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第10講 力學實驗,1.(2014·浙江理綜，21)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，某同學把兩根彈簧如圖1甲連接起來進行探究。,圖1,(1)某次測量如圖乙所示，指針示數(shù)為________cm。 (2)在彈性限度內(nèi)，將50 g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如上表。用表內(nèi)數(shù)據(jù)計算彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)為________ N/m(重力加速度g＝10 m/s2)。由表內(nèi)數(shù)據(jù)________(填“能”或“不能”)計算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)。,答案 (1)16.00(15.95 cm～16.05 cm均可) (2)12.45(12.20～12.80 N/m均可) 能,2.(2014·新課標全國卷Ⅰ，22)某同學利用圖2(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g，實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到?；卮鹣铝袉栴}：,圖2,(1)根據(jù)該同學的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 ________(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。 (2)由圖(b)可知，a－m圖線不經(jīng)過原點，可能的原因是_________________________________。 (3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應(yīng)采取的改進措施是_____________ _____________________________，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是________________。,解析 (1)把圖(b)中的點用平滑線連接后，可以看出，a－m圖線是曲線即非線性。 (2)由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但加速度仍為零，可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。 (3)改進措施：第一圖線不過原點，要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力等于鉤碼的重力，要求鉤碼質(zhì)量不能太大，即遠小于小車的質(zhì)量。 答案 (1)非線性 (2)存在摩擦力 (3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力 遠小于小車質(zhì)量,3.(2015·浙江理綜，21)甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗。,圖3,(1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材________；乙同學需在圖中選用的器材________。(用字母表示),圖4,(2)某同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________。,答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2,4.(2015·新課標全國卷Ⅰ，22)某物理小組的同學設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R＝0.20 m)。,圖5,完成下列填空： (1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖5(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00 kg； (2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________ kg； (3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)，此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示：,(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為________ N；小車通過最低點時的速度大小為________ m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字),答案 (2)1.40 (4)7.9 1.4,5.(2015·新課標全國卷Ⅱ，22)某同學用圖6(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。,圖6,(1)物塊下滑時的加速度a＝________ m/s2，打C點時物塊的速度v＝________ m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是________(填正確答案標號)。 A.物塊的質(zhì)量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角,答案 (1)3.25 1.79 (2)C,主要題型：填空題 知識熱點 (1)命題規(guī)律 從近三年高考對力學實驗的考查，處處滲透著新課程信息，試題“來源于教材而不拘泥于教材”。試題側(cè)重對學生獨立完成實驗的能力的考查，實驗命題并不回避學生做過的經(jīng)典實驗，只是在經(jīng)典實驗基礎(chǔ)上做有限的變化，考查學生獨立解決新問題的能力和知識遷移能力，體現(xiàn)新課程倡導的三維目標。,(2)題型特點 ①“常規(guī)實驗題”：該小題命題立足教材，側(cè)重考查完成實驗的能力。涉及基本儀器的使用(含讀數(shù))、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、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差的分析。 ②“能力遷移題”：該命題立足遷移，側(cè)重考查設(shè)計簡單實驗方案的能力。突出實驗原理的遷移、測量方法的遷移、數(shù)據(jù)處理方法的遷移(圖象法和平均值法)等。 ③“創(chuàng)新實驗題”：“新”可以更加有效地考查學生分析問題的能力，區(qū)分度也很明顯。其實這類題依然是以實驗基礎(chǔ)為依據(jù)，只不過在新的背景、新的命題方式下進行考查。,考向一 “紙帶類”實驗(一套裝置、一條紙帶串聯(lián)力學四個實驗),1.(驗證牛頓第二定律)用圖7甲所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗。,(1)為了減小長木板對小車摩擦力的影響，必須在長木板________(選填“遠離”或“靠近”)滑輪的一端下面墊一木塊來平衡摩擦力。接通電火花計時器電源，輕推小車，讓小車拖著紙帶運動。如果打出的紙帶如圖乙所示，則應(yīng)________(選填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點跡________為止。 (2)為了驗證小車的加速度與其質(zhì)量的定量關(guān)系，必須采用________法。,(3)A同學在小車所受合外力不變時，改變小車的質(zhì)量，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：,丙,圖7,答案 (1)遠離；減??；間隔相等(均勻) (2)控制變量 (3)①如圖所示；②在物體受外力不變時，物體的加速度與其質(zhì)量成反比；③0.06 N,2.(探究小車速度隨時間的變化規(guī)律)(2015·嘉興市高三教學測試)(1)如圖8所示為“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗裝置圖，按照實驗要求應(yīng)該( ),圖8,A.先釋放小車，再接通電源 B.先接通電源，再釋放小車 C.同時釋放小車和接通電源,(2)本實驗必須( ) A.要平衡摩擦力 B.要求懸掛物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 C.上述兩項要求都不需要 (3)如圖9為在“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”實驗中，得到的紙帶，從中確定五個計數(shù)點，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s。則打C點時小車的速度vC＝________ m/s，小車的加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),圖9,答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0,3.(探究動能定理)某物理興趣小組利用如圖10所示的裝置，將質(zhì)量為m＝1.5 kg的鉤碼P與質(zhì)量為M＝5.0 kg的小車Q組成的系統(tǒng)作為研究對象來驗證動能定理，其實驗步驟如下：(重力加速度g取10 m/s2),圖10,A.將一端帶滑輪的木板放在水平桌面上，有滑輪的一端伸出桌邊沿 B.在木板不帶滑輪的一端安裝打點計時器，用導線將打點計時器跟頻率為50 Hz的交流電源相連 C.將小車Q放在木板上打點計時器的附近，紙帶穿過打點計時器的限位孔并與小車相連 D.細繩的一端與小車Q相連，另一端跨過滑輪與鉤碼P相連 E.接通打點計時器后釋放小車Q，打點計時器在紙帶上打下一系列點如圖11所示。圖中A、B、C、…、H是計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間有4個記錄點未標出，設(shè)紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之的時間間隔為T。,(1)紙帶上兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔T＝________s。 (2)由圖11所示的紙帶，通過分析計算可知，小車Q運動中受到的阻力f＝________N。 (3)從打點計時器打下B點到打下C點的過程中，對鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)，合外力做的功為W＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關(guān)符號表示)；鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)動能的改變量ΔEk＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關(guān)符號表示)。 (4)該實驗中，每次實驗所求得的W都略大于ΔEk，引起該實驗誤差的原因是____________(只需填寫一個即可)。,圖11,(4)根據(jù)實驗原理分析，W略大于ΔEk的原因有：鉤碼P下落過程中受到空氣的阻力；計算過程中忽略了滑輪的質(zhì)量即滑輪獲得的動能；滑輪轉(zhuǎn)動過程中受到軸、空氣的阻力等。,4.(驗證機械能守恒定律)某同學利用如圖12所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒,,圖12,(1)現(xiàn)提供如下器材： A.小車 B.鉤碼 C.一端帶滑輪的長木板 D.細繩 E.電火花打點計時器 F.紙帶 G.毫米刻度尺 H.游標卡尺 I.低壓交流電源 J.220 V交流電源 實驗中不需要的器材是________(填寫器材前的字母)，還需要的器材是________。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結(jié)果盡可能準確，則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足________。 (3)小明和小軍同學在做該實驗時，小明認為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系，而小軍卻否認小明的看法，你認為小明的看法________(選填“正確”或“不正確”)，理由是_____________ _________________________________________________________。,(4)兩位同學統(tǒng)一觀點后完成實驗，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標號為0～6)，測出相關(guān)距離如圖13所示，要驗證在第2點與第5點時系統(tǒng)的機械能相等，則應(yīng)滿足關(guān)系式____________________________。(設(shè)小車質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，打點周期為T),圖13,解析 (1)實驗不需要游標卡尺，距離由刻度尺測量，電火花計時器直接使用220 V交流電源，不需要低壓交流電源，不需要的器材是H、I，還需要天平測量鉤碼的質(zhì)量。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結(jié)果盡可能準確，則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足M?m，這樣能使摩擦力做的功相對少些，以減少機械能的損失。 (3)小明的看法不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統(tǒng)機械能不守恒。,考向二 “橡皮條、彈簧”類實驗,1.[2015·四川理綜，8(1)]某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為l1，如圖14所示，圖15是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大圖，示數(shù)l1＝________ cm。在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個鉤碼質(zhì)量是50 g，掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2＝_______N(當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8 m/s2)。要得到彈簧伸長量x，還需要測量的是________，作出F－x曲線，得到彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。,解析 刻度尺示數(shù)為25.85 cm，注意估讀。掛2個鉤碼時，彈簧彈力等于此時鉤碼的重力，即F＝2mg＝0.98 N。由于伸長量等于彈簧的長度減去原長，因此要得到伸長量，還需要測量彈簧原長。 答案 25.85 0.98 彈簧原長,圖14 圖15,2.(2014·新課標全國卷Ⅱ，23)某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系。實驗裝置如圖16所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0; 掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x。測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)。,圖16,已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm。,(3)圖17中畫出的直線可近似認為通過原點。若從實驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達式為k＝________N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關(guān)系的表達式為k＝________N/m。,圖17,答案 (1)①81.7 ②0.012 2 (2)如圖所示,3.(2015·安徽理綜，21Ⅰ)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達紙面上某一位置，如圖18所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：,圖18,①用鉛筆描下結(jié)點位置，記為O； ②記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應(yīng)的點連成線； ③只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置O，記錄測力計的示數(shù)F3，________________； ④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； ⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； ⑥比較________的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應(yīng)的改進后再次進行實驗。,解析 ③此步驟中應(yīng)記錄此時拉力的大小和方向，結(jié)合②的操作，③中橫線應(yīng)填寫：沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。⑥要驗證平行四邊形定則，需要比較F與F3的大小，方向是否一致，故⑥中橫線應(yīng)填寫F和F3 答案 ③沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線 ⑥F和F3,高頻考點十一 力學探究實驗,探究型實驗通常可分為兩類：第一類為通過實驗和實驗數(shù)據(jù)的分析得出物理規(guī)律；第二類為給出實驗規(guī)律，讓你選擇實驗儀器，設(shè)計實驗步驟，并進行數(shù)據(jù)處理。第一類必須在實驗數(shù)據(jù)上下工夫，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，掌握物理量間的關(guān)系，得出實驗規(guī)律；第二類必須從已知規(guī)律入手，正確選擇測量的物理量，根據(jù)問題聯(lián)想相關(guān)的實驗?zāi)Ｐ?，確定實驗原理，選擇儀器設(shè)計實驗步驟，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理。,(10分)(2015·江蘇單科，11)某同學探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖19所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。,圖19,(1)下列實驗操作中，不正確的有________。 A.將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B.紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面 C.用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落 D.在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源 (2)該同學按正確的步驟進行實驗(記為“實驗①”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標為1，2，…，8。用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖20所示。,圖20,計算相鄰計時點間的平均速度 ，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表。請將表中的數(shù)據(jù)補充完整。,(3)分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是________________；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_________________________________。 (4)該同學將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復上述實驗操作(記為“實驗②”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同。請問實驗②是為了說明什么？對比實驗①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？ _________________________________________________________ _________________________________________________________,答案 (1)CD(2分) (2)39.0(2分) (3)逐漸增大到39.8 cm/s且增加的越來越慢 逐漸增大到等于重力(4分) (4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用(2分),(10分)某同學在做“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗時，得到一條點跡清晰的紙帶如圖21，在紙帶上依次選出7個計數(shù)點，分別標以O(shè)、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源的頻率是50 Hz。,圖21,(1)如果測得C、D兩點間距s4＝2.70 cm，D、E兩點間距s5＝2.90 cm，則據(jù)此數(shù)據(jù)計算在打D點時小車的速度公式________________，小車的速度值vD＝________m/s。(保留三位有效數(shù)字) (2)該同學分別算出在打其他點時小車的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，請設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格填入框中，并在坐標系中作出小車運動的v－t圖象，設(shè)O點為計時起點。,(3)由所作v－t圖象判斷，小車所做的運動為__________________。,(3)勻加速直線運動(2分),