【物理】2018届二轮复习　力学实验学案（江苏专用）

【物理】2018届二轮复习　力学实验学案（江苏专用）

专题十一　力学实验 江苏卷考情导向 考点 考题 考情 螺旋测微器和游标卡尺的读数力学基本实验 ‎2017年T10考查探究恒力做功与物体动能变化的关系以及平衡摩擦力的方法 ‎2016年T11考查基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器的使用验证以及机械能守恒定律 ‎2014年T11考查力的平行四边形定则及平衡条件的应用 高考热点是(1)以打点纸带的分析为载体，考查有关速度、加速度分析的实验，以填空题为主；(2)以教材实验为基础，结合光电门、频闪照相和现代科技生活，考查实验分析、设计能力；(3)以实验数据的处理和误差分析为载体，考查学生分析评估能力．‎ 备考时(1)强化基本仪器使用、读数方面的训练；(2)领会控制变量法、逐差法等在实验操作和数据处理中的作用；(3)加强实验选取、实验情景与实验原理之间的因果逻辑推理．‎ 力学创新实验 ‎2015年T11考查对纸带运动情况探究小车速度随时间变化的规律 ‎2013年T11利用自由落体运动考查匀变速直线运动的加速度 一、误差与有效数字 ‎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 画图象或取平均值 ‎2．有效数字：‎ ‎(1)有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是偶然误差的来源．‎ ‎(2)从数的左边第一个不为零的数字算起，如0．012 5为三位有效数字．‎ 二、基本仪器的使用 ‎1．长度测量类仪器：‎ ‎(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正对时)/mm 刻度 格数 刻度 总长度 每小格与 ‎1毫米差 ‎10‎ ‎9‎ ‎0．1‎ ‎0．1‎ 主尺上读的毫米数＋0．1n ‎20‎ ‎19‎ ‎0．05‎ ‎0．05‎ 主尺上读的毫米数＋0．05n ‎50‎ ‎49‎ ‎0．02‎ ‎0．02‎ 主尺上读的毫米数＋0．02n ‎(3)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)×0．‎01 mm．‎ ‎2．时间测量类仪器：‎ ‎(1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为0．02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt＝0．02×5 s＝0．1 s．‎ ‎(2)频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来．‎ ‎(3)光电计时器：记录遮光时间．‎ 三、两类力学实验 ‎ ‎1．验证性实验：验证力的平行四边形定则，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律．‎ ‎2．探究性实验：探究弹力与弹簧伸长的关系，探究动能定理．‎ ‎3．两种实验过程的比较：‎ 类型 探究性实验 验证性实验 实 验 过 程 ‎①提出问题 ‎②猜想与假设 ‎③制定计划与设计实验方案 ‎④进行实验与收集数据 ‎⑤分析与论证 ‎⑥评估 ‎⑦交流与合作 ‎①实验目的 ‎②实验器材 ‎③实验原理 ‎④实验步骤 ‎⑤数据分析 ‎⑥实验结论 四、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．‎ 考点1| 螺旋测微器和游标卡尺的读数　难度：低档题 题型：实验题 ‎(对应学生用书第57页)‎ ‎1．螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出，如第1题中图丁半刻度线露出，图甲、乙、丙没露出．‎ ‎2．游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺，小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺，小数点后有2位．‎ ‎3．注意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再转变为题目要求的单位．第1、2题中毫米和厘米各半．‎ ‎●考向1　螺旋测微器的读数 ‎1．(2017·成都检测)用螺旋测微器测不同规格的金属丝的直径，示数如图111所示．由图可读出金属丝的直径为 图甲________mm　图乙________cm 图丙________mm　图丁________cm． ‎ ‎【导学号：17214176】‎ 甲　　　　　　　乙 丙　　　　　　　丁 图111‎ ‎【解析】　根据螺旋测微器的读数方法：螺旋测微器的读数值＝固定刻度值＋可动刻度×0．01 mm，读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是10．002(1～3) mm、0．536 5(4～6) cm、9．205(4～6) mm、0．570 0 cm ‎【答案】　10．002 　0．536 5　9．205　0．570 0‎ ‎●考向2　游标卡尺的读数 ‎2．某同学用游标卡尺游标卡尺测定四个不同规格金属杆的直径，示数如图112甲、乙 、丙、丁所示，则该金属杆直径分别为 甲图：________mm　乙图：________cm 丙图：________cm　丁图：________mm．‎ 甲 乙 丙 丁 图112‎ ‎【解析】　根据游标卡尺的读数方法：游标卡尺的读数值＝主尺整毫米数值＋对齐格数×精度(mm)，读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是 甲图：d＝4 mm＋10×0．02 mm＝4．20 mm 乙图：d＝12 mm＋4×0．05 mm＝12．20 mm＝1．220 cm 丙图：d＝11 mm＋5×0．1 mm＝11．5 mm＝1．15 cm 丁图：d＝5 mm＋5×0．05 mm＝5．25 mm．‎ ‎【答案】　4．20 mm　1．220 cm　1．15 cm　5．25 mm 考点2| 力学基本实验　难度：中低档 题型：实验题 五年3考 ‎(对应学生用书第57页)‎ ‎1．(2016·江苏高考T11)某同学用如图113所示的装置验证机械能守恒定律．一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点．光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝作为钢球经过A点时的速度．记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒．‎ 图113‎ ‎(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离．‎ A．钢球在A点时的顶端 B．钢球在A点时的球心 C．钢球在A点时的底端 ‎(2)用ΔEk＝mv2计算钢球动能变化的大小．用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图114所示，其读数为________cm．某次测量中，计时器的示数为0．010 0 s．则钢球的速度为v＝________ m/s．‎ 图114‎ ‎(3)下表为该同学的实验结果：‎ ΔEp(×10－2J)‎ ‎4．892‎ ‎9．786‎ ‎14．69‎ ‎19．59‎ ‎29．38‎ ΔEk(×10－2J)‎ ‎5．04‎ ‎10．1‎ ‎15．1‎ ‎20．0‎ ‎29．8‎ 他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的．你是否同意他的观点？请说明理由．‎ ‎(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议．‎ ‎【解题关键】　解答本题应注意以下三点：‎ ‎(1)小球下落的高度h可以由释放时的钢球球心测到钢球在A点时的球心，也可以是释放时的钢球顶端测到钢球在A点时的顶端．‎ ‎(2)空气阻力造成机械能减少，应有ΔEp>ΔEk的结果．‎ ‎(3)改进建议应从造成误差的原因角度思考．‎ ‎【解析】　(1)高度变化要比较钢球球心的高度变化．‎ ‎(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位，由v＝代入数据可计算出相应速度．(3)从表中数据可知ΔEk＞ΔEp，若有空气阻力，则应为ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的观点．‎ ‎(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度，因此由ΔEk＝mv2计算得到的ΔEk偏大，要减小ΔEp与ΔEk的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度．‎ ‎【答案】　(1)B　(2)1．50(1．49～1．51都算对)　1．50(1．49～1．51都算对)　(3)不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp ‎　(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′＝v ‎2．(2014·江苏高考T11)小明通过实验验证力的平行四边形定则．‎ 图115‎ ‎(1)实验记录纸如图115所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点．三个力的大小分别为：F1＝3．30 N、F2＝3．85 N和F3＝4．25 N．请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力．‎ ‎(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果．他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响．‎ 实验装置如图116甲所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物．用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹．重复上述过程，再次记录下N的轨迹．‎ 甲 乙 图116‎ 两次实验记录的轨迹如图116乙所示．过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为________．‎ ‎(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有________．(填写选项前的字母)‎ A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长 C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大 D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大 ‎(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项．‎ ‎【解题关键】　解答此题应注意以下三点：‎ ‎(1)拉力F1和F2的方向分别过P1、P2两点，但、并不代表F1和F2．‎ ‎(2)由平行四边形定则求出的合力并不一定与F3相等．‎ ‎(3)重物重力一定和橡皮筋拉力与水平拉力方向一定时，橡皮筋拉力大小也是一定的．‎ ‎【解析】　根据力的合成法则及平衡条件解题．‎ ‎(1)作出的图示如图所示．‎ ‎(2)重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即Fa＝Fb．‎ ‎(3)根据题图乙可知，选项B、D正确，选项A、C错误．‎ ‎(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差．‎ ‎【答案】　(1)如解析图所示(F合＝4．6～4．9 N都算对)‎ ‎(2)Fa＝Fb　(3)BD ‎(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋．(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)．‎ ‎3．(2017·江苏高考T10)利用如图117所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M＝200．‎0 g，钩码的质量为m＝10．‎0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电． ‎ ‎【导学号：17214177】‎ 图117‎ ‎(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________．‎ ‎(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图118所示，选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“‎1”‎时小车的速度v1＝________m/s．‎ 图118‎ ‎(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9．‎80 m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W．利用Ek＝Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk．计算结果见下表．‎ W/×10－3J ‎2．45‎ ‎2．92‎ ‎3．35‎ ‎3．81‎ ‎4．26‎ ΔEk/×10－3J ‎2．31‎ ‎2．73‎ ‎3．12‎ ‎3．61‎ ‎4．00‎ 请根据表中的数据，在图119中作出ΔEkW图象．‎ 图119‎ ‎(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N．‎ ‎【解析】　(1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动．‎ ‎(2)两计数点间的时间间隔T＝5×0．02 s＝0．1 s v1＝＝ m/s＝0．‎228 m/s．‎ ‎(3)确定标度，根据给出数据描点．作图如图所示．‎ ‎(4)从图线上取两个点(4．5，4．24)，(2．15，2．0)‎ 图线的斜率是k＝≈0．953①‎ 又有k＝＝②‎ 根据运动学公式有v2＝2aΔx③‎ 根据牛顿第二定律有 F＝Ma④‎ 由①②③④式解得F≈0．093 N．‎ ‎【答案】　(1)小车做匀速运动　(2)0．228　(3)见解析图　(4)0．093‎ 纸带的三大应用 ‎(1)确定时间 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，为便于测量和计算，一般每五个点(或每隔四个点)取一个计数点，这样时间间隔为Δt＝0．02×5 s＝0．1 s．‎ ‎(2)求瞬时速度 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1110a所示，求纸带上某一点的瞬时速度，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vn＝．‎ a b 图1110‎ ‎(3)求加速度 ‎①利用a＝求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下，可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a．‎ ‎②逐差法：‎ a＝＝ ‎③两段法：把图1110b中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相等(均为3T)的两大段，则由xⅡ－xⅠ＝aT2得：(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝a(3T)2，解出的a与上面逐差法结果相等，但却要简单得多．‎ ‎④图象法：‎ a．由vn＝，求出相应点的速度．‎ b．确定各计数点的坐标值(v1，T)、(v2，2T)、…(vn，nT)．‎ c．画出vt图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度．‎ ‎●考向1　“纸带”类实验 ‎3．(2017·南京一模)(1)用游标卡尺测量小球的直径如图1111甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．‎ 甲　　　　　　　　　　乙 丙 图1111‎ ‎(2)用螺旋测微器测量合金丝的直径，此示数为______mm．‎ ‎(3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50 Hz，打出一段纸带如图1112所示．纸带经过2号计数点时，测得的瞬时速度v＝________m/s．若实验时交流电源频率大于50 Hz，则纸带经过2号点的实际速度________(选填“大于”“小于”“等于”)测量速度．‎ 图1112‎ ‎【解析】　(1)游标卡尺测量小球的直径时，应将小球卡在外爪的刀口上，故选甲；‎ ‎(2)螺旋测微器的固定刻度为6．‎5 mm，可动刻度为：20．0×0．‎01 mm＝0．‎200 mm，所以最终读数为：6．‎5 mm＋0．‎200 mm＝6．‎700 mm．‎ ‎(3)从0点开始每5个点取一个计数点，所以相邻计数点间的时间间隔为0．02×5 s＝0．1 s根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上2点时小车的瞬时速度大小．‎ 小车到计数点2时的瞬时速度v2＝＝×10－2 m/s＝0．36 m/s，如果在某次实验中，交流电的频率大于50 Hz，那么实际打点周期变小，据v＝可知，测出的速度数值将比真实值偏小．‎ ‎【答案】　(1)甲　(2)6．700　(3)0．36；大于 ‎●考向2　“弹簧”“橡皮条”类实验 ‎4．(2017·镇江一模)在“探究求合力的方法”的实验中，某同学用两把弹簧秤将橡皮筋的端点拉到点O，作出这两个拉力F1、F2的图示(图1113甲)，然后用一把弹簧秤将橡皮筋的端点仍然拉到O，弹簧秤示数F如图乙所示． ‎ ‎【导学号：17214178】‎ 甲　　　　　　　乙 图1113‎ ‎(1)弹簧秤的示数F＝________N；‎ ‎(2)请帮他在图甲中画出力F的图示(图中a为记录F方向时所记录的一点)；‎ ‎(3)该同学用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连起来．他观察图形后受到了启发．你认为他紧接着应进行的两个实验步骤是________．‎ ‎(A) 整理实验器材 ‎(B) 提出求合力方法的猜想 ‎(C) 改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验 ‎(D) 与同学交流讨论实验结果，得出结论 ‎【解析】　(1)弹簧秤的最小刻度为0．2 N，可知弹簧秤的示数F＝2．8 N．‎ ‎(2)根据图示法作出F的图示，如图所示．‎ ‎(3)用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连起来．观察图形后受到了启发．提出求合力方法的猜想，然后改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，故BC正确．‎ ‎【答案】　(1)2．8　(2)见解析　(3)BC ‎5．(2017·徐州期末)如图1114甲所示，在“探究功与速度变化的关系”的实验中，主要过程如下：‎ A．设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…；‎ B．分析纸带，求出橡皮筋做功使小车获得的速度v1、v2、v3、…；‎ C．作出Wv图象；‎ D．分析Wv图象．如果Wv图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系．‎ ‎(1)实验中得到的一条如图乙所示的纸带，求小车获得的速度应选________(选填“AB”或“CD”)段来计算．‎ 甲　　　　　　　　乙 图1114‎ ‎(2)关于该实验，下列说法正确的有(　　)‎ A．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 B．通过改变小车质量可以改变橡皮筋对小车做的功 C．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必须保持一致 D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出 ‎(3)在该实验中，打点计时器正常工作，纸带足够长，点迹清晰的纸带上并没有出现一段等间距的点，造成这种情况的原因可能是________．(写出一条即可)‎ ‎【解析】　(1)由图知：在AB之间，由于相邻计数间的距离不断增大，而打点计时器每隔0．02 s打一个点，所以小车做加速运动．在CD之间相邻计数点间距相等，说明小车离开橡皮筋后做匀速运动，应选用CD段纸带来计算小车的速度v．求小车获得的速度应选CD段来计算．‎ ‎(2)该实验中利用相同橡皮筋形变量相同时对小车做功相同，通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，故A正确，B错误；为保证每根橡皮条对小车做功一样多，每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，故C正确；用打点计时器测量时间时，为有效利用纸带，总是先接通电源后释放纸带，故D正确．‎ ‎(3)在该实验中，打点计时器正常工作，纸带足够长，点迹清晰的纸带上并没有出现一段等间距的点，造成这种情况的原因可能是没有平衡摩擦力或木板的倾角过大或过小．‎ ‎【答案】　(1)CD　(2)ACD　(3)没有平衡摩擦力或木板的倾角过大或过小 ‎●考向3　应用图象法处理实验数据 ‎6．(2017·苏州一模)为了探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系，某小组安装了如图1115甲所示的实验装置并开始实验．已知小车以及车上的砝码质量用M表示，盘以及盘中砝码质量用m表示，当地重力加速度为g． ‎ ‎【导学号：17214179】‎ 甲　　　　　　　　　　　乙 图1115‎ ‎(1)假如已经平衡摩擦力，则在小车做匀加速直线运动的过程中，绳子拉力FT＝________；只有当M与m的大小关系满足________时，FT＝mg才能成立．‎ ‎(2)该小组同学先保持盘及盘中的砝码质量m不变，探究加速度a与质量M的关系，其具体操作步骤如下，则下列做法正确的是________．(填合适选项前面的符号)‎ A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车 D．用天平测出m以及M，小车运动的加速度直接用公式a＝求出 ‎(3)该小组同学后来又保持小车以及车上砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这组同学得到的aF关系图象如图乙所示，则：图线不过原点的原因是______________________________；图线上端发生弯曲的原因是________________________________．‎ ‎【解析】　(1)该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究．当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系．那么小车的合力怎么改变和测量呢？为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的右端适当垫高，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．‎ 根据牛顿第二定律得：对m：mg－T＝ma 对M：T＝Ma 解得：T＝ 当M≫m时，即当砝码和盘的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力．‎ ‎(2)平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误．‎ 每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B错误．实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故C正确．小车运动的加速度是利用打点计时器打点测量并计算，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们实验的目的就是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，故D错误．‎ ‎(4)当F≠0时，a＝0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消了．该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足这个步骤；随着F的增大，即盘和盘中砝码质量的增大，不再满足盘和盘中砝码远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．‎ ‎【答案】　(1)　M≫m　(2)C　(3)遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；不满足盘和盘中砝码远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象 ‎7．(2017·无锡一模)某同学用如图1116甲所示的装置验证机械能守恒定律，他将两物块A和B用轻质细绳连接并跨过轻质定滑轮，B下端连接纸带，纸带穿过固定的打点计时器．用天平测出A、B两物块的质量mA＝‎300 g、mB＝‎100 g，mA从高处由静止开始下落，mB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．图乙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．已知打点计时器计时周期为T＝0．02 s，则：‎ ‎(1)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减小量ΔEp＝________J，由此得出的结论是________________________________；(重力加速度g取9．‎8 m/s2，结果保留三位有效数字)‎ ‎(2)用v表示物块A的速度，h表示物块A下落的高度．若某同学作出h图象如图丙，可求出当地的重力加速度g＝________ m/s2． ‎ ‎【导学号：17214180】‎ 甲　　　　　乙　　　　　　丙 图1116‎ ‎【解析】　(1)计数点5的瞬时速度v5＝＝ m/s＝2．4 m/s；则系统动能的增加量ΔEk＝(mA＋mB)v＝×0．4×2．42 J＝1．15 J．‎ 系统重力势能的减小量ΔEp＝(mA－mB)gx＝0．2×9．8×(38．4＋21．6)×10－2 J＝1．18 J．‎ 在误差允许的范围内，mA、mB组成的系统机械能守恒．‎ ‎(2)根据系统机械能守恒定律得，(mA－mB)gh＝(mA＋mB)v2，‎ 解得v2＝gh 图线的斜率k＝g＝ 代入数据得，g＝9．7 m/s2．‎ ‎【答案】　(1)1．15　1．18　在误差允许的范围内，mA、mB组成的系统机械能守恒　(2)9．7‎ 考点3| 力学创新实验　难度：低档 中档 高档 题型：实验填空题 五年2考 ‎(对应学生用书第61页)‎ ‎4．(2015·江苏高考T11)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．实验装置如图11‎17a所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电．‎ a ‎(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 b 图1117‎ ‎(2)该同学按正确的步骤进行实验(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，…，8．用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图b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．‎ 位置 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ (cm/s)‎ ‎24．5‎ ‎33．8‎ ‎37．8‎ ‎____‎ ‎39．5‎ ‎39．8‎ ‎39．8‎ ‎39．8‎ ‎(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是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？‎ ‎【解题关键】　解此题应注意以下三点：‎ ‎(1)为减小纸带与限位孔之间的阻力，实验时应保持纸带竖直．‎ ‎(2)实验时应先接通打点计时器的电源，再释放纸带．‎ ‎(3)每隔一个计时点取一个计数点，则两计数点之间的计时间隔为0．04 s．‎ ‎【解析】　(1)为了探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，应让铜管竖直地固定在限位孔正下方，避免小磁铁下落时与铜管发生碰撞，选项A正确；纸带穿过限位孔，要压在复写纸下面，使打点计时器工作时纸带上点迹清晰，选项B正确；用手只捏住磁铁，不能使纸带保持竖直，磁铁下落时纸带与打点计时器间有较大阻力，故应捏住纸带的上端，让磁铁从静止释放，选项C不正确；应先接通打点计时器的电源再松开纸带，选项D不正确．‎ ‎(2)计数点“‎4”‎的速度用它两侧计时点之间的平均速度来表示，故v4＝ cm/s＝39．‎0 cm/s．‎ ‎(3)由各计数点速度表可以看出，磁铁运动的速度逐渐增大到39．‎8 cm/s，表明磁铁受到的阻尼作用也是逐渐增大的，最后和重力平衡．‎ ‎(4)实验②中磁铁在塑料管中下落的运动规律与自由落体规律几乎相同，说明磁铁在塑料管中下落几乎不受阻尼作用．对比实验①和②，可以看出磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用．‎ ‎【答案】　(1)CD　(2)39．0　(3)逐渐增大到39．8 cm/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 ‎5．(2013·江苏高考T11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图1118所示．倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球．手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球．当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间．‎ 图1118‎ ‎(1)在实验中，下列做法正确的有________．‎ A．电路中的电源只能选用交流电源 B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方 C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时 ‎(2)实验测得小球下落的高度H＝1．‎980 m，10个小球下落的总时间T＝6．5 s．可求出重力加速度g＝________m/s2．(结果保留两位有效数字)‎ ‎(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法．‎ ‎(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2．他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．‎ ‎【解析】　根据自由落体运动的规律h＝gt2解决问题．‎ ‎(1)若电源选用直流电源，电磁铁可正常工作，选项A错误；实验时小球要撞击M断开电源，因此M应在电磁铁的正下方，选项B正确；小球下落的高度为电磁铁下端到M的竖直距离与小球直径的差，选项C错误；根据H＝gt2，t可利用累积法，即从手动敲击M的同时开始计时，测量出落下n个小球的时间T，则一个小球下落时间t＝，选项D正确．‎ ‎(2)根据H＝gt2和t＝，解得 g＝＝＝ m/s2≈9．‎4 m/s2．‎ ‎(3)要减小实验误差，可以适当增大小球下落的高度，并多次测量取平均值．‎ ‎(4)根据题意，小球从H1、H2高处落下需要的时间t1＝－Δt和t2＝－Δt，根据H＝gt2得H1＝g(－Δt)2和H2＝g(－Δt)2‎ 解得g＝，因此可以消除Δt的影响．‎ ‎【答案】　(1)BD　(2)9．4　(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值．(其他答案只要合理也可)‎ ‎(4)可以消除Δt对实验结果的影响，推导过程见解析 创新实验的解法 ‎(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，应用原理公式或图象法处理实验数据时，应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．‎ ‎●考向1　实验原理的设计与创新 ‎8．(2017·苏锡常模拟)在探究“加速度与力和质量的关系”实验时，某老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：‎ 图1119‎ ‎① 如图1119所示，先将沙和砂桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角θ，使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出砂和砂桶的总质量m；‎ ‎② 保持平板倾角θ不变，去掉砂和砂桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a; ‎ ‎③ 保持小车质量M不变，多次改变砂和砂桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系； ‎ ‎④ 多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系． ‎ ‎(1)在上述实验操作过程中，以下说法正确的是________‎ A．可以用电池盒给打点计时器供电 B．应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源 C．要保持细绳与平板平行 D．应让小车从靠近定滑轮处开始运动 ‎(2)在操作①中若打了一条如图1120所示的纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板的倾角适当______(选填“增大”或“减小”)些；‎ 图1120‎ ‎(3)在操作②中，小车所受的合力大小等于________(用题中所给定的字母以及重力加速度g表示); ‎ ‎(4)在本实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足砂和砂桶的质量远小于小车的总质量；在操作④中，每次改变小车质量后，________(选填“需要”或“不需要”)重新调节平板的倾角．‎ ‎【解析】　(1)打点计时器必须要用交流电源供电，故不可以用电池盒给打点计时器供电，选项A错误；应在接通打点计时器的电源后再让小车开始运动，选项B错误；要保持细绳与平板平行，选项C正确；应让小车从靠近定滑轮处开始运动，选项D正确；故选CD．(2)由纸带可看出，小车做加速运动，说明木板倾角过大，故应该减小木板倾角；(3)在操作②中，因开始时小车拖着砂和砂桶匀速运动，故去掉砂桶后，小车所受的合力大小等于砂和砂桶的重力mg；(4)在本实验中，因小车加速下滑时不带砂和砂桶，故不需要满足砂和砂桶的质量远小于小车的总质量；因平衡摩擦力要调节砂和砂桶的重力，故在操作④中，每次改变小车质量后，需要重新调节平板的倾角．‎ ‎【答案】　(1)CD　(2)减小　(3)mg　(4)不需要　需要 ‎●考向2　实验器材的等效与替换 ‎9．(2017·南通三模)在“探究动能定理”实验中，某实验小组采用如图1121甲所示的装置，在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N，滑块上固定一遮光条，细线绕过定滑轮将滑块与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码．已知遮光条的宽度为d，滑块与遮光条的总质量为m． ‎ ‎【导学号：17214181】‎ 甲 乙 图1121‎ ‎(1)接通气源，滑块从A位置由静止释放，读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2，力传感器的示数F，改变钩码质量，重复上述实验．‎ ‎①为探究在M、N间运动过程中细线拉力对滑块做的功W和滑块动能增量ΔEk的关系，还需要测量的物理量是________(写出名称及符号)；‎ ‎②利用上述实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为____________． ‎ ‎(2)保持钩码质量不变，改变光电门N的位置，重复实验，根据实验数据作出从M到N过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N点时速度二次方v2的关系图象，如图乙所示，则图线的斜率表示________，图线在横轴上的截距表示________．‎ ‎(3)下列不必要的实验操作和要求有________ (请填写选项前对应的字母)．‎ A．测量钩码的质量 B．调节气垫导轨水平 C．调节滑轮使细线与气垫导轨平行 D．保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 ‎【解析】　(1)①根据动能定理的表达式：FL＝mv－mv，还需要测出光电门M、N间的距离L．②v1＝，v2＝，利用实验中直接测量的物理量表示需探究的动能定理的表达式为：FL＝md2 ‎(2)根据动能定理的表达式：W＝mv2－mv＝m(v2－v)，W与滑块到达N 点时速度二次方v2的关系图象中，图线的斜率表示m/2，图线在横轴上的截距表示滑块经过光电门M时速度的二次方．‎ ‎(3)因为有力传感器测量滑块受到的拉力，所以不必测量钩码的质量，也不必保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量．‎ ‎【答案】　(1)①光电门M、N间的距离L　②FL＝md2　(2)m　滑块经过光电门M时速度的二次方　(3)AD ‎●考向3　数据处理方法的创新和拓展 ‎10．(2017·河西区一模)某活动小组利用图1122甲装置验证机械能守恒定律．钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB．用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度．测出两光电门间的距离为h，钢球直径为D，当地的重力加速度为g． ‎ ‎【导学号：17214182】‎ 甲　　　　　　　　乙 图1122‎ ‎(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为D＝________cm．‎ ‎(2)要验证机械能守恒，只要比较________．‎ A．D2与gh是否相等 B．D2与2gh是否相等 C．D2与gh是否相等 D．D2与2gh是否相等 ‎(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或“＜”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差________(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小．‎ ‎【解析】　(1)游标卡尺的主尺读数为：0．9 cm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为0．05×10 mm＝0．50 mm，所以最终读数为：0．950 cm．‎ ‎(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故：v＝，‎ 根据机械能守恒的表达式有：mgh＝mD2 即只要比较D2与2gh是否相等．‎ ‎(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度＜钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差不能通过增加实验次数减小．‎ ‎【答案】　(1)0．950　(2)D　(3)＜　不能