1、高 考 总高 考 总 复 习复 习第一讲力学实验第一讲力学实验专题八专题八2022内容索引体系构建体系构建 真题感悟真题感悟高频考点高频考点 能力突破能力突破专项模块专项模块 素养培优素养培优体系构建体系构建 真题感悟真题感悟【知识回顾知识回顾构建网络构建网络】【感悟高考感悟高考真题再练真题再练】1.(2021广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记
2、录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。n123456ln/cm8.0410.03 12.05 14.07 16.11 18.09(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80 m/s2,该弹簧的劲度系数为 N/m。(结果保留三位有效数字)答案(1)6.046.05 (2)3 (3)48.6 情境剖析 本题属于基础性题目,以测量缓冲装置中弹簧的劲度系数为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查的学科素养是科学探究素养,关键能力是实践操作能力中的数据处理能力。2.(2020北京卷)在探究加速度与
3、物体受力、物体质量的关系实验中,做如下探究。甲(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用如图甲所示的装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,两小车同时运动,一段时间后按下板擦,两小车同时停下。对比两小车的位移,可知小车的加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列说法正确的是 。A.小车质量相同,钩码质量不同 B.小车质量不同,钩码质量相同C.小车质量不同,钩码质量不同(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车的加速度a与质量m的7组实验数据,如下表所示。在图乙的坐标纸上已经描好了6组数据点,请
4、将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-图像。次数1234567a/(ms-2)0.620.560.480.400.320.240.15m/kg0.250.290.330.400.500.711.00乙(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是。A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力丙 答案(1)B (2)见解析图 (3)AD解析(1)为了探究加速度与质量
5、的关系,必须控制小车所受拉力相同,而让小车的质量不同,所以钩码质量相同,故B正确。(3)使小车沿倾角合适的斜面运动,小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力,则小车受力可等效为只受绳的拉力,故A正确。若斜面倾角过大,重力沿斜面的分力大于摩擦力,小车所受合力将大于绳的拉力,不利于简化“力”的测量,故B错误。由牛顿第二定律可知,无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都大于绳的拉力,故C错误。当小车的运动趋近于匀速运动时,砂和桶可近似看成受力平衡,则砂和桶的重力才近似等于绳的拉力,故D正确。情境剖析 本题属于基础性题目,以教材中的探究加速度与质量、力的关系的实验装置为素材创设学习探索类问题情
6、境。素养能力 本题考查了考生的“设计实验与制订方案、获取和处理信息”等科学探究能力。要求考生利用已学基础知识和实验原理,能结合实验数据分析相关问题。高频考点高频考点 能力突破能力突破考点一考点一纸带类问题纸带类问题(含频闪照相、光电门含频闪照相、光电门)【命题点点拨】【命题点点拨】命题点解答指引1.研究匀变速直线运动实验中测量瞬时速度或加速度(包括平抛运动的竖直分运动)(1)平均速度等于中间时刻的瞬时速度(2)逐差法测量加速度2.验证牛顿运动定律实验中测量加速度(1)逐差法测量加速度(2)实验条件平衡摩擦力;使提供牵引力的小盘及盘中砝码的总质量远小于被牵引的小车和车中砝码的总质量命题点解答指引
7、3.验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律实验中测量速度平均速度等于中间时刻的瞬时速度;进一步计算动能或动量4.测量重力加速度逐差法测量加速度5.测量动摩擦因数实验中测量加速度逐差法测量加速度,再根据牛顿第二定律测量动摩擦因数【方法规律归纳】【方法规律归纳】1.纸带问题的两个关键点(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。注意:不一定“每五个点”(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。2.纸带数据的处理方法 典例典例
8、1(2021海南海口高三三模)(命题点2)某实验小组正在进行探究物体的加速度和所受的合力、质量的关系实验。甲(1)实验装置如图甲所示,图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示细线所受拉力的大小。实验时,下列操作必要且正确的是。A.将长木板右端适当垫高,使小车前端的滑轮不加细线时,小车能匀速滑动B.为了减小误差,实验中要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量C.实验时,拉小车前端滑轮的细线必须保持水平D.实验时,使小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录拉力传感器的示数(2)在正确、规范的操作下,打出一条如图乙所示的纸带,每相邻两个计数点之间还有四个计时点没
9、有画出来,纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离,打点计时器电源的频率为50 Hz。则小车做匀加速直线运动的加速度大小a=m/s2。(结果保留三位有效数字)乙(3)带滑轮的长木板水平放置,保持小车质量不变,改变砂桶里砂的质量,测出每次拉力传感器的示数F和小车对应的加速度a,作a-F图像。下列图线正确的是。丙 答案(1)AD (2)2.50 (3)B解析(1)平衡摩擦力后,拉力传感器读数的两倍即为小车所受到的合力,A正确。因为可以用拉力传感器测量拉力,所以不需要用砂和砂桶的重力代替拉力,所以不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,B错误。细线保持与木板平行,这样才能保持小车所受到的合力不变,C错
10、误。实验时,使小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录拉力传感器的示数,D正确。方法点拨该题属于原理和器材创新类问题,弄清力的测量方法是正确解答的关键。【对点训练】【对点训练】1.(2021云南高三二模)(命题点1)某同学利用如图甲所示的装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中必要的措施是。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甲(2)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,纸带上的部分计数点如图乙所示(相邻2个计数点间还有4个计时点,图中未画出)。s1=3.59 cm,
11、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,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)乙 答案(1)AB(2)0.800.40解析(1)为了让小车做匀加速直线运动,应使小车受力恒定,故应将细线与长木板保持平行,同时为了打点稳定,应先接通电源再释放小车,故A、B正确。本实验只研究匀变速直线运动,故不需要让小车的质量远大于钩码的质量,只要能让小车做匀加速直线运动即可,故C错误。由C的分析可知,只要摩擦力恒定即可,不需要平衡摩擦力,故D错误。(2)两计数点间的时间间隔为T=50.
12、02 s=0.10 s;根据逐差法可知,物体的加速度方法点拨注意逐差法的应用。2.(2021福建厦门高三一模)(命题点2)在探究质量一定时,加速度与物体所受合力的关系的实验中,实验装置如图甲所示,两滑轮间的轻绳始终与长木板平行,打点计时器所接的交流电源的频率为50 Hz。甲(1)对该实验,下列操作必要且正确的是。A.取下砂桶,抬起长木板右端到合适的高度,使小车沿长木板做匀速直线运动B.测量砂桶和砂的质量C.实验时需要先释放小车,再接通电源(2)实验中得到一条纸带如图乙所示,0、1、2、3、4为五个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个计时点未画出。根据纸带数据,可求出小车的加速度大小a=m
13、/s2。(结果保留两位有效数字)乙 丙(3)该实验中,砂和砂桶的总质量(选填“需要”或“不需要”)远小于小车的质量。(4)以力传感器的示数F为横坐标,通过纸带计算出的加速度a为纵坐标,画出a-F图像如图丙所示,则小车的质量m=kg。(结果保留两位有效数字)答案(1)A(2)0.80(3)不需要(4)0.33解析(1)此实验需要平衡小车所受摩擦力,故A正确。由力传感器可以测出拉力的大小,不需要测量砂桶和砂的质量,故B错误。实验时需要先接通电源,再释放小车,故C错误。(3)由于拉力可以通过力传感器直接测出,所以砂和砂桶的总质量不需要远小于小车的质量。(4)对小车,根据牛顿第二定律可得2F=ma,结
14、合题图丙可得易错提醒弄清实验条件是防止出错的关键明确要不要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。3.(2021天津高三模拟)(命题点3)利用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。(1)除图示器材外,下列器材中,必需的一组是。A.直流电源及导线、天平及砝码B.直流电源及导线、刻度尺C.交流电源及导线、天平及砝码D.交流电源及导线、刻度尺甲(2)图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器打下O点(图中未标出)时,重锤开始下落,a、b、c是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的零刻度线与O点对齐,a、b、c三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出b点时锤下落的高度hb=
15、cm,下落的速度为vb=m/s(计算结果保留三位有效数字)。乙(3)某同学用上述方法测出各点到O点的距离h,算出对应的速度的二次方v2,并作出v2-h图像,设当地重力加速度为g。下列说法正确的是。A.v2-h图像一定过原点B.若v2-h图像是一条过原点的直线,则机械能一定守恒C.若v2-h图像是一条过原点的直线,则斜率等于gD.若v2-h图像是一条过原点的直线,则斜率略小于2g答案(1)D (2)19.301.95(1.941.96均可)(3)AD解析(1)打点计时器需要的电源是交流电源;验证机械能守恒定律的实验可以不用测量重物的质量,可以不要天平;测量长度要用到刻度尺。故选D。(2)由题图乙
16、可知,打点计时器在打出b点时锤下落的高度hb为19.30 cm。用a、c两点间的平均速度代表b点的瞬时速度,(3)若机械能守恒则有mgh=mv2,整理后有v2=2gh,v2-h的图像是一条过原点且斜率为2g的直线。但由于有空气阻力以及纸带和限位孔之间有摩擦等,导致实验有误差,则该直线过原点,但斜率略小于2g,故选A、D。考点二考点二弹簧、橡皮条问题弹簧、橡皮条问题【命题点点拨】【命题点点拨】命题点 解答指引1.探究弹力与弹簧伸长量的关系实验数据的处理方法列表法:将测得的实验数据填入设计好的表格之中,可以分析两物理量间的定性关系。图像法:根据记录的实验数据在平面直角坐标系内进行作图。若是曲线应平
17、滑,若是直线要让尽量多的点过直线,或在直线两侧均匀分布。函数法:往往是根据图像得到物理量间的函数关系方程式命题点 解答指引2.验证力的平行四边形定则(1)实验原理 考查的重点是“力作用效果的等效性”使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同。(2)操作关键每次拉伸结点位置O必须保持不变;记下每次各力的大小和方向;画力的图示时应选择适当的标度。注:对实验步骤中两个分力与合力的大小和方向的确定也是考查的重点典典例例2(2021江西南昌高三三模)(命题点1)一个实验小组在进行探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验。(1)甲同学在做该实验时,通过处理数据得到了如图甲所示的F-x图像,其中F为弹簧弹力,x为
18、弹簧长度。该弹簧的原长x0=cm,弹簧的劲度系数k=N/m。将该弹簧制成一把弹簧测力计,当弹簧测力计的示数如图乙所示时,该弹簧的长度x=cm。甲 乙(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的关系图像如图丙所示。下列表述正确的是。A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.弹簧的弹力与弹簧的长度成正比丙答案(1)82520(2)B解析(1)当弹力为零时,弹簧处于原长状态,故原长为x0=8 cm,在F-x图像中斜率代表弹簧的劲度系数,则 =25 N/m,在题图乙中弹簧测力计的示数F=3.0 N,由题图甲可知此时弹簧的长度x=20 cm。(2)在题图丙
19、中,当弹簧的弹力为零时,弹簧处于原长,故b的原长大于a的原长,故A错误;斜率代表劲度系数,故a的劲度系数大于b的劲度系数,故B正确,C错误;弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,故D错误。素养点拨 该题属于基础实验题,这类问题要求对实验原理和数据的处理方法熟练掌握,弄清图像的意义。【对点训练】【对点训练】4.(2021广东广州高三一模,2017全国卷T22衍生题)(命题点2)某研究小组做验证力的平行四边形定则实验时,将白纸固定在水平放置的木板上,橡皮筋的A端用图钉固定在木板上,B端系上两根带有绳套的细绳。(1)如图甲所示,用两个弹簧测力计通过细绳沿平行木板的不同方向同时拉橡皮筋,将橡皮筋的B端拉至某
20、点O。记下O点位置和两细绳的方向,并读出两个拉力的大小分别为F1=N和F2=2.00 N。甲(2)如图乙所示,撤去(1)中的拉力,现只用一个弹簧测力计通过细绳沿平行木板的方向拉橡皮筋,并再次将B端拉至O点,再次将B端拉至O点的目的是;记下细绳的方向,并读出拉力的大小为F=2.20 N。(3)如图丙所示,某同学以O点为作用点,用图示标度画出了力F的图示,请你画出力F1、F2的图示并按平行四边形定则画出它们的合力F合。(4)比较F合与F的关系,即可验证力的平行四边形定则。乙 丙答案(1)1.80(2)使该拉力单独作用的效果与F1、F2一起作用的效果相同(3)如图所示5.(2021吉林长春东北师大附
21、中模拟,2018全国卷T22衍生题)(命题点1)为测量弹簧劲度系数,某探究小组设计了如下实验,实验装置如图所示,角度传感器与可转动“T”形螺杆相连,“T”形螺杆上套有螺母,螺母上固定有一个力传感器,力传感器套在左右两个固定的套杆(图中未画出)上,弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上,另一端与铁架台底座的固定点相连。当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时,力传感器会随着“T”形螺杆旋转而上下平移,弹簧长度也随之发生变化。(1)已知“T”形螺杆的螺纹间距d=4.010-3 m,当其旋转300时,力传感器在竖直方向移动 m。(结果保留两位有效数字)(2)该探究小组操作步骤如下:旋转螺杆使弹簧长度大于
22、原长;序号F/N10.121499.720.247999.930.3731 500.540.4982 000.250.6232 500.660.7473 000.3记录力传感器示数F0以及角度传感器示数0;旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加,待稳定后,记录力传感器示数F1,其增加值F1=F1-F0,角度传感器示数1,其增加值1=1-0;多次旋转“T”形螺杆,重复步骤的操作,在表格中记录多组F、值。下图已描出5个点,请将剩余点在图中描出并连线。(3)若上图中的直线斜率为a,则用d、a写出弹簧的劲度系数的表达式为k=。答案(1)3.310-3(2)见解析图解析(1)当其旋转360时,力传感器在竖直方向
23、移动d=4.010-3m则当其旋转300时,力传感器在竖直方向移动的距离为(2)描点作图如下 方法点拨该题属于器材创新问题。明确弹簧形变与角度传感器示数的关系是求解的关键。考点三考点三新增力学实验新增力学实验【命题点点拨】【命题点点拨】命题点解答指引1.探究平抛运动的特点利用运动的分解,化曲为直,分别研究两个方向的分运动2.探究向心力与半径、质量和角速度的关系注意控制变量法的要求;Fn=mr23.用单摆测量重力加速度的大小摆长是悬点到小球球心的距离 先测量单摆周期和摆长,利用单摆周期公式求重力加速度;特别提醒新增实验“探究平抛运动的特点”在2021年全国卷和2020年天津卷等都已经考查过,20
24、20年浙江卷也考到实验“用单摆测量重力加速度的大小”,还有“探究向心力与半径、质量和角速度的关系”实验虽然相对简单,但不排除今后有考查的可能。典典例例3(2020天津卷)(命题点1)某实验小组利用图甲装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放后固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。甲 乙(1)为了正确完成实验,以下做法必要的是。A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从静止开始释放C.使斜面的底边ab与桌边重合D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面(2)实验小组
25、每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,如图乙所示。钢球平抛的初速度为 m/s。(g取10 m/s2)(3)图甲装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是。答案(1)AB(2)2(3)方便将木板调整到竖直平面解析(1)为保证钢球离开桌面后做平抛运动,桌面必须保持水平,且钢球离开斜面后必须在水平桌面上先运动一段距离,选项A正确,C错误。为保证钢球每次离开桌面后做同一轨迹的平抛运动,必须保证每次实验中钢球离开桌面的速度相同,故每次实验钢球必须从斜面顶端同一位置由静止释放,这种情况下斜面对钢球的摩擦力
26、的影响每次都是相同的,没有必要选择对钢球摩擦力小的斜面,选项B正确,D错误。(2)钢球离开桌面后在水平方向做匀速直线运动,木板每次远离桌子的距离x相同,故钢球打到木板前每次平抛运动的时间增量相同,即白纸上相邻点迹对应的时间间隔T相等,又因为钢球竖直方向做自由落体运动,故y=gT2,设钢球平抛的初速度为v0,则x=v0T,联立解得v0=2 m/s。(3)为保证白纸上点迹间隔为竖直方向上的位移,木板必须沿竖直方向,铅垂线的作用就是方便将木板调整到竖直方向。方法点拨巧妙获得平抛运动竖直分运动的运动情况,利用纸带处理方法求解。【对点训练】【对点训练】6.(2020浙江卷)(命题点3)在用单摆测量重力加
27、速度的实验中:(1)为了减小测量误差,下列做法正确的是 。A.摆的振幅越大越好B.摆球质量大些、体积小些C.摆线尽量细些、伸缩性小些D.计时的起、止位置选在摆球达到的最高点处(2)改变摆长,多次测量,得到周期的二次方与摆长的关系图像如图所示,所得结果与当地重力加速度值相符,但发现其延长线没有过原点,其原因可能是。A.测周期时多数了一个周期B.测周期时少数了一个周期C.测摆长时直接将摆线的长度作为摆长D.测摆长时将摆线的长度加上摆球的直径作为摆长答案(1)BC(2)C解析(1)测量误差主要有两个:一是空气阻力的影响;二是摆长测量不准。从这两方面看,应选B、C。7.(命题点2)在探究小球做圆周运动
28、所需向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系的实验中:(1)在探究向心力的大小F与角速度的关系时,要保持相同。A.和r B.和m C.m和rD.m和F(2)本实验采用的实验方法是。A.累积法B.控制变量法 C.微元法D.放大法(3)通过本实验可以得到的正确结果是。A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小成正比C.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成反比D.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比答案(1)C(2)B(3)D解析(1)在探究向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系时,需
29、先控制某些量不变,探究另外两个物理量的关系,所以在探究向心力的大小F与角速度的关系时,要保持小球的质量与运动的半径相同,故C正确。(2)在实验时需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法,故B正确。(3)根据向心力的公式F=m2r,在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度大小的二次方成正比,故A错误。根据向心力的公式 ,在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小的二次方成正比,故B错误。根据向心力的公式F=m2r,在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成正比,故C错误。根据向心力的公式F=m2r,在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比
30、,故D正确。专项模块专项模块 素养培优素养培优力学创新类实验归纳分析力学创新类实验归纳分析【考向分析】【考向分析】高考力学创新实验题常把考查内容延伸到演示实验中,甚至拓展到迁移类实验、应用性实验、设计性实验。要求学生利用所学知识,对实验仪器或实验方法重组,将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情景新颖的实验中去。从上面三个考点我们可以看出,考查原始实验的题目较少,实验题大都以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验,力学实验创新设计的形式有以下三种:1.实验器材的等效与替换。常见的考查模式主要有两大类:一是不变目的,变装置;二是不变装置,变目的。2.实验原理的拓展
31、与延伸。该类实验的特点是题目来源于教材,但又高于教材,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,要解决此类实验问题,应从背诵实验向分析理解实验转变。3.试题情景的设计与创新。不管试题情景的设计进行了怎样的创新,其考查的实验原理和实验处理方法仍然不变。【解法分析】【解法分析】对于创新型实验的处理,最根本的方法是要把实验的本质从新情境中分离出来,找出与常规实验的相同之处,然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理,解决此类问题要有“以不变应万变”的策略:(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案。(2)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,
32、结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。【典例分析】【典例分析】典例典例(2020山东卷)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:()如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出);甲()调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量
33、参考点,得到小物块相对于该点的运动距离l与运动时间t的数据;()该同学选取部分实验数据,画出了 -t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6 m/s2;()再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。回答以下问题:(1)当木板的倾角为37 时,所绘图像如图乙所示。由图像可得,小物块过测量参考点时速度的大小为 m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为 m/s2。(结果均保留两位有效数字)乙(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为 m/s2。(结果保留两位有效数字,sin 37=0.60,cos 37=0.80)答
34、案(1)0.32(或0.33)3.1(2)9.4(2)设小物块与木板的动摩擦因数为,由牛顿第二定律可得,木板倾角为53时,有mgsin 53-mgcos 53=ma,木板倾角为37时,有mgsin 37-mgcos 37=ma,由题意可知a=5.6 m/s2,联立解得g=9.4 m/s2。思维拓展本题这一类问题创新之处常常有下列几种情况。实验方法创新思维实验原理将研究运动物体转化为研究静止物体利用F弹=Ff=FN求让物块先做加速运动,当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动减速运动中,利用逐差法求加速度,利用F=mg=ma进一步求实验方法创新思维实验原理将动摩擦因数的测量转化为角度的测量利用a
35、=gsin-gcos 求(a通过逐差法求解)将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量利用 求加速度,再利用动力学知识得到【类题演练】【类题演练】1.(2021全国甲卷)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上,形成一倾角为的斜面(已知sin=0.34,cos=0.94),小铜块可在斜面上加速下滑,如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程,然后解析视频记录的图像,获得5个连续相等的时间间隔(每个时间间隔T=0.20 s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i=1,2,3,4,5),如下表所示。s1s2s3s4s55.87 cm 7.58 cm 9.31 cm 11
36、.02 cm12.74 cm由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为 m/s2,小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为。(结果均保留两位有效数字,g取9.80 m/s2)答案 0.430.32 2.(2021山东青岛高三一模,2018全国卷T22衍生题)某研究小组利用如图甲所示的装置测定重力加速度。实验器材由带有刻度尺的竖直杆、小球释放器、小球、光电门A和B及数字计时器和网兜组成。实验时,按图装配好实验器材,小球、两个光电门和网兜在同一竖直线上。利用刻度尺读出两个光电门的距离h,打开计时器后释放小球,记录下计时器显示的小球从光电门A到光电门B所用时间t;保持光电门A的位置不变,改变光电门B的位
37、置,重复实验,读出多组两个光电门间的距离h和小球经过两个光电门所用时间t,在坐标纸上作出 -t图线,如图乙所示。甲 乙(1)为了提高实验精度,下列说法正确的是。A.两光电门间的距离适当大一些B.小球的直径越小,实验精度越高C.应该选用密度较大的小球(2)图乙中,图线与纵轴交点坐标为b,若图线斜率为k,则当地的重力加速度为,小球释放点与光电门A的高度差为。(用题目给出的已知量表示)解析(1)两光电门间的距离适当大一些,可以减小距离及时间测量的误差,还可以减小小球大小对实验误差的影响,A正确;小球的直径小而质量大,精度才高,B错误;选用密度较大的小球,可以减小空气阻力的影响,C正确。3.(2021
38、山东高三三模,2019全国卷T22衍生题)某同学用如图甲所示的实验装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。长木板水平放在实验台上,右端固定打点计时器,电源频率为50 Hz,木块用细线绕过长木板左端的定滑轮与砂桶相连,实验中认为细线对木块的拉力F等于砂和砂桶的总重力,木块运动的加速度a可用纸带上打出的点求得,g取9.8 m/s2。甲(1)实验中打出的一条纸带如图乙所示,两个相邻计数点间均有四个计时点未画出,则木块的加速度为a=m/s2。(结果保留两位有效数字)乙(2)用天平测出木块的质量、每次实验砂和砂桶的总质量,根据实验数据作出了加速度a与力F的图像如图丙所示,木块与木板之间的动摩擦因数=。与真实
39、值相比,测量出的动摩擦因数(选填“偏大”或“偏小”)。(结果保留三位有效数字)丙 答案(1)0.10(2)0.306偏大解析(1)由题知,两个相邻计数点的时间间隔T=50.02 s=0.10 s(2)设木块的质量为m,根据牛顿第二定律得F-mg=ma结合图像,代入数据可求得=0.306。由于细线上拉力小于砂和砂桶的质量,故测出的动摩擦因数比真实值偏大。4.(2021福建高三二模,2020江苏卷T11衍生题)某同学为探究气球在空气中运动时所受空气阻力的大小跟速率的定量关系,所使用的器材如下:铁架台、钩码、弹簧测力计、细绳、气球、毫米刻度尺、具有连拍功能的手机。其实验步骤如下:A.测出气球及钩码的
40、总重力G;B.吹好气球,用细绳将气球扎紧,另一端系上钩码;C.将刻度尺竖直固定在铁架台上,将气球(含钩码)从较高位置释放,使其经过刻度尺附近时能匀速下落;D.使用手机连拍功能,拍摄气球匀速运动时的多张照片;E.改变所悬挂的钩码质量,重复以上步骤;F.记录并处理数据。(1)某次拍摄的两张照片如图甲、乙所示,可以以此计算出气球下落的位移。图乙中位置的读数为 cm。甲 乙(2)记录每次实验中气球(含钩码)重力G和相邻两次拍摄时间内气球下落的位移l,如下表所示,已知相邻两次拍摄的时间间隔为1 s,根据表格数据可以计算出每组实验中气球所受阻力F阻和其匀速运动时的速率v。图丙中已描出了部分数据,请补描第三
41、组实验数据并绘制出F阻-v关系图像。丙 次数1234567重力G/(10-2 N)4.55.56.57.58.59.510.5位移l/(10-2 m)13.6016.3019.8023.8026.6028.8032.80(3)根据所绘制的图像,可以得到的实验结论为 。答案(1)7.00 (2)见解析图(3)在误差允许的范围内,此气球受到的空气阻力跟速率成正比解析(2)第三组数据是G=F阻=6.510-2 N时,速度v=19.80 cm/s,则绘制出F阻-v关系图像如图所示。(3)根据所绘制的图像可知,图像是过原点的直线,可以得到的实验结论为在误差允许的范围内,此气球受到的空气阻力跟速率成正比。
42、5.(2021山东菏泽高三一模)某同学利用如图所示的装置做验证碰撞中的动量守恒实验,具体操作如下。A.把带有斜槽的长木板调整水平后固定,用天平测量出甲、乙两小车的质量,记为m1、m2;B.将小车甲从斜槽上的某点P由静止释放,最终小车甲停在长木板上的M点,在长木板靠近斜槽的区域选一点O,用刻度尺测量出OM的长度为l0;C.把小车乙静止放在O点,将小车甲再次从P点由静止释放,两车在O点相碰后,分别停在长木板上的N、S位置,测量出ON的长度为l1,OS的长度为l2;D.改变P点的位置,重复步骤B、C,多次实验。(1)本实验需要两小车与长木板间的动摩擦因数甲(选填“大于”“小于”或“等于”)乙。(2)满足上述实验条件后,要验证碰撞中的动量守恒,只要验证等式成立即可。(用测量的物理量写出关系式)(3)某同学根据获得的实验数据总结得到关系式m1l0m1l1+m2l2,你认为两车的碰撞属于碰撞。解析(1)因为实验只测量了小车在长木板上移动的距离,所以只有两小车在长木板上的加速度一样,两车的初速度之比才可以直接用位移表示,故两小车与长木板间的动摩擦因数相同。(2)设小车在O点的速度为v,则根据运动学公式得v2=2ax所以,验证动量守恒需满足
