高考物理备考艺体生百日突围系列专题16力学实验含解析

高考物理备考艺体生百日突围系列专题16力学实验含解析

专题16力学实验第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2、了解打点计时器的构造，会使用打点计时器；会计算纸带上各点的瞬时速度；会利用纸带计算加速度；会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。命题规律1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析。2、力学中有多个实验都要用到打点计时器，能否正确使用打点计时器，并根据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。3、图象法是一种重要的实验数据处理方法．图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点．当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。第二部分知识背一背（1）误差和有效数字①误差:误　差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器完善原理改进方法偶然误差测量、读数不准确可大可小画图像或取平均值 ②有效数字定义:带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.0643为三位有效数字。（2）长度的测量①毫米刻度尺的读数:精确到毫米，估读一位。②游标卡尺的读数:游标尺/mm精度/mm测量结果（游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时）/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n③螺旋测微器的读数:测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数（含估读）×0.01mm。（3）力学实验分类①应用性实验（a）游标卡尺的使用（b）螺旋测微器的使用②验证性实验:（a）验证力的平行四边形定则；（b）验证牛顿运动定律；（c）验证机械能守恒定律。③探究性实验:（a）研究匀变速直线运动（b）探究弹力与弹簧伸长的关系；（c）探究动能定理。（4）利用纸带判断物体的运动情况①点迹密集的地方表示纸带运动的速度小，点稀疏的地方表示速度大。②若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动.③位移x：指两个计数点之间的距离，一般可用刻度尺测量得到。 （5）平均速度和瞬时速度的计算①平均速度：两点间平均速，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间隔数与两点间时间间隔的乘积。②在匀变速直线运动中，某点的瞬时速度可以由此点前后两点间的平均速度表示如图所示，或（6）如何通过纸带确定物体做匀变速运动的加速度？常用的有四种方法：①粗略计算法：或②利用“逐差法”求加速度。③先求出第n点时纸带的瞬时速度（一般要5点以上），然后作出图象，用图象的斜率求物体运动的加速度。（7）实验数据的处理方法1.列表法:在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。2.平均值法:把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。3.作图法:用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。（8）试说明用图像法处理实验数据的优点。①提示:用图像法处理实验数据的优点是直观、简便，与取平均值的效果一样，可以减小实验的偶然误差。②如果实验中图像为过原点的直线则说明纵坐标与横坐标表示的物理量为正比例。（9）用图像法处理实验数据的六个要求图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则:①作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。②要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。③图上的连线不一定通过所有的数据点，让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，且线要细，误差较大的点舍弃。④作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”。 ⑤注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。⑥明确图像的斜率、截距的物理意义。第三部分技能+方法一、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题（1）10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位，且对齐格数不估读。（2）螺旋测微器以mm为单位，小数点后必须有3位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。二、打点计时器及纸带问题的处理方法①打点计时器的认识和正确使用:电磁打点计时器工作电压为低压交流4～6V；电火花计时器工作电压为交流220V；工作时应先接通电源，后释放纸带。②纸带的应用:（a）判断物体运动性质。若Δx=0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动；若Δx不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。③求解瞬时速度。利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1，则打n点时的速度④用“逐差法”求加速度:三、图象法处理数据的常用方法和技巧。图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧。①合理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。②抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领，考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。③在“截距”上求变化 作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。【例1】一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对应之间Δt的比值定义为角加速度β（即）．我们用电磁打点计时器、米尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实验：（打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出）①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．（1）用20分度的游标卡尺测得圆盘的半径如图乙所示，圆盘的半径r为cm；（2）由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为rad/s；（结果保留两位有效数字）（3）纸带运动的加速度大小为m/s2，圆盘转动的角加速度大小为rad/s2。（结果保留两位有效数字）【答案】（1）.6.000（2）6.5（3）0.6010【思维提升】难度中等。 旨在考查用打点计时器结合纸带测速度、线速度、角速度和周期，同时考查考生灵活运用物理知识处理实际问题的能力。本题重在理解题意，列出物理方程后要求准确算出最终数据，平时要刻意加强数据处理运算的能力。【例2】某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。完成下列填空：（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为kg；（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为N；小车通过最低点时的速度大小为m/s．（重力加速度大小取9.80m/s，计算结果保留2位有效数字）【答案】（2）1.40，（4）7.9；1.4【思维提升】此题考查读数和牛顿第二定律在圆周运动中的应用知识；读数时要注意估读，在解决力的问题时注意分析受力和力的作用效果；学会用平均值法确定最大的压力值；此题是基本实验，考查学生利用所学知识完成实验的能力.【例3】（1）图中游标卡尺的读数为______mm，螺旋测微器的读数为____mm. （2）某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2.他们的实验装置如图7甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过Q点时的速度），每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．图7同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中L1、L2、L3、L4……代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4……表示物体每次通过Q点的速度.实验次数1234……LL1L2L3L4……vv1v2v3v4……他们根据实验数据绘制了如图乙所示的L－v图象，并得出结论W∝v2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？________________________________________________________________________在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________（填“会”或“不会”）影响探究出的结果．【答案】（1）29.8，0.760（2）不合适，得出结论W∝v2理由不充分；不会。【思维提升】通过实验数据列表、描点、作图从而探究出问题的结论．值得注意的是：由于合力恒定，因此合外力做的功与发生的位移是成正比．故可先探究位移与速度变化有何关系．通过实验来探究“合外力做功和物体速度变化的关系” ．每次实验物体从不同初位置处静止释放，量出初位置到速度传感器的位移、读出物体到传感器位置的速度．根据实验数据列出数据表并描点作出图象，从而找到位移与速度变化的关系，在运动过程中，由于物体受力是恒定的，所以得出合外力做功与物体速度变化的关系．因此在实验中物体与木板间的摩擦力不会影响探究的结果．【例4】气垫导轨是研究与运动有关的实验装置，也可以用来研究功能关系。如图甲所示，在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧，轨道上有一滑块A紧靠弹簧但不连接，滑块的质量为m。（1）用游标卡尺测出滑块A上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d=cm；（2）利用该装置研究弹簧对滑块做功的大小；某同学打开气源，调节装置，使滑块可以静止悬浮在导轨上，然后用力将滑块A压紧到P点，释放后，滑块A上的挡光片通过光电门的时间为，则弹簧对滑块所做的功为。（用题中所给字母表示）（3）利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数；关闭气源，仍将滑块A由P点释放，当光电门到P点的距离为时，测出滑块A上的挡光片通过光电门的时间为t，移动光电门，测出多组数据（滑块都能通过光电门），并绘出图像。如图丙所示，已知该图线斜率的绝对值为，则滑块与导轨间的滑动摩擦因数为。【答案】（1）0.960（2）（3） 【思维提升】游标卡尺的读数方法为：先读主尺，在读游标尺，游标尺不能估读，那个对齐就读那个．由滑块A上的挡光片通过光电门的时间可得此时滑块的平均速度，由于滑块此阶段做匀速运动，故瞬时速度等于平均速度，由能量转化和守恒可得弹簧弹性势能．每次都有P释放，则每次弹簧弹性势能都相同，由能量转化和守恒可得结果【例5】某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如题11-1图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电。（1）下列实验操作中，不正确的有________。A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源（2）该同学按照正确的步骤进行试验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3…….8，用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离，记录在纸带上，如题11-2图所示计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是____________.（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为实验②），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明说明？对比实验①和②的结果得到什么结论？【答案】（1）CD（2）39.0（3）逐渐增大到39.8cm/s逐渐增大到等于重力（4） 为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用.【解析】（1）在实验时，应用手拿着纸带释放，而不是拿着磁铁，应先接通电源，让打点计时器工作，然后释放磁铁，所以不正确的是CD；（2）由可求v4=39.0cm/s；（3）由纸带上的测量数据知，磁铁的速度逐渐增大，最后匀速下落，阻力逐渐增大到等于重力；（4）为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用.【思维提升】本题主要是对纸带的处理，能利用纸带分析物体的运动，从而得到阻尼的效果，并能准确计算一定时间内的平均速度，由现象分析规律。【例6】某实验小组用图甲所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。（1）为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采取下面所述方法中的_________（填字母代号）A、逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑B、逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮条作用下开始运动C、逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让拖着纸带的小车匀速下滑D、逐步调节木板的倾斜程度，让拖着纸带的小车自由下滑（2）图乙是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz，则橡皮条恢复原长时小车的速度为__________m/s（结果保留3位有效数字）【答案】（1）C（2）1.40 【思维提升】该实验中为了确保橡皮筋拉力为小车的外力，需要进行平衡摩擦力的操作，小车的整个运动过程是，小车在橡皮条的拉力作用下先加速运动，当橡皮条恢复原长时，小车由于惯性继续前进，做匀速运动，明确实验原理即可正确解答本题【例7】某兴趣小组利用图甲所示实验装置，验证“合外力做功和动能变化的关系”．小车及车中砝码的质量为M，沙桶和沙的质量为m，小车的速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到．（1）在实验中，下列说法正确的有（）A．将木板的右端垫起，以平衡小车的摩擦力B．每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力C．用直尺测量细线的长度作为沙桶下落的高度D．在小车运动过程中，对于M、m组成的系统，m的重力做正功（2）图乙是某次实验时得到的一条纸带，点为静止开始释放沙桶纸带上打的第一个点，速度为0。相邻两个计数点之间的时间间隔为T，根据此纸带可得出小车通过计数点E时的速度vE＝．（3）若用、E两点来研究合外力做功和动能变化的关系，需要验证的关系式为（用所测物理量的符号表示）．【答案】（1）AD（2）（3）（2）根据匀变速直线运动的特点，E点的速度等于DF之间的平均速度，所以： 。（3）从O到E之间重力势能减小： 动能增大： 需要验证的是：【思维提升】本题考查探究功与速度变化的关系，首先掌握实验原理，由平均速度公式可求得E点的速度；根据机械能守恒即可正确回答。【例8】如图13甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题。（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的一个器材是______（2分）A．螺旋测微器B．秒表C．多用电表D．交流电源（2）下面列举了该实验的几个操作步骤中，其中操作不当的一个步骤是____（2分）A．用天平测出重锤的质量B．按照图示的装置安装器件C．先释放纸带，后接通电源D．测量纸带上某些点间的距离（3）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图13乙所示。使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝_______（2分）（用x1、x2、x3、x4及f表示）图13乙【答案】（1）AD（2）B（3）纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初末两点距离过近；交流电频率不稳定；（4） a=（4）由△x＝aT2得：a=＝【思维提升】只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习．【例9】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图1所示。所用的每隔钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测量相应的弹簧的总长度（1）某同学通过以上实验测量后把6组实验数据描点在坐标系图2中，请作出F-L图线（2）由此图线可得出该弹簧的原长=________cm，劲度系数k=_______N/m（3）试根据该同学以上的实验情况，帮组他设计一个记录实验数据的表格（不必填写其实验测得的具体数据）（4）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较优点在于：____________________________________________________________缺点在于：_____________________________________________________________【答案】（1）如图所示（2）5cm、（3）如图所示（4）优点在于：可以避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点在于：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差 【解析】（1）F－L图线如图所示（2）图像的横截距表示弹力为零时的弹簧的长度，此时弹簧的长度为原长，所以弹簧的原长，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，故有【思维提升】实验中需要测量多组弹力的大小和弹簧的长度，根据要求设计出表格．作出F-L的关系图线．当弹簧弹力为零时，弹簧处于原长，结合图线得出弹簧的原长，根据图线的斜率求出劲度系数的大小．误差分析【例10】某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在近似光滑的水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不拴接；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图（a） 所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。回答下列问题：（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的________（填正确答案标号）．A．小球的质量mB．小球抛出点到落地点的水平距离sC．桌面到地面的高度hD．弹簧的压缩量ΔxE．弹簧原长L0（2）用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek＝________。（3）图（b）中的直线是实验测量得到的s－Δx图线。从理论上可推出，如果h不变，m增加，s－Δx图线的斜率会________（填“增大”“减小”或“不变”）；如果m不变，h增加，s－Δx图线的斜率会________（填“增大”“减小”或“不变”）。由图（b）中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与Δx的________次方成正比．【答案】（1）ABC（2）（3）减小增大二【思维提升】本实验是根据弹簧的弹性势能转化为小球的动能的原理设计的，首先要通过能直接测量的量表示小球的动能，这样就设置了平抛运动，再利用能量的转化及实验得到的s与 图象，进一步确定弹簧的弹性势能表达式，得到。 【例11】如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。图中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，p的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变p的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与定滑轮、动滑轮之间的摩擦。（1）下列说法不正确的是A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B．实验时应先接通电源后释放小车C．实验中m2应远小于m1D．测力计的读数始终为（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图像，可能是下图中的图线。【答案】（1）ACD（2C【思维提升】本题与以往的风格不同，因为由于该实验的连接方式，重物和小车不具有共同的加速度，小车是在绳的拉力下加速运动，此拉力可由测力计示数获得，不需要用重物的重力来代替，故不要求重物质量远小于小车质量， 【例12】橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。用如图所示的实验装置可以测量出它的劲度系数k的值.下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录.（1）在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是_______________________________A、NB、mC、N/mD、Pa（2）请根据表格中的数据做出F-x图像。由图像求得该橡皮筋的劲度系数为___N/m（保留两位有效数字）【答案】（1）D（2）3.1×102 【思维提升】（1）根据表示出Y，由其它物理量的单位推出Y的单位。（2）根据所给数据，利用描点法即可画出图象．根据胡克定律可知，图象的斜率大小等于劲度系数大小．第四部分基础练+测1．【安徽省屯溪第一中学2016届高三上学期期中（第三次月考）考试物理试题.doc】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系． ①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________方向（填“水平”或“竖直”）．②弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值（cm）25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．③图2为该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值（填“L0”或“Lx”）．④由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2）．【答案】①竖直②静止L31mm③Lx④4.910【名师点睛】弹簧测力计的原理是在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比．对于实验问题，我们要充分利用图象处理实验数据来减少偶然误差2．【2016•合肥一中高三第二次诊断】在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学的实验情况如图所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。 （1）本实验中，采用下列哪些方法和步骤可以减小实验误差。A、两个分力、间的夹角尽量小些B、两个分力、间的夹角尽量大些C、橡皮筋的细绳要稍短一些D、实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度（2）为了完成实验，在用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有。A、两细绳的方向B、橡皮筋的原长C、两弹簧秤的示数D、结点O的位置（3）本实验采用的是等效替代法，但若将细绳也换成橡皮筋，则实验结果是否会发生变化？答：（选填“变化”或“不变化”）。（4）若保持结点O的位置及OB绳方向不变，而将OC顺时针缓慢转动一小角度，其他操作均正确，则。A．弹簧秤甲的示数不变B．弹簧秤甲的示数一直减小 C．弹簧秤乙的示数可能增大D．弹簧秤乙的示数一定先减小后增大【答案】（1）D（2）ACD（3）不变化（4）BC（3）由于O点的作用效果相同，将两个细绳套换成两根橡皮条，不会影响实验结果（4）对点o受力分析，受到两个弹簧的拉力和橡皮条的拉力，保持结点O的位置及OB绳方向不变，其中橡皮条长度不变，其拉力大小不变，弹簧秤甲的示数一直减小，弹簧秤乙的示数可能增大，也有可能减小，故AD错误，BC正确； 【名师点睛】本题考查验证力的平行四边形定则，要了解具体操作和有关数据处理的方法以及误差分析，了解整个实验过程的具体操作，以及这些具体操作的意义，同时要熟练应用所学基本规律来解答实验问题。3．【2016•山东省潍坊中学高三11月月考】某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤:①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示。在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示:G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点（未与滑轮碰撞），测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空:(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。 （2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ=　　　　（保留2位有效数字）。（3）滑块最大速度的大小v=　　　　　　　　（用h、s、μ和重力加速度g表示）。【答案】（1）图像如图；（2）0.40　（3）【解析】（1）根据描点法在F-G图象上描出各点，再连接起来，如图所示； 【名师点睛】本题考查了测量滑块在木板上运动的最大速度的实验；既考查了学生实验创新能力、运用图象处理实验数据的能力，又考查了物体做匀加速运动的规律．求滑块的最大速度时，需注意重物刚落地时，滑块速度最大。4．【河北省衡水中学2016届高三上学期四调考试物理试题.doc】用如图1实验装置验证组成的系统机械能守恒，从高处由静止开始下落，上拖着的纸带带出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，图2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个点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，， ①纸带上打下计数点5时的速度=__________m/s；②在打0～5点过程中系统动能的增量=__________J，系统重力势能的减少量=__________J；由此得出的结论是_________________________________③若某同学作出了图线（如图3），据图线得到的重力加速度为g=________m/s2【答案】①②、在误差允许的范围内，组成的系统机械能守恒③（3）根据机械能守恒可知，，即有，所以图象中图象的斜率表示重力加速度，由图可知，斜率k=9.7，故当地的实际重力加速度．【名师点睛】根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可以求出打下记数点5时的速度大小；根据物体的初末动能大小可以求出动能的增加量，根据物体重力做功和重力势能之间的关系可以求出系统重力势能的减小量，比较动能增加量和重力势能减小量之间的关系可以得出机械能是否守恒；根据图象的物理意义可知，图象的斜率大小等于物体的重力加速度大小5．【黑龙江省哈尔滨市第六中学2016届高三上学期期中考试物理试题.doc】某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（当地重力加速度取9.8m/s2 ，小球质量m＝0.4kg）（结果保留3位有效数字）时刻t2t3t4t5速度（m/s）4.994.483.98（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s（2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝______J，动能减少量ΔEk＝______J；（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp________Ek（选填“>”“<”或“＝”），造成这种结果的主要原因是____________________________________________________________________________________。【答案】（1）3.48m/s（2）2.49J、2.56J（3）<、存在空气阻力【名师点睛】本题的关键是知道三点：一、在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，据此可以求t5时刻的速度大小；二、根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量，根据起末点的速度可以求出动能的增加量．三、由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能的减小量没有全部转化为重力势能6．【浙江省嘉兴市第一中学2016届高三上学期期中考试物理试题.doc】如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H>>d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：⑴如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d=mm。H丙×××××OH0⑵小球经过光电门B时的速度表达式为。 乙B光电门金属球A接计时器甲⑶多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：时，可判断小球下落过程中机械能守恒。⑷实验中发现动能增加量△EK总是稍小于重力势能减少量△EP，增加下落高度后，则将（选填“增加”、“减小”或“不变”）。【答案】7.25mm（2）d/t（3）gH0=d2/2t2（4）增大【名师点睛】本题主要考查了验证机械能守恒定律。属于中等难度的题目。本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解。本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度；则根据机械能守恒定律可知，当减小的机械能应等于增大的动能；由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容．7．【2016•辽宁师大附中高三上期中】某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。（1）小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；（2）在钉子上分别套上2条、3条、4条……同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤（1），小物块落点分别记为M2、M3、M4……；（3）测量相关数据，进行数据处理。①为求出小物块从桌面抛出时的动能，需要测量下列物理量中的（填正确答案标号，g已知）。A．小物块的质量mB．橡皮筋的原长xC．橡皮筋的伸长量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物块抛出点到落地点的水平距离L ②将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3、……，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、……。若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、为横坐标作图，才能得到一条直线。③由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于。（填“偶然误差”或“系统误差”）。【答案】①ADE；②L2；③系统误差；③由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差。【名师点睛】此题是对探究功与速度变化的关系实验的考查；解题时要首先搞清实验的原理及操作过程；要测量物体的动能首先要知道动能所满足的函数关系式，然后才能知道要测量的物理量；要得到两个物理量之间的线性关系也必须知道物理量之间的函数关系.8．【四川省成都市第七中学2016届高三上学期期中考试理科综合物理试题.doc】（10分）如图甲所示，跨过定滑轮的细线两端系着质量均为M的物块A、B，A下端与通过打点计时器的纸带相连，B上放置一质量为m的金属片C，固定的金属圆环D处在B的正下方。系统静止时C、D间的高度差为h。先接通电磁打点计时器，再由静止释放B，系统开始运动，当B穿过圆环D时C被D阻挡而停止。 ①整个运动过程中纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个点未画出，已知打点计时器的工作频率为50Hz。由此可计算出C被阻挡前B的加速度大小a=____m/s；B刚穿过D时的速度大小v=_____m/s2（结果保留两位有效数字）。②若用该装置验证机械能守恒定律，则需验证等式_____是否成立。还可运用图象法加以验证：改变物块B的释放位置，重复上述实验，记录每次C、D间的高度差h，并求出B刚穿过D时的速度v，作出v2–h图线如图丙所示，根据图线得出重力加速度的表达式g=_____，代入数据再与当地的重力加速度大小比较，判断系统机械能是否守恒（均用题中物理量的字母表示）。③在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的一个办法：_____。【答案】①4.8；2.6②；③如：适当增大C、D间的高度差；适当增加金属片C的质量；保证打点计时器的限位孔在同一竖直线上…③减小误差的方法：适当增加C、D间的高度差；适当增加金属片C的质量；保证打点计时器的限位孔在同一竖直线上．【名师点睛】此题是研究匀变速直线运动的规律以及验证机械能守恒定律的实验；解决本题的关键掌握实验的原理，即验证系统重力势能的减小量与系统动能的增加量是否相等；掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解加速度。 9．【2016•衡水中学高三上四调】用如图1实验装置验证组成的系统机械能守恒，从高处由静止开始下落，上拖着的纸带带出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，图2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个点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，，①纸带上打下计数点5时的速度v=m/s； ②在打0～5点过程中系统动能的增量△Ek=J，系统重力势能的减少量△Ep=J； ③若某同学作出了v2-h图线（如图3），据图线得到的重力加速度为g=m/s2【答案】（1）2.40；（2）0.576；0.588；（3）9.7【名师点睛】本题全面的考查了验证机械能守恒定律中的数据处理问题，要熟练掌握实验的原理及注意事项等，熟练掌握匀变速直线运动的规律以及功能关系，增强数据处理能力。10．【云南省玉溪市第一中学2016届高三上学期期中考试理科综合试题.doc】某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。 （1）安装好实验器材，要调节气垫导轨调至水平。操作应该是不挂砝码盘和细线，如果滑块则气垫导轨调整至水平状态。（2）从装置图中读出两光电门中心之间的距离s＝cm；通过下图游标卡尺测得挡光条的宽度d=mm（3）挡光条的宽度为d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是；（4）实验所验证的动能定理的表达式（用（2）（3）中字母表示）（5）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？（填“是”或“否”）。【答案】（1）能在气垫导轨上静止或做匀速运动或滑块经过两个光电门的时间相等（2）50.00cm；2.25mm（3）滑块、挡光条和拉力传感器的总质量m（4）（5）否（4）拉力所做的功为，通过光电门1的速度为，通过光电门2的速度为，故滑块的动能变化量为，根据动能定理可得 （5）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量【名师点睛】先明确刻度尺的分度值，读数时注意估读一位；光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式，进而得到还需要测量的物理量；该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量11．【2016•河北省正定中学高三第三次月考】为了研究人们用绳索跨山谷过程中绳索拉力的变化规律，同学们设计了如图（a）所示的实验装置，他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计（不及质量及长度）固定在相距为D的两立柱上，固定点分别为M和N，M低于N，绳长为L（L＞D）．他们首先在绳上距离M点10cm处（标记为C）系上质量为m的重物（不滑动），由测力计读出绳MC、NC的拉力大小TM和TN，随后改变重物悬挂点的位置，每次将M到C点的距离增加10cm，并读出测力计的示数，最后得到TM、TN与绳MC长度之间的关系曲线如图所示，由实验可知：（1）曲线Ⅰ中拉力最大时，C与M点的距离为　　　　　　cm，该曲线为　　　　　　（选填：TM或TN）的曲线．（2）若用一个光滑的挂钩将该重物挂于绳子上，待稳定后，左端测力计上的示数为　　　　　　N，MC与水平方向的夹角为　　　（用正弦值表示）（第2问结果均保留两位有效数字）。【答案】（1）100；TN　（2）4.3；0.37【解析】选取结点C为研究的对象，受力如图， 水平方向：TMsinα=TNsinβ 竖直方向：TMcosα+TNcosβ=G        由图可得，当α=β时两个绳子上的拉力相等，该处离M比较近．又C到M与N的距离相等时，受力如图： 水平方向仍然满足：TMsinα=TNsinβ 由于α＞β 所以：TM＜TN 所以曲线Ⅱ是TM的曲线，曲线Ⅰ是TN的曲线． 【名师点睛】此题考查了共点力的平衡以及力的合成及分解的知识；该题属于信息给予题，考查学生获取信息的能力和利用数学知识解决物理问题的能力，分析图象以及受力情况是解题的关键；本题是一道考查能力的好题.12．【2016•辽宁省抚顺市一中高三10月月考】某同学设计了一个如图所示的装置来测定滑块与木板之间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是质量可调的砝码，不计绳和滑轮的质量以及它们之间的摩擦，实验中该同学在砝码总质量（）保持不变的条件下，改变m和的大小，测出不同m下系统的加速度，然后通过实验数据的分析就可以求出滑块与木板之间的动摩擦因数。（1）该同学手中有打点计时器，纸带，10个质量均为100g的砝码，滑块，一端带有定滑轮的长木板，细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还应有（）A、秒表B、毫米刻度尺C、天平D、低压交流电源（2）实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图所示，从清晰的O点开始，每隔4个点取一个计数点（中间4个点没画出），分别记为A、B、C、D、E、F，各计数点到O点的距离为，，，，，，打点计时器打点频率为50Hz，则由纸带可得打E点时滑块的速度v=___________m/s，此次实验滑块的加速度a=____________（结果均保留两位有效数字）（3）在实验数据处理中，该同学以m为横轴，以系统的加速度a为纵轴，绘制了如图所示的实验图线，结合本实验可知滑块与木板间的动摩擦因数为=____________（） 【答案】（1）BD（2）v=0.53m/sa=0.81m/s2（3）0.3【解析】（1）需要用到刻度尺测量计数点间的距离，电磁打点计时器使用的是低压交流电，BD正确；【名师点睛】做分析匀变速直线运动情况时，其两个推论能使我们更为方便解决问题，一、在相等时间内走过的位移差是一个定值，即，二、在选定的某一过程中，中间时刻瞬时速度等于该过程中的平均速度13．【吉林省长春外国语学校2016届高三上学期第一次质量检测物理试题.doc】如图甲所示为阿特武德机的示意图，它是早期测量重力加速度的器械，由英国数学家和物理学家阿特武德于1784年制成．他将质量同为M（已知量）的重物用绳连接后，放在光滑的轻质滑轮上，处于静止状态．再在一个重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物的重力而使系统做初速度为零的缓慢加速运动并测出加速度，完成一次实验后，换用不同质量的小重物，重复实验，测出不同m时系统的加速度．（1）若选定如图甲左侧物块从静止开始下落的过程进行测量，则为了图乙需要直接测量的物理量有_______A．小重物的质量mB.大重物质量MC．绳子的长度D．重物下落的距离及下落这段距离所用的时间 （2）经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出图象，如图乙所示，已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g=，并可求出重物质量M=【答案】（1）AC（2）1/b；【解析】【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用问题；解决本题的关键是通过牛顿第二定律和运动学公式得出重力加速度的表达式，以及推导出关系式，结合图线的斜率和截距进行求解；此题意在考查学生处理物理实验的能力.14．【2016•陕西省镇安中学高三第四次月考】（5分）“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图3所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W……每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。（1）关于该实验，下列说法正确的是________。A．打点计时器可以用干电池供电B．实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C．每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D．利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W－vm、W－v、W－v，W2－vm、W3－vm……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。（2）如图所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm＝________m/s。（结果保留两位有效数字）【答案】（1）CD　（2）0.81 【解析】（1）打点计时器必须用交流电，A项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出，C项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D项正确。（2）小车获得的最大速度【名师点睛】此题是探究功与速度变化的关系实验；解题时要搞懂实验的原理，熟悉实验的步骤然后进行判断；此题考查学生的处理实验问题的能力.15．右图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．如图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个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则（计算结果均保留两位有效数字）（1）在纸带上打下计数点5时的速度v＝______m/s；（2）在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝______J；（取当地的重力加速度g＝10m/s2）（3）若某同学作出v2－h图象如图所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。.【答案】（1）2.4m/s；（2）ΔEk＝0.58J；ΔEp＝0.60J；（3）g＝9.7m/s2。【名师点睛】此题是验证机械能守恒定律的实验；关键是搞清装置的实验原理，会根据纸带来处理数据计算要验证的物理量；根据能量关系能找到直线的函数关系，然后根据斜率来求解重力加速度；此题难度中等，考查学生的实验能力。 16．与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况时常用的计时仪器，如图甲所示：a、b分别是光电门的激光发射器和接收装置。现利用如图乙所示的装置验证滑块所受外力做功与其动能变化的关系。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略），通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为、。已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为s、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g（1）用游标卡尺（20分度）测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_________mm（2）本实验想用钩码的重力表示滑块受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中需要满足的条件是M___________m（填“远大于”“小于”“远小于”）（3）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为：=________、=________（用题中的字母表示）（4）本实验中，验证滑块运动的动能定理的表达式为________（用题中所给字母表示）【答案】（1）（2）远大于（3），（4） 【名师点睛】（1、2）解决本题的关键掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法，以及掌握用钩码重力表示小车所受合力的处理方法．（3、4）解决本题的关键知道极短时间内的平均速度可以表示瞬时速度，以及掌握该实验的原理，滑块的机械能守恒