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1、第1讲 力学实验,网络构建,备考策略,纸带的三大应用 (1)由纸带确定时间 (2)求瞬时速度,图1,(3)用“逐差法”求加速度 如图2所示，有连续的偶数段数据：,图2,读数类实验,【典例】 某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图3所示，则工件的长度为_ mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图4所示，则工件的直径为_ mm。,解析 根据游标卡尺读数规则可知工件的长度为21 mm0.02 mm 3621.72 mm；根据螺旋测微器读数规则可知工件的直径为4 mm 0.01 mm30.04.300 mm。 答案 21.72 4.300(4.2994.301范围即可),测量仪器读数的两点
2、注意 (1)需要估读的仪器(关键是确定好最小分度)：刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧测力计。 (2)不需要估读的仪器：游标卡尺、电阻箱、欧姆表(刻度不均匀，可不估读或按半刻度估读)。,1.某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图5甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为_ cm和_ mm。,甲,乙,解析 直尺的最小刻度为0.1 cm，因此读数应为60.08 cm，游标卡尺是50分度，精确到0.02 mm，因此读数为4.20 mm。 答案 60.08 4.20,2.(1)如图6甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们
3、的读数依次为_ mm、_ mm、_ mm。,图6,图7,(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图7所示，则金属丝的直径是_ mm。,解析 (1)甲图读数：整毫米数是17 mm，不足1毫米数是20.1 mm0.2 mm，最后读数是17 mm0.2 mm17.2 mm；乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是70.05 mm0.35 mm，最后读数是23 mm0.35 mm23.35 mm；丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是190.02 mm0.38 mm，最后读数是10 mm0.38 mm10.38 mm。 (2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其
4、示数为15.00.01 mm，最后的读数是2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。 答案 (1)17.2 23.35 10.38 (2)2.150(2.1492.151范围即可),【典例】 (2019浙江杭州上学期高三物理模拟)在探究“功和速度变化关系”的实验中，小张同学用如图8所示装置，尝试通过测得细绳拉力(近似等于悬挂重物重力)做的功和小车获得的速度的值进行探究，则,“纸带类”实验,图8,(1)下列说法正确的是( ) A.该方案需要平衡摩擦力 B.该方案需要重物的质量远小于小车的质量 C.该方案操作时细线应该与木板平行 D.该方案处理数据时应选择匀速时的速度 (2)某次获得的纸
5、带如图9所示，小张根据点迹标上了计数点(每隔四个点为1个计数点)，请读出C计数点在刻度尺上的读数_ cm，并求出C点的速度为_ m/s(计算结果保留3位有效数字)。,图9,解析 (1)由于是外力对物体做的功，则应该是合外力做的功，所以要平衡摩擦力，选项A正确；近似认为是砝码的重力等于拉力，则必须使重物的质量远小于小车的质量，选项B正确；若细线与平板不平行，则影响压力，那么平衡摩擦力就没有意义了，选项C正确；在该实验方案中小车做匀加速直线运动，该方案处理数据时应求出某计数点的瞬时速度与小车对应于该点的位移，故D错误。,(2)由图示刻度尺可知，其分度值为1 mm，刻度尺示数为9.80 cm；,答案
6、 (1)ABC (2)9.80(9.789.82范围都可) 0.178(0.1750.180范围都可),1.如图10所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。,图10,A.重物选用质量和密度较大的金属 B.两限位孔在同一竖直面内上下对齐 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物,(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图11所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，
7、其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。,图11 A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度,(3)该实验小组想要测量出物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。他们利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案。,以上方案中只有一种正确，正确的是_。(填入相应的字母),(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v10，但求不出OF之间的距离h，故选项A错误；由BC和CD的长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v10
8、，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由BD和EG的长度可分别求出打C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打B、C、F三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误。 (3)不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的。,答案 (1)AB (2)BC (3)D,2.某探究学习小组欲探究物体的加速度与力、质量的关系，他们在实验室组装了一套如
9、图12所示的装置，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示。要顺利完成该实验，则：,图12,(1)为使小车所受合外力等于细线的拉力，应采取的措施是_；要使细线的拉力约等于钩码的总重力，应满足的条件是_。 (2)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E、F为相邻的6个计数点，如图13，相邻计数点间还有四个点未标出。利用图中给出的数据可求出小车的加速度a_ m/s2(保留2位小数)。,图13 (3)某位同学经过测量、计算得到如下数据，请在图中作出小车加速度与所受合外力的关系图象。,(4)由图象可以看出，该实验存在着较大的误差，产生误差的主要原因是_。,解析 (1)为使小车所受合外力等于细线的拉力
10、，所以必须使小车的重力沿轨道的分力等于轨道对小车的摩擦力，所以做实验时必须平衡摩擦力。,(3)图象如图所示。,(4)由图象可知，当拉力约为0.05 N时，小车才有加速度，所以是平衡摩擦力不够，木板倾角过小。,答案 (1)平衡摩擦力 Mm (2)0.50 (3)图象见解析 (4)木板倾角偏小(或平衡摩擦力不够),“橡皮条、弹簧”类实验,【典例】 (2019浙江诸暨中学模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验装置如图14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。根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，已知实验过程中操作正确。,图14,(1)乙图中F1、F2、F
11、、F四个力，其中力_(填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的。实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是_(填正确选项前字母)。 A.两个弹簧测力计拉力F1和F2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小 B.橡皮条沿同一方向伸长 C.橡皮条伸长到同一长度 D.橡皮条沿同一方向伸长同一长度 (2)丙图是测量中某一弹簧测力计的示数，读出该力大小为_ N。,解析 (1)F在以F1与F2为邻边的平行四边形的对角线上，不是由弹簧测力计直接测出的。该实验采用了“等效替代”法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度，选项A、B、C错误，D正确。 (2)根据丙图读出力的值为9.0
12、 N。 答案 (1)F D (2)9.0(8.89.2均可),1.(2019浙江定海模拟)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：,将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。 如图15所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：,图15,找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FOO。
13、在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图16所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。,图16,完成下列作图和填空： (1)利用表中数据在图17中坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_ cm。,图17 (2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_ N。 (3)根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F的图示。,(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。,解析 (1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分
14、布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l010.0 cm。,(2)橡皮筋的长度lOAOB13.60 cm，由图甲可得F1.80 N，所以FOAFOBF1.80 N。 (3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后做以FOA和FOB为邻边的平行四边形，其对角线即为合力F，如图乙。 (4)FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F和FOO的大小和方向，即可得出实验结论。 答案 (1)见解析 10.00(9.80、9.90、10.10均正确) (2)1.80(1.701.90均正确) (3)见解析 (4)FOO,2.(2019
15、浙江诸暨牌头中学模拟)(1)在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套。实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，把橡皮条的一端拉到某一确定的O点，则下列说法中正确的是哪一项_。,A.两根细绳必须等长 B.同一次实验中，O点位置不允许变动 C.实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间的夹角必须取90 D.实验中，要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点,(2)读一读图18弹簧测力计的读数_ N。,(3)如图19所示，是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结
16、果，其中F是用作图法得到的合力，F是通过实验测得的合力，则结果符合实验事实的那个实验是_(填“甲”或“乙”)。,图18,图19,解析 (1)细线的作用是能显示出力的方向，所以不必等长，选项A错误；本实验研究合力与分力的关系，合力与分力是等效的，同一次实验过程中，O点位置不能变动，以保证橡皮筋伸长的长度相同，效果相同，选项B正确；只要橡皮筋的另一端两次都拉到O点，达到效果相同，拉力方向没有限制，两弹簧测力计之间的夹角不需要取90，选项C错误；本实验，弹簧测力计的拉力应不超过量程，两个弹簧测力计拉力的大小没有要求，只要使两次效果相同就行，选项D错误。 (2)由图示可知，弹簧测力计分度值为0.1 N
17、，其示数为1.65 N。 (3)F1、F2合力的理论值是指通过平行四边形定则求出的合力值，而其实验值是指一个弹簧测力计拉橡皮条时所测得的数值，一定沿AO方向，由此可知F是F1、F2合力的理论值，F是合力的实验值；由于误差的存在，作图法得到的合力与实验值有一定的差别，故甲更符合实验事实。 答案 (1)B (2)1.65 (3)甲,力学创新实验,1.力学创新型实验的特点 (1)以基本的力学实验模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。 (2)将实验的基本方法控制变量法、处理数据的基本方法图象法、逐差法融入到实验的综合分析之中。 2.创新实验题的解法 (1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，
18、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。应用原理公式或图象法处理实验数据，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】 实验创新体现了学生驾驭知识的能力，为此某同学利用如图20甲所示的装置探究加速度与合外力的关系。小车质量为M，砂桶和砂的总质量为m，通过改变m来改变小车所受的合外力大小，小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出。现保持小车质量M不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量m进行多次实验，得到多组a、F值(F为弹簧测力计的示数)。,图20,(1)图21为上述实验中打下的一条纸带，A点为小车刚释放时打下的起始点，每两点间还有四个计时点未画出，打点
19、计时器的频率为50 Hz，则小车的加速度为_ m/s2。(保留1位有效数字),图21 (2)根据实验数据画出了如图20乙所示的一条过坐标原点的倾斜直线，其中纵轴为小车的加速度大小，横轴应为_。(选填字母代号),(3)砂桶和砂的总质量较大导致a较大时，关于乙图的说法，正确的是_。(选填字母代号) A.图线逐渐偏向纵轴 B.图线逐渐偏向横轴 C.图线仍保持原方向不变 D.均有可能,解析 (1)由于每两个计数点间还有四个计时点未画出，纸带上面计数点之间的时间间隔是0.1 s。根据匀变速直线运动的推论公式xaT2可得,答案 (1)4 (2)D (3)C,图22,1.“用DIS研究加速度与力的关系”的实
20、验装置如图22a所示，实验中用所挂钩码的重力作为细线对小车的拉力F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图b所示。,(1)图线_(选填“”或“”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的； (2)在轨道水平时，小车运动的阻力Ff_ N； (3)图b中，拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产生误差。为避免此误差可采取的措施是_。 A.调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动 B.在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量 C.将无线力传感器捆绑在小车上，
21、再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力 D.更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验,解析 (1)当右侧抬高，导致平衡摩擦力过度，则F0时，加速度不为零，可知图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。 (2)由图线可知，当F0.5 N时，小车开始运动，可知小车运动的阻力Ff0.5 N。 (3)拉力F较大时，aF图线明显弯曲，因为此时钩码的质量不满足远小于小车的质量，钩码的重力不等于绳子的拉力，避免此误差的方法是运用力传感器，直接读出绳子的拉力，不用钩码的重力代替拉力，故选C。 答案 (1) (2)0.5 (3)C,2.某学习兴趣小组的同学在探究功与速度变化的关系时
22、，设计了如图23所示的实验，实验步骤如下：,图23 A.将长木板置于水平桌面； B.在一薄木板上标出A、B、C、D、E、F点，使ABBCCDDEEF，然后将薄木板倾斜放置于长木板上并固定，形成斜面，斜面的A点与长木板接触； C.将物块分别从斜面上B、C、D、E、F各点由静止释放，并分别记下物块在长木板上停止的位置A1、A2、A3、A4、A5； D.用刻度尺测量出各停止的位置点与A点间的距离x1、x2、x3、x4、x5。,(1)本实验中释放物块时是否需要平衡物块与薄木板之间的摩擦力？_(填“是”或“否”)。 (2)关于本实验，下列说法正确的是_。 A.实验中探究的是物块在斜面上合力做的功与物块在
23、斜面上运动速度改变的关系 B.实验中探究的是物块在水平长木板上合力做的功与物块在水平长木板上运动速度改变的关系 C.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数必须相同 D.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数不必相同 (3)将测量数据记录在表格中：,由表格中数据得到的结论为_。,解析 物块在固定斜面上下滑时，沿斜面向下受到重力的分力与摩擦力，二者的合力为恒力，下滑距离加倍时，合力做功加倍。物块在水平长木板上做匀减速运动，直到停止，由v22ax得，v2与x成正比，实验中探究物块在斜面上合力做的功与速度变化的关系，可转变为探究物块在斜面上合力做的功与物块在长木板上滑行距离的关系。 (1)实验
24、中物块沿斜面加速下滑受到恒力作用，故不需要平衡摩擦力。 (2)本实验的目的是探究物块在斜面上加速运动时合力做功与速度变化的关系，选项A正确；斜面与物块间的动摩擦因数和水平长木板与物块间的动摩擦因数不需要相等，选项D正确。,(3)物块从B点释放到运动至斜面底端，合力做功为W，则从C、D、E、F点释放，物块运动到斜面底端，合力做功为2W、3W、4W、5W，由题表中数据可得物块从C、D、E、F点释放后，在水平长木板上滑行的距离为2x1、3x1、4x1、5x1，可见物块在斜面上下滑时合力做的功与物块在水平长木板上滑行的距离成正比，由v22ax得，v2与x成正比，则物块在斜面上下滑时，合力所做的功与物块
25、在斜面上滑行时速度平方的变化成正比。 答案 (1)否 (2)AD (3)在误差允许的范围内，合力所做的功与物块速度平方的变化成正比,高考实验题答题策略做到一“明”、二“看”、三“提取” 又快又准破解实验题,1.明明确考查的知识范围 现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识。尽管题目千变万化，但通过仔细审题，都能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图。 2.看看清实验题图 实验题一般配有相应的示意图、实物图，目的是告知实验仪器(或部分)及其组装情况，让考生探究考查意图。认识这些器材在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程。,3.提取提取信息,试题总是提供诸多信息再现实验情景，
26、因此，解答时必须捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解。一般需要关注如下信息： (1)新的概念、规律、公式 一些新颖的非常规实验题、陌生的新知识(概念公式)应用题、新规律验证题，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务。 (2)新的表格数据 通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系。如正比例、反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可以直观反映实验的某种规律。 (3)新的物理图象 实验题本身提供物理图象，但这些图象平时没有接触过，关键要明确图象的物理意义，才能正确分析实验问题。,【典例】 (2018北京理综，21
27、)用图24所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。,图24 主要实验步骤如下： a.安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。 b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图25中A、B、C、D、E、F所示。,图25,c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5 d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图26所示。,图26 结合上述实验步骤，请你完成下列任务： (1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字
28、母)。,A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码) (2)在图26中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出vt图象。 (3)观察vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_，vt图象斜率的物理意义是_。,图27,解析 (1)打点计时器使用的是低压交流电源，故选A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)。 (2)先标出计数点C对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上。 (3)依据vt图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；vt图象斜率的物理意义是加速度。,答案 (1)A C (2)如图所示,(3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为0，其速度vt，那么它通过的位移xt2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化,