【物理】2018届二轮复习专题九第1讲实验技能与创新学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习专题九第1讲实验技能与创新学案（全国通用）

第1讲　力学实验与创新 课标卷高考命题分析 年份 题号·题型·分值 模型·情景 题眼分析 难度 ‎2015年 Ⅰ卷 ‎22题·实验题·6分 利用托盘秤分析玩具小车过凹形桥最低点的速度．考查了牛顿第二定律的应用.‎ 中 Ⅱ卷 ‎22题·实验题·6分 利用打点计时器分析纸带考查了速度、加速度的求解方法及牛顿第二定律的应用 中 ‎2016年 Ⅰ卷 ‎22题·实验题·5分 验证机械能守恒定律 中 Ⅱ卷 ‎22题·实验题·6分 探究轻弹簧的弹性势能 中 Ⅲ卷 ‎23题·实验题·10分 探究物体加速度与其所受合外力之间的关系 难 ‎2017年 Ⅰ卷 ‎22题·实验题·5分 纸带的数据处理、时间间隔的计算 易 Ⅱ卷 ‎22题·实验题·6分 搞清实验的原理、图象的函数关系 中 Ⅲ卷 ‎22题·实验题·6分 验证力的平行四边形定则、作图法 中 高考题型1　橡皮条、弹簧、碰撞类实验 例1　(2017·四川成都市第一次诊断)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧(记为A)劲度系数为k1，原细弹簧(记为B)劲度系数为k2、套成的新弹簧(记为C)劲度系数为k3.关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：‎ 甲同学：和电阻并联相似，可能是＝＋ 乙同学：和电阻串联相似，可能是k3＝k1＋k2‎ 丙同学：可能是k3＝ ‎(1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验(装置如图1)．‎ 图1‎ ‎(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空．‎ a．将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的自然长度L0；‎ b．在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数n、每个钩码的质量m和当地的重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；‎ c．由F＝ ________计算弹簧的弹力，由x＝L1－L0计算弹簧的伸长量，由k＝计算弹簧的劲度系数；‎ d．改变________，重复实验步骤b、c，并求出弹簧A的劲度系数的平均值k1；‎ e．仅将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧B、C的劲度系数的平均值k2、k3.比较k1、k2、k3并得出结论．‎ ‎(3)图2是实验得到的图线，由此可以判断 ________同学的猜想正确．‎ 图2‎ 答案　(2)nmg　钩码的个数　(3)乙 解析　(2)根据共点力平衡可知：F＝nmg　改变钩码的个数，重复实验 ‎(3)由图可知：k1＝kA＝＝ N/m＝25 N/m，k2＝kB＝ N/m＝37.5 N/m，k3＝kC＝ N/m＝62.5 N/m，故满足k3＝k1＋k2，故乙同学猜想正确．‎ 探究弹力和弹簧伸长量的关系 (1)实验原理 要测出每次悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长的长度x，建立F－x坐标系，描点作图探究.‎ (2)操作关键 ‎①实验中不能挂过多的钩码，会使弹簧超过弹性限度.‎ ‎②作图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在两侧.‎ ‎1．(2017·全国卷Ⅲ·22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图3(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.‎ ‎ (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N.‎ ‎(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ 图3‎ ‎(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．‎ 答案　(1)4.0　(2)(ⅰ)见解析图 　(ⅱ)4.0　0.05‎ 解析　(1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N ‎(2)(ⅰ)画出力F1、F2的图示，如图所示 ‎(ⅱ)用刻度尺量出F合的线段长约为20 mm，所以F合大小为4.0 N，量出合力箭头处到y轴的距离和所作合力在y轴投影的长度，则F合与拉力F的夹角的正切值为tan α＝0.05.‎ ‎2．(2017·河北唐山市一模)气垫导轨是一种实验辅助仪器，利用它可以非常精确地完成多个高中物理实验，滑块在导轨上运动时，可认为不受摩擦阻力，现利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图4.‎ 图4‎ ‎(1)对导轨进行调节平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块a.调整调节旋钮，轻推滑块，观察滑块通过两光电门的时间，当________时，说明导轨已经水平．‎ ‎(2)使用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb，然后按如图所示方式放在气垫导轨上．使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞并粘在一起，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒．‎ 答案　(1)滑块a(的遮光条)通过两个光电门所用时间相等　(2)＝ 解析　(1)如果平衡，滑块a将在导轨上做匀速运动，因此通过两个光电门所用的时间相等；‎ ‎(2)根据动量守恒定律可知，mav1＝(ma＋mb)v2‎ 根据速度公式可知v1＝，v2＝，代入上式可得应满足的公式为：＝.‎ 高考题型2　“纸带类”实验 例2　(2017·广东惠州市第三次调研)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，采用了如图5甲所示的实验方案．操作如下：‎ ‎(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应________(填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．‎ ‎(2)已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力，应该满足的条件是m________M(填“远小于”“远大于”或“等于”)．‎ ‎(3)图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a的倒数与盘和砝码的总质量m的倒数之间的实验关系图象．若牛顿第二定律成立，则小车的质量M＝________kg.(g取10 m/s2)‎ 图5‎ 答案　(1)增大　间距相等　(2)远小于　(3)0.08‎ 解析　(1)根据题图乙可知，小车做减速运动，说明平衡摩擦力不足，因此需要增大倾角，直到打出点迹均匀为止，即相邻两点间距相等；‎ ‎(2)对整体：mg＝(M＋m)a 小车的拉力：F＝Ma＝＝，‎ 当M≫m时，可以认为小车受到的合力等于盘和砝码的总重力，故填远小于．‎ ‎(3)由mg＝Ma得＝·，‎ 斜率k＝＝得M＝0.08 kg.‎ ‎1．“纸带类”实验涉及了力学中的研究速度随时间变化的规律、验证牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律以及验证动量守恒等5个实验．‎ ‎2．利用纸带可以计算计数点的速度和用逐差法计算加速度．‎ ‎3．注意掌握：(1)接通电源、释放纸带的先后顺序；(2)是否需要平衡摩擦力；(3)是否需要m≪M；(4)是否需要测量质量等．‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图6(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)‎ 图6‎ ‎(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．‎ ‎(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2.(结果均保留两位有效数字)‎ 答案　(1)从右向左　(2)0.19　 0.038‎ 解析　(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动．‎ ‎(2)已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T＝ s＝ s，所以A点位置的速度为vA＝ m/s≈0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a＝，解得a≈0.038 m/s2.‎ ‎4．(2017·四川绵阳市二诊)用如图7甲所示的装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器打点频率f＝50 Hz.‎ 图7‎ ‎(1)实验中得到的一条纸带如图乙所示，第一个打点标记为O，选择点迹清晰且便于测量的连续5个点，标为A、B、C、D、E，测出A、C、E到O点的距离分别为d1＝9.51 cm、d2＝15.71 cm、d3＝23.47 cm.重物质量为0.5 kg，当地重力加速度g＝9.80 m/s2.现选取重物在OC段的运动进行数据处理，则OC段重力势能减少量为________ J，动能增加量为________J．(计算结果均保留两位有效数字)‎ ‎(2)如果测得纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是6 mm，出现这种情况可能的原因是________． ‎ A．重锤的质量过大 B．电源电压偏大 C．先释放纸带后接通打点计时器电源 D．打点计时器没有竖直固定 答案　(1)0.77　0.76　(2)C 高考题型3　力学创新实验 例3　(2017·河北邯郸市模拟) 如图8甲所示，上表面光滑的楔形木块A固定在水平放置的压力传感器上．某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小球)，记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出F－m图线，如图乙．重力加速度大小取9.8 m/s2，完成下列填空：‎ 图8‎ ‎(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间________(填 “相同”或“不相同”)；‎ ‎(2)由图象知，木块A的质量M＝________kg(保留两位有效数字)；‎ ‎(3)若斜面倾角为θ，由图象可知，cos2θ＝________(保留两位有效数字)．‎ 答案　(1)相同 　(2)0.20　(3)0.34(0.32～0.36均可) ‎ 解析　(1)根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：a＝＝gsin θ，则不同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同． ‎ ‎(2)当m＝0时，传感器的示数即为木块A的重力，则有：Mg＝1.97 N，‎ 解得：M＝ kg＝0.20 kg ‎(3)对小球受力分析，根据平衡条件可知，A对小球的支持力FN＝mgcos θ，‎ 根据牛顿第三定律可知，小球对A的压力为mgcos θ，‎ 对A受力分析可知，传感器对A的支持力F＝Mg＋mgcos θcos θ，‎ 则传感器的示数为F＝Mg＋mgcos2θ 则F－m图象的斜率k＝gcos2θ，‎ 则有：gcos2θ＝＝3.3‎ 解得：cos2θ≈0.34.‎ ‎1．力学创新实验的特点 ‎(1)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．‎ ‎(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)根据题目情景，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，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．‎ ‎5．(2017·福建漳州市联考)“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图9(a)所示．实验中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a－F图线，如图(b)所示．‎ 图9‎ ‎(1)图线________是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(选填“a”或“b”) ‎ ‎(2)在轨道水平时小车运动的阻力Ff＝________；‎ ‎(3)图(b)中，拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．为消除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．在钩码与细绳之间接入一力传感器，用力传感器读数代替钩码的重力 C．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 D．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 答案　(1)b　(2)0.5 N　(3)B 解析　(1)在水平轨道上，由于受到摩擦力，拉力不为零时，加速度仍然为零，可知图线a是在轨道水平的情况下得到的．当轨道的右侧抬高过高时(平衡摩擦力过度)，拉力等于0时，会出现加速度，所以图线b是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．‎ ‎(2)根据牛顿第二定律得，F－Ff＝ma，a＝－，图线的斜率表示质量的倒数；因为F＝0.5 N时，加速度为零，解得Ff＝0.5 N.‎ ‎(3)随着钩码的数量增大到一定程度时题图(b)的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，而我们把钩码所受重力作为小车所受的拉力，所以消除此误差可采取的简便且有效的措施为测量出小车所受的拉力，即在钩码与细绳之间放置一力传感器，得到力F的数值，再作出小车运动的加速度a和力传感器读数F的关系图象，故选B.‎ ‎6．(2017·山东德州市模拟)某同学用如图10甲所示的装置测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数，实验过程如下：‎ 图10‎ ‎(1)用游标卡尺测量出固定于滑块上的遮光条的宽度d，如图乙，d＝________mm.在桌面上合适位置固定好弹簧和光电门，将光电门与数字计时器(图中未画出)连接．‎ ‎(2)用滑块把弹簧压缩到某一位置，测量出滑块到光电门的距离x.静止释放滑块，测出滑块上的遮光条通过光电门所用的时间t，则此时滑块的速度v＝ ________(用题中所给字母表示)．‎ ‎(3)通过在滑块上增减砝码来改变滑块的质量m，仍用滑块将弹簧压缩到(2)中的位置，重复(2)的操作，得出一系列滑块质量m与它通过光电门时的速度v的值．根据这些数值，作出v2－图象如图丙所示．已知当地的重力加速度为g.由图象可知，滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ＝________，弹性势能Ep＝________.‎ 答案　(1)5.70　(2)　(3)　 解析　(1)由题图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为0.5 cm＝5 mm，游标尺示数为14×0.05 mm＝0.70 mm，则遮光条宽度d＝5 mm＋0. 70 mm＝5.70 mm；‎ ‎(2)滑块的速度为：v＝ ‎(3)根据能量守恒可知：Ep＝μmgx＋mv2,解得：v2＝－2μgx 则有：－2μgx＝－b,2Ep·a＝2μgx ‎ 联立解得：μ＝，Ep＝.‎ 题组1　全国卷真题精选 ‎1．(2016·全国卷Ⅱ·22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图11(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．‎ 图11‎ ‎(1)实验中涉及到下列操作步骤：‎ ‎①把纸带向左拉直 ‎②松手释放物块 ‎③接通打点计时器电源 ‎④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)．‎ ‎(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s.比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．‎ 答案　(1)④①③②　(2)1.29　M 解析　(1)根据该实验操作过程，正确步骤应为④①③②.‎ ‎(2)物块脱离弹簧时速度最大，v＝＝ m/s＝1.29 m/s；由动能定理ΔEk＝mv2，据纸带中打点的疏密知M纸带获得的最大速度较大，对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能较大．‎ ‎2．(2016·全国卷Ⅲ·23)某物理课外小组利用图12中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：‎ 图12‎ ‎(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑．‎ ‎(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.‎ ‎(3)对应于不同的n的a值见下表．n＝2时的s-t图象如图13所示；由图13求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表．‎ n ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ a/(m·s－2)‎ ‎0.20‎ ‎0.58‎ ‎0.78‎ ‎1.00‎ 图13‎ ‎(4)利用表中的数据在图14中补齐数据点，并作出a-n图象．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．‎ 图14‎ ‎(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为________kg(保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)．‎ ‎(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)‎ A．a-n图线不再是直线 B．a-n图线仍是直线，但该直线不过原点 C．a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大 答案　(3)0.39　(4)见解析图　(5)0.44　(6)BC 解析　(3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将题图中点(2,0.78)代入s＝at2可得，a＝0.39 m/s2.‎ ‎(4)根据描点法可得如图所示图线．‎ ‎(5)钩码质量为m，小车质量为M，根据牛顿第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，则a＝n，图线斜率k＝＝，可得M＝0.44 kg.‎ ‎(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，由牛顿第二定律得，nmg－μ(M＋5m－nm)g＝(M＋5m)a，解得：a＝－μg，直线的斜率变大．绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B、C正确．‎ ‎3．(2013·新课标全国Ⅰ·22)图15为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：‎ 图15‎ ‎①用天平测量物块和遮光片的总质量M，重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，用米尺测量两光电门之间的距离s；‎ ‎②调整轻滑轮，使细线水平；‎ ‎③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；‎ ‎④多次重复步骤③，求a的平均值；‎ ‎⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.‎ 回答下列问题：‎ ‎(1) 测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图16所示．其读数为________ cm.‎ 图16‎ ‎(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________.‎ ‎(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ＝________.‎ ‎(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”)．‎ 答案　见解析 解析　(1)d＝0.9 cm＋12×0.05 mm＝0.960 cm ‎(2)因为vA＝，vB＝，又由2as＝vB2－vA2， ‎ 得a＝[()2－()2]‎ ‎(3)设细线上的拉力为FT，则mg－FT＝m，FT－μMg＝M 两式联立得μ＝ ‎(4)由实验装置引起的误差为系统误差．‎ 题组2　各省市真题精选 ‎4．(2015·山东理综·21)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．实验步骤：‎ ‎①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．‎ ‎②如图17甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F(N)‎ ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l(cm)‎ l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F＝2.50 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FO O′.‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．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17‎ 完成下列作图和填空：‎ ‎(1)利用表中数据在图18中画出F-l图线，根据图线求得l0＝________cm.‎ 图18‎ ‎(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则FOA的大小为________N.‎ ‎(3)根据给出的标度，在图19中作出FOA和FOB的合力F′的图示．‎ 图19‎ ‎(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．‎ 答案　(1)见解析图甲　10.0(9.8、9.9、10.1均正确)　(2)1.80(1.70～1.90均正确)　(3)见解析图乙 ‎(4)FOO′‎ 解析　(1)做出F-l图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0 cm ‎(2)可计算橡皮筋的劲度系数 k＝＝ N/m＝50 N/m 若OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则橡皮筋的弹力为 F＝kΔx＝50×(6.00＋7.60－10.00)×10－2 N＝1.80 N 则此时FOA＝F＝1.80 N ‎(3)FOB＝FOA＝1.80 N，两力的合力F′如图乙所示．‎ ‎(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，所以通过比较F′和FOO′的大小和方向，可得出实验结论．‎ 专题强化练 ‎1．(2017·贵州贵阳市2月模拟)如图1所示是很多力学实验中常使用的装置．‎ 图1‎ ‎(1)要处理用该装置打出的纸带信息，必需使用的器材是________(选填“刻度尺”“秒表”或“天平”)‎ ‎(2)关于该装置的下列说法正确的是________．‎ A．利用该装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，不需要平衡摩擦力 B．利用该装置做“研究匀变速运动”的实验时，需要平衡摩擦力 C．以小车和砝码整体为研究对象，平衡摩擦力后，可利用该装置“验证机械能守恒定律”‎ D．利用该装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验时，除应平衡摩擦力外，还必须满足小车的质量远大于砝码与砝码盘的总质量 答案　(1)刻度尺　(2)D ‎2．(2017·广东汕头市一模)某同学用如图2所示的实验装置来验证“‎ 力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．‎ 图2‎ ‎(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.‎ ‎(2)下列不必要的实验要求是________．(填写选项前对应的字母)‎ A．应测量重物M所受的重力 B．弹簧测力计应在使用前校零 C．拉线方向应与木板平面平行 D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎(3)某次实验中，该同学保持结点O的位置不变，调整弹簧测力计B的拉力沿各种不同的方向，结果发现测力计B的读数最小值为重物M所受的重力的0.5倍，则O点与弹簧测力计A之间的细线偏离竖直方向的夹角为________．‎ 答案　(1)3.6　(2)D　(3)30°‎ ‎3．(2017·辽宁沈阳市郊联体模拟)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度h＝0.25 m、开口向右的小筒中，如图3甲所示，弹簧的原长比筒短些．如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现在要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l并记下弹力F，作出F－l图线如图乙所示．‎ ‎ ‎ 图3‎ ‎(1)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比较，优点在于________________________________________________________________________．‎ ‎(2)弹簧的劲度系数为________N/m.‎ ‎(3)弹簧的原长l0＝________m.‎ 答案　(1)避免弹簧自身重力对实验的影响 ‎(2)100　(3)0.15‎ ‎4．(2017·全国卷Ⅱ·22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系．使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器．‎ 图4‎ 实验步骤如下：‎ ‎①如图4(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；‎ ‎②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；‎ ‎③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度[如图(b)所示]，表示滑块在挡光片遮住光线的Δt 时间内的平均速度大小，求出；‎ ‎④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；‎ ‎⑤多次重复步骤④；‎ ‎⑥利用实验中得到的数据作出－Δt图，如图(c)所示．‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和Δt的关系式为 ＝________.‎ ‎(2)由图(c)可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2.(结果保留3位有效数字)‎ 答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.6‎ 解析　(1)设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知：v＝vA＋aΔt，且＝ 联立解得：＝vA＋aΔt；‎ ‎(2)由图(c)可读出vA≈52.1 cm/s，图线的斜率 k＝a＝ cm/s2≈8.28 cm/s2，‎ 即a≈16.6 cm/s2.‎ ‎5．(2017·甘肃省河西五市一模)在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图5甲所示的实验装置．‎ ‎ ‎ 图5‎ ‎(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是________(填选项前的字母)．‎ A．保证钩码的质量远小于小车的质量 B．选取打点计时器所打第1点与第2点间的距离约为2 mm的纸带来处理数据 C．把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力 D．必须先接通电源再释放小车 ‎(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是________，小车动能的增量是________．(用题中和图中的物理量符号表示)‎ 答案　(1)AC　(2)mgs　M[()2－()2]‎ 解析　(1)为使钩码的重力近似等于小车受到的合力，需要把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，故C正确；同时保证钩码的质量远小于小车的质量，减小钩码失重带来的误差，故A正确；D项是打点计时器实验的正确做法，对减小本题中的实验误差无影响，故D错误；B项为保证重物由静止开始做自由落体运动的措施，故B错误；‎ ‎(2)从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功为：W＝mgh＝mgs 根据中间时刻的速度等于平均速度得：vB＝，vE＝，‎ 小车动能的增量是：ΔEk＝MvE2－MvB2＝M[()2－()2]．‎ ‎6．(2017·福建南平市3月质检)如图6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、电火花计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平、交流电源．回答下列问题：‎ 图6‎ ‎(1)为完成此实验，除了现有的器材，还需要的器材是________．‎ ‎(2)关于本实验，在操作过程准确无误的情况下，下列说法中正确的是________．‎ A．实验时一定要称出重锤的质量 B．实验中测得重锤重力势能的减少量ΔEp略大于它动能的增加量ΔEk，是因为阻力做功造成的 C．如果纸带上打下的第1、2点模糊不清，则无论用何种方法处理数据，该纸带都不能用于验证机械能守恒定律 D．处理实验数据时，可直接利用打下的连续实际点迹作为“计数点”‎ ‎(3)若按实验要求选出合适的纸带进行测量，量得连续三个计数点A、B、C到第一个点O的距离如图乙所示(相邻两点时间间隔为0.02 s)，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，重锤质量为0.500 kg，那么打下点B时重锤的速度vB＝________m/s，从O到B 的过程中重力势能减少量为ΔEp＝________J．(计算结果均保留三位有效数字)‎ 答案　(1)刻度尺　(2)BD　(3)2.00　1.05 ‎ 解析　(1)纸带各点间距离需要刻度尺测量，所以还需要的器材有刻度尺；‎ ‎(2)实验时不需要称出重锤的质量，故A错误；阻力做功使得实验中测得的重锤重力势能的减少量ΔEp略大于它动能的增加量ΔEk，故B正确；如果纸带上打下的第1、2点模糊不清，可以选择纸带上其他清晰两点来验证机械能守恒定律，故C错误；处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法，若采用计数点，是使测量长度变长，从而减小测量长度的误差，故D正确．‎ ‎(3)打下B点时重锤的速度等于AC两点间的平均速度．AC间距为：‎ xAC＝(25.71－17.72)cm＝7.99 cm＝7.99×10－2 m 打下B点时重锤的速度为：vB＝＝ m/s≈2.00 m/s 从O到B的过程中重力势能减少量为：ΔEp＝mgh＝0.500×9.80×0.215 2 J≈1.05 J ‎7．(2017·湖南衡阳市第一次联考)如图7甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置，带滑轮的长木板水平固定，跨过小车上的光滑定滑轮的两根细线均处于水平．‎ 图7‎ ‎(1)实验时，一定要进行的操作是________．(填序号)‎ A．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 B．用天平测出砂和砂桶的总质量 C．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F0‎ D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带 ‎(2)设拉力传感器示数F0的二倍为F，现以F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象如图所示，则可能正确的图象是________．‎ ‎(3)在实验中，得到一纸带，A、B、C、D、E 为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．用刻度尺测量计数点间距离如图乙所示．已知打点计时器的工作频率为50 Hz，根据纸带数据，可知打点E时小车的速度vE＝________m/s(结果保留2位有效数字)．‎ 答案　(1)CD　(2)C　(3)0.26‎ 解析　(1)拉力可以由拉力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的总质量，也就不需要使砂桶(包括砂)的总质量远小于小车的质量，故A、B错误；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放小车，该实验探究加速度与力、质量的关系，要记录拉力传感器的示数，故C正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确；‎ ‎(2)小车质量不变时，加速度与拉力成正比，所以a－F图象是一条过原点的倾斜的直线，由实验装置可知，实验前没有平衡摩擦力，则画出的a－F图象在F轴上有截距，故C正确．‎ ‎(3)相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为：T＝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，可以求出纸带上打B点时小车的瞬时速度大小．vB＝＝ m/s＝0.14 m/s，根据逐差法得：a＝＝ m/s2＝0.4 m/s2，‎ 则vE＝vB＋a·3T＝(0.14＋0.4×0.3) m/s＝0.26 m/s.‎ ‎8．(2017·安徽淮南市模拟)在探究物体的加速度与所受外力的关系实验中，如图8甲所示，在水平放置的气垫导轨上有一带有方盒的滑块，质量为M，气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过定滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，设每个钩码的质量为m，且M＝4m.‎ 图8‎ ‎(1)用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，示数如图乙所示，则宽度d＝________cm；‎ ‎(2)某同学打开气源，将滑块由静止释放，滑块上的挡光片通过光电门的时间为t，则滑块通过光电门的速度为________(用题中所给字母表示)；‎ ‎(3)开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，滑块由静止释放后细线上的拉力为F1，接着每次实验时将1个钩码移放到滑块上的方盒中，当只剩3个钩码时细线上的拉力为F2，则F1______2F2(填“大于”“小于”或“等于”)；‎ ‎(4)若每次移动钩码后都从同一位置静止释放滑块，设挡光片距光电门的距离为L，细线端所挂钩码的个数为n，挡光片通过光电门的时间为t，测出多组数据，并绘出n－图象(如图9)，已知图线斜率为k，则测得当地重力加速度为________(用题中字母表示)．‎ 图9‎ 答案　(1)0.520　(2)　(3)小于　(4) ‎9．(2017·山东青岛市二模)图10为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2；‎ ‎②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；‎ ‎③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；‎ ‎④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；‎ ‎⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离．图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN.依据上述实验步骤，请回答下列问题：‎ 图10‎ ‎(1)两小球的质量m1、m2应满足m1________m2(填写“>”“＝”或“<”)；‎ ‎(2)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中________点，m2的落点是图中________点；‎ ‎(3)用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式________________，就能说明两球碰撞前后动量是守恒的；‎ ‎(4)若要判断两小球的碰撞是否为弹性碰撞，用实验中测得的数据来表示，只需比较________与________是否相等即可．‎ 答案　(1)>　(2)M　N　(3)m1＝m1＋m2 ‎(4)m1sP　m1sM＋m2sN 解析　(1)必须满足m1>m2，否则m1有可能被反弹回去；‎ ‎(2)由碰撞实际，碰后v1′

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