠小于木塊的質量，故C錯誤；設紙帶與打點計時器間的阻力為f，則mgTma，TMgfMa，可得，與(2)中表達式比較可知，紙帶與打點計時器間的阻力是產生誤差的一個因素，故D正確。本題選說法錯誤的，故選C。10(2019·河南六市高三第二次聯考)如圖是用來驗證動量守恒定律的實驗裝置，彈性球1用細線懸掛于O點，O點下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實驗時，將球1拉到A點，同時把球2放在立柱上，由靜止釋放球1，當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞。碰后球1向左最遠可擺到B點，球2落到水平地面上的C點。測出有關數據即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒?，F已測出A點離水平桌面的距離為a，B點離水平桌面的距離為b，C點與桌子邊沿間的水平距離為c，此外，還需要測量的量是_、_、_和_。據測量的數據，該實驗中驗證動量守恒定律的表達式為_。答案彈性球1的質量m1彈性球2的質量m2立柱高h桌面高Hm1m1m2解析要驗證動量守恒定律，就需要知道碰撞前后的動量，所以要測量1、2兩個小球的質量m1、m2，要通過平拋運動的分位移公式求解碰撞后球2的速度，所以要測量立柱高h，桌面高H；球1從A處下擺過程只有重力做功，機械能守恒，根據機械能守恒定律，有：m1g(ah)m1v，解得：v1；碰撞后球1上升到最高點的過程中，機械能守恒，根據機械能守恒定律，有：m1g(bh)m1v，解得：v2，碰撞后球2做平拋運動，有：t ，所以球2碰后速度為：v3，該實驗中驗證動量守恒定律的表達式為：m1v1m1v2m2v3，代入數據得：m1m1m2。11(2017·北京高考)如圖1所示，用質量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。(1)打點計時器使用的電源是_(選填選項前的字母)。A直流電源 B交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_(選填選項前的字母)。A把長木板右端墊高 B改變小車的質量在不掛重物且_(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響。A計時器不打點 B計時器打點(3)