專題十一力學(xué)實驗江蘇卷考情導(dǎo)向考點考題考情螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的讀數(shù)力學(xué)基本實驗2017年T10考查探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系以及平衡摩擦力的方法2016年T11考查基本測量儀器如游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的使用驗證以及機械能守恒定律2014年T11考查力的平行四邊形定則及平衡條件的應(yīng)用高考熱點是(1)以打點紙帶的分析為載體，考查有關(guān)速度、加速度分析的實驗，以填空題為主；(2)以教材實驗為基礎(chǔ)，結(jié)合光電門、頻閃照相和現(xiàn)代科技生活，考查實驗分析、設(shè)計能力；(3)以實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析為載體，考查學(xué)生分析評估能力備考時(1)強化基本儀器使用、讀數(shù)方面的訓(xùn)練；(2)領(lǐng)會控制變量法、逐差法等在實驗操作和數(shù)據(jù)處理中的作用；(3)加強實驗選取、實驗情景與實驗原理之間的因果邏輯推理力學(xué)創(chuàng)新實驗2015年T11考查對紙帶運動情況探究小車速度隨時間變化的規(guī)律2013年T11利用自由落體運動考查勻變速直線運動的加速度一、誤差與有效數(shù)字1誤差：誤差產(chǎn)生原因大小特點減小方法系統(tǒng)誤差實驗儀器不精確實驗原理不完善實驗方法粗略總是偏大或偏小更新儀器，完善原理，改進方法偶然誤差測量、讀數(shù)不準(zhǔn)確可大可小畫圖象或取平均值2有效數(shù)字：(1)有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，是偶然誤差的來源(2)從數(shù)的左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0012 5為三位有效數(shù)字二、基本儀器的使用1長度測量類儀器：(1)毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：游標(biāo)尺/mm精度/mm測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個刻線與主尺上的某刻度線正對時)/mm刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差1090101主尺上讀的毫米數(shù)01n2019005005主尺上讀的毫米數(shù)005n5049002002主尺上讀的毫米數(shù)002n(3)螺旋測微器的讀數(shù)：測量值固定刻度整毫米數(shù)半毫米數(shù)可動刻度讀數(shù)(含估讀)×001 mm2時間測量類儀器：(1)打點計時器：每打兩個點的時間間隔為002 s，一般每五個點取一個計數(shù)點，則時間間隔為t002×5 s01 s(2)頻閃照相機：用等時間間隔獲取圖象信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來(3)光電計時器：記錄遮光時間三、兩類力學(xué)實驗 1驗證性實驗：驗證力的平行四邊形定則，驗證牛頓運動定律，驗證機械能守恒定律2探究性實驗：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系，探究動能定理3兩種實驗過程的比較：類型探究性實驗驗證性實驗實驗過程提出問題猜想與假設(shè)制定計劃與設(shè)計實驗方案進行實驗與收集數(shù)據(jù)分析與論證評估交流與合作實驗?zāi)康膶嶒炂鞑膶嶒炘韺嶒灢襟E數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)論四、實驗數(shù)據(jù)的處理方法1列表法：在記錄和處理數(shù)據(jù)時，為了簡單而明顯地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，可將數(shù)據(jù)填寫在適當(dāng)?shù)谋砀裰校礊榱斜矸?平均值法：把在同一狀態(tài)下測定的同一個物理量的若干組數(shù)據(jù)相加求和，然后除以測量次數(shù)3作圖法：用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是直觀、簡便，有取平均值的效果由圖線的斜率、截距、包圍的面積等可以研究物理量之間的關(guān)系考點1| 螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的讀數(shù)難度：低檔題 題型：實驗題(對應(yīng)學(xué)生用書第57頁)1螺旋測微器讀數(shù)時要估讀，以毫米為單位，小數(shù)點后必須為3位，同時注意固定刻度上的半刻度是否露出，如第1題中圖丁半刻度線露出，圖甲、乙、丙沒露出2游標(biāo)卡尺不估讀，以毫米為單位，10分度卡尺，小數(shù)點后只有1位；20分度和50分度卡尺，小數(shù)點后有2位3注意題目要求的單位是否為mm，若不是則要先以mm為單位讀數(shù)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)轭}目要求的單位第1、2題中毫米和厘米各半考向1螺旋測微器的讀數(shù)1(2017·成都檢測)用螺旋測微器測不同規(guī)格的金屬絲的直徑，示數(shù)如圖11­1所示由圖可讀出金屬絲的直徑為圖甲_mm圖乙_cm圖丙_mm圖丁_cm 【導(dǎo)學(xué)號：17214176】甲乙丙丁圖11­1【解析】根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)方法：螺旋測微器的讀數(shù)值固定刻度值可動刻度×001 mm，讀出甲、乙、丙、丁四圖的讀數(shù)值分別是10002(13) mm、0536 5(46) cm、9205(46) mm、0570 0 cm【答案】10002 0536 592050570 0考向2游標(biāo)卡尺的讀數(shù)2某同學(xué)用游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺測定四個不同規(guī)格金屬桿的直徑，示數(shù)如圖11­2甲、乙 、丙、丁所示，則該金屬桿直徑分別為甲圖：_mm乙圖：_cm丙圖：_cm丁圖：_mm甲乙丙丁圖11­2【解析】根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法：游標(biāo)卡尺的讀數(shù)值主尺整毫米數(shù)值對齊格數(shù)×精度(mm)，讀出甲、乙、丙、丁四圖的讀數(shù)值分別是甲圖：d4 mm10×002 mm420 mm乙圖：d12 mm4×005 mm1220 mm1220 cm丙圖：d11 mm5×01 mm115 mm115 cm丁圖：d5 mm5×005 mm525 mm【答案】420 mm1220 cm115 cm525 mm考點2| 力學(xué)基本實驗難度：中低檔 題型：實驗題 五年3考(對應(yīng)學(xué)生用書第57頁)1(2016·江蘇高考T11)某同學(xué)用如圖11­3所示的裝置驗證機械能守恒定律一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v作為鋼球經(jīng)過A點時的速度記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗證機械能是否守恒圖11­3(1)用Epmgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到_之間的豎直距離A鋼球在A點時的頂端B鋼球在A點時的球心C鋼球在A點時的底端(2)用Ekmv2計算鋼球動能變化的大小用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖11­4所示，其讀數(shù)為_cm某次測量中，計時器的示數(shù)為0010 0 s則鋼球的速度為v_ m/s圖11­4(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：Ep(×102J)48929786146919592938Ek(×102J)504101151200298他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的你是否同意他的觀點？請說明理由(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議【解題關(guān)鍵】解答本題應(yīng)注意以下三點：(1)小球下落的高度h可以由釋放時的鋼球球心測到鋼球在A點時的球心，也可以是釋放時的鋼球頂端測到鋼球在A點時的頂端(2)空氣阻力造成機械能減少，應(yīng)有Ep>Ek的結(jié)果(3)改進建議應(yīng)從造成誤差的原因角度思考【解析】(1)高度變化要比較鋼球球心的高度變化(2)毫米刻度尺讀數(shù)時要估讀到毫米下一位，由v代入數(shù)據(jù)可計算出相應(yīng)速度(3)從表中數(shù)據(jù)可知EkEp，若有空氣阻力，則應(yīng)為EkEp，所以不同意他的觀點(4)實驗中遮光條經(jīng)過光電門時的速度大于鋼球經(jīng)過A點時的速度，因此由Ekmv2計算得到的Ek偏大，要減小Ep與Ek的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度【答案】(1)B(2)150(149151都算對)150(149151都算對)(3)不同意，因為空氣阻力會造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv2(2014·江蘇高考T11)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則圖11­5(1)實驗記錄紙如圖11­5所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點三個力的大小分別為：F1330 N、F2385 N和F3425 N請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力(2)仔細(xì)分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響實驗裝置如圖11­6甲所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡重復(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡甲乙圖11­6兩次實驗記錄的軌跡如圖11­6乙所示過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為_(3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有_(填寫選項前的字母)A橡皮筋的長度與受到的拉力成正比B兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長C兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大D兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大(4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項【解題關(guān)鍵】解答此題應(yīng)注意以下三點：(1)拉力F1和F2的方向分別過P1、P2兩點，但、并不代表F1和F2(2)由平行四邊形定則求出的合力并不一定與F3相等(3)重物重力一定和橡皮筋拉力與水平拉力方向一定時，橡皮筋拉力大小也是一定的【解析】根據(jù)力的合成法則及平衡條件解題(1)作出的圖示如圖所示(2)重物受力情況如圖所示，由于重力不變，兩次實驗時，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即FaFb(3)根據(jù)題圖乙可知，選項B、D正確，選項A、C錯誤(4)橡皮筋拉伸不宜過長，選用新橡皮筋等可減小誤差【答案】(1)如解析圖所示(F合4649 N都算對)(2)FaFb(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧)3(2017·江蘇高考T10)利用如圖11­7所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系小車的質(zhì)量為M2000 g，鉤碼的質(zhì)量為m100 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電 【導(dǎo)學(xué)號：17214177】圖11­7(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖11­8所示，選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離x，記錄在紙帶上計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1_m/s圖11­8(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g980 m/s2，利用Wmgx算出拉力對小車做的功W利用EkMv2算出小車動能，并求出動能的變化量Ek計算結(jié)果見下表W/×103J245292335381426Ek/×103J231273312361400請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖11­9中作出Ek­W圖象圖11­9(4)實驗結(jié)果表明，Ek總是略小于W某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F_N【解析】(1)完全平衡摩擦力的標(biāo)志是輕推小車，小車做勻速運動(2)兩計數(shù)點間的時間間隔T5×002 s01 sv1 m/s0228 m/s(3)確定標(biāo)度，根據(jù)給出數(shù)據(jù)描點作圖如圖所示(4)從圖線上取兩個點(45，424)，(215，20)圖線的斜率是k0953又有k根據(jù)運動學(xué)公式有v22ax根據(jù)牛頓第二定律有FMa由式解得F0093 N【答案】(1)小車做勻速運動(2)0228(3)見解析圖(4)0093紙帶的三大應(yīng)用(1)確定時間要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，為便于測量和計算，一般每五個點(或每隔四個點)取一個計數(shù)點，這樣時間間隔為t002×5 s01 s(2)求瞬時速度做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度如圖11­10a所示，求紙帶上某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移xn和xn1，則打n點時的速度vnab圖11­10(3)求加速度利用a求解：在已經(jīng)判斷出物體做勻變速直線運動的情況下，可利用xxn1xnaT2求加速度a逐差法：a兩段法：把圖11­10b中x1、x2、x3、x4、x5、x6分成時間相等(均為3T)的兩大段，則由xxaT2得：(x4x5x6)(x1x2x3)a(3T)2，解出的a與上面逐差法結(jié)果相等，但卻要簡單得多圖象法：a由vn，求出相應(yīng)點的速度b確定各計數(shù)點的坐標(biāo)值(v1，T)、(v2，2T)、(vn，nT)c畫出v­t圖象，圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度考向1“紙帶”類實驗3(2017·南京一模)(1)用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖11­11甲、乙所示測量方法正確的是_(選填“甲”或“乙”)甲乙丙圖11­11(2)用螺旋測微器測量合金絲的直徑，此示數(shù)為_mm(3)在“用打點計時器測速度”的實驗中，交流電源頻率為50 Hz，打出一段紙帶如圖11­12所示紙帶經(jīng)過2號計數(shù)點時，測得的瞬時速度v_m/s若實驗時交流電源頻率大于50 Hz，則紙帶經(jīng)過2號點的實際速度_(選填“大于”“小于”“等于”)測量速度圖11­12【解析】(1)游標(biāo)卡尺測量小球的直徑時，應(yīng)將小球卡在外爪的刀口上，故選甲；(2)螺旋測微器的固定刻度為65 mm，可動刻度為：200×001 mm0200 mm，所以最終讀數(shù)為：65 mm0200 mm6700 mm(3)從0點開始每5個點取一個計數(shù)點，所以相鄰計數(shù)點間的時間間隔為002×5 s01 s根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上2點時小車的瞬時速度大小小車到計數(shù)點2時的瞬時速度v2×102 m/s036 m/s，如果在某次實驗中，交流電的頻率大于50 Hz，那么實際打點周期變小，據(jù)v可知，測出的速度數(shù)值將比真實值偏小【答案】(1)甲(2)6700(3)036；大于考向2“彈簧”“橡皮條”類實驗4(2017·鎮(zhèn)江一模)在“探究求合力的方法”的實驗中，某同學(xué)用兩把彈簧秤將橡皮筋的端點拉到點O，作出這兩個拉力F1、F2的圖示(圖11­13甲)，然后用一把彈簧秤將橡皮筋的端點仍然拉到O，彈簧秤示數(shù)F如圖乙所示 【導(dǎo)學(xué)號：17214178】甲乙圖11­13(1)彈簧秤的示數(shù)F_N；(2)請幫他在圖甲中畫出力F的圖示(圖中a為記錄F方向時所記錄的一點)；(3)該同學(xué)用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來他觀察圖形后受到了啟發(fā)你認(rèn)為他緊接著應(yīng)進行的兩個實驗步驟是_(A) 整理實驗器材(B) 提出求合力方法的猜想(C) 改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實驗(D) 與同學(xué)交流討論實驗結(jié)果，得出結(jié)論【解析】(1)彈簧秤的最小刻度為02 N，可知彈簧秤的示數(shù)F28 N(2)根據(jù)圖示法作出F的圖示，如圖所示(3)用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來觀察圖形后受到了啟發(fā)提出求合力方法的猜想，然后改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實驗，故BC正確【答案】(1)28(2)見解析(3)BC5(2017·徐州期末)如圖11­14甲所示，在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗中，主要過程如下：A設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、；B分析紙帶，求出橡皮筋做功使小車獲得的速度v1、v2、v3、；C作出W­v圖象；D分析W­v圖象如果W­v圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W等關(guān)系(1)實驗中得到的一條如圖乙所示的紙帶，求小車獲得的速度應(yīng)選_(選填“AB”或“CD”)段來計算甲乙圖11­14(2)關(guān)于該實驗，下列說法正確的有()A通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加B通過改變小車質(zhì)量可以改變橡皮筋對小車做的功C每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度必須保持一致D先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(3)在該實驗中，打點計時器正常工作，紙帶足夠長，點跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距的點，造成這種情況的原因可能是_(寫出一條即可)【解析】(1)由圖知：在AB之間，由于相鄰計數(shù)間的距離不斷增大，而打點計時器每隔002 s打一個點，所以小車做加速運動在CD之間相鄰計數(shù)點間距相等，說明小車離開橡皮筋后做勻速運動，應(yīng)選用CD段紙帶來計算小車的速度v求小車獲得的速度應(yīng)選CD段來計算(2)該實驗中利用相同橡皮筋形變量相同時對小車做功相同，通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加，故A正確，B錯誤；為保證每根橡皮條對小車做功一樣多，每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，故C正確；用打點計時器測量時間時，為有效利用紙帶，總是先接通電源后釋放紙帶，故D正確(3)在該實驗中，打點計時器正常工作，紙帶足夠長，點跡清晰的紙帶上并沒有出現(xiàn)一段等間距的點，造成這種情況的原因可能是沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過小【答案】(1)CD(2)ACD(3)沒有平衡摩擦力或木板的傾角過大或過小考向3應(yīng)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)6(2017·蘇州一模)為了探究物體的加速度與物體所受外力、物體質(zhì)量間的關(guān)系，某小組安裝了如圖11­15甲所示的實驗裝置并開始實驗已知小車以及車上的砝碼質(zhì)量用M表示，盤以及盤中砝碼質(zhì)量用m表示，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 【導(dǎo)學(xué)號：17214179】甲乙圖11­15(1)假如已經(jīng)平衡摩擦力，則在小車做勻加速直線運動的過程中，繩子拉力FT_；只有當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時，F(xiàn)Tmg才能成立(2)該小組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m不變，探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，其具體操作步驟如下，則下列做法正確的是_(填合適選項前面的符號)A平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質(zhì)量時，需要重新平衡摩擦力C實驗時，先接通打點計時器的電源，再放開小車D用天平測出m以及M，小車運動的加速度直接用公式a求出(3)該小組同學(xué)后來又保持小車以及車上砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)，這組同學(xué)得到的a­F關(guān)系圖象如圖乙所示，則：圖線不過原點的原因是_；圖線上端發(fā)生彎曲的原因是_【解析】(1)該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究當(dāng)質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板的右端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力根據(jù)牛頓第二定律得：對m：mgTma對M：TMa解得：T當(dāng)Mm時，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力(2)平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤每次改變小車的質(zhì)量時，小車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錯誤實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故C正確小車運動的加速度是利用打點計時器打點測量并計算，如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式求出，這是在直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗的目的就是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，故D錯誤(4)當(dāng)F0時，a0也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了該組同學(xué)實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟；隨著F的增大，即盤和盤中砝碼質(zhì)量的增大，不再滿足盤和盤中砝碼遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象【答案】(1)Mm(2)C(3)遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；不滿足盤和盤中砝碼遠小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象7(2017·無錫一模)某同學(xué)用如圖11­16甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，他將兩物塊A和B用輕質(zhì)細(xì)繩連接并跨過輕質(zhì)定滑輪，B下端連接紙帶，紙帶穿過固定的打點計時器用天平測出A、B兩物塊的質(zhì)量mA300 g、mB100 g，mA從高處由靜止開始下落，mB拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標(biāo)出)，計數(shù)點間的距離如圖所示已知打點計時器計時周期為T002 s，則：(1)在打點05過程中系統(tǒng)動能的增量Ek_J，系統(tǒng)勢能的減小量Ep_J，由此得出的結(jié)論是_；(重力加速度g取98 m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)用v表示物塊A的速度，h表示物塊A下落的高度若某同學(xué)作出­h圖象如圖丙，可求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_ m/s2 【導(dǎo)學(xué)號：17214180】甲乙丙圖11­16【解析】(1)計數(shù)點5的瞬時速度v5 m/s24 m/s；則系統(tǒng)動能的增加量Ek(mAmB)v×04×242 J115 J系統(tǒng)重力勢能的減小量Ep(mAmB)gx02×98×(384216)×102 J118 J在誤差允許的范圍內(nèi)，mA、mB組成的系統(tǒng)機械能守恒(2)根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒定律得，(mAmB)gh(mAmB)v2，解得v2gh圖線的斜率kg代入數(shù)據(jù)得，g97 m/s2【答案】(1)115118在誤差允許的范圍內(nèi)，mA、mB組成的系統(tǒng)機械能守恒(2)97考點3| 力學(xué)創(chuàng)新實驗難度：低檔 中檔 高檔 題型：實驗填空題 五年2考(對應(yīng)學(xué)生用書第61頁)4(2015·江蘇高考T11)某同學(xué)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11­17a所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電a(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(fù)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b圖11­17(2)該同學(xué)按正確的步驟進行實驗(記為“實驗”)，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(biāo)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b所示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)補充完整位置12345678(cm/s)245338378_395398398398(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(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實驗操作(記為“實驗”)，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是為了說明什么？對比實驗和的結(jié)果可得到什么結(jié)論？【解題關(guān)鍵】解此題應(yīng)注意以下三點：(1)為減小紙帶與限位孔之間的阻力，實驗時應(yīng)保持紙帶豎直(2)實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶(3)每隔一個計時點取一個計數(shù)點，則兩計數(shù)點之間的計時間隔為004 s【解析】(1)為了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，應(yīng)讓銅管豎直地固定在限位孔正下方，避免小磁鐵下落時與銅管發(fā)生碰撞，選項A正確；紙帶穿過限位孔，要壓在復(fù)寫紙下面，使打點計時器工作時紙帶上點跡清晰，選項B正確；用手只捏住磁鐵，不能使紙帶保持豎直，磁鐵下落時紙帶與打點計時器間有較大阻力，故應(yīng)捏住紙帶的上端，讓磁鐵從靜止釋放，選項C不正確；應(yīng)先接通打點計時器的電源再松開紙帶，選項D不正確(2)計數(shù)點“4”的速度用它兩側(cè)計時點之間的平均速度來表示，故v4 cm/s390 cm/s(3)由各計數(shù)點速度表可以看出，磁鐵運動的速度逐漸增大到398 cm/s，表明磁鐵受到的阻尼作用也是逐漸增大的，最后和重力平衡(4)實驗中磁鐵在塑料管中下落的運動規(guī)律與自由落體規(guī)律幾乎相同，說明磁鐵在塑料管中下落幾乎不受阻尼作用對比實驗和，可以看出磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用【答案】(1)CD(2)390(3)逐漸增大到398 cm/s逐漸增大到等于重力(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5(2013·江蘇高考T11)某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖11­18所示傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關(guān)K，電磁鐵吸住第1個小球手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復(fù)，電磁鐵又吸住第2個小球當(dāng)?shù)?個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落這樣，就可測出多個小球下落的總時間圖11­18(1)在實驗中，下列做法正確的有_A電路中的電源只能選用交流電源B實驗前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方C用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度D手動敲擊M的同時按下秒表開始計時(2)實驗測得小球下落的高度H1980 m，10個小球下落的總時間T65 s可求出重力加速度g_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)在不增加實驗器材的情況下，請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法(4)某同學(xué)考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間t磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差t，這導(dǎo)致實驗誤差為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除t對實驗結(jié)果的影響？請推導(dǎo)說明【解析】根據(jù)自由落體運動的規(guī)律hgt2解決問題(1)若電源選用直流電源，電磁鐵可正常工作，選項A錯誤；實驗時小球要撞擊M斷開電源，因此M應(yīng)在電磁鐵的正下方，選項B正確；小球下落的高度為電磁鐵下端到M的豎直距離與小球直徑的差，選項C錯誤；根據(jù)Hgt2，t可利用累積法，即從手動敲擊M的同時開始計時，測量出落下n個小球的時間T，則一個小球下落時間t，選項D正確(2)根據(jù)Hgt2和t，解得g m/s294 m/s2(3)要減小實驗誤差，可以適當(dāng)增大小球下落的高度，并多次測量取平均值(4)根據(jù)題意，小球從H1、H2高處落下需要的時間t1t和t2t，根據(jù)Hgt2得H1g(t)2和H2g(t)2解得g，因此可以消除t的影響【答案】(1)BD(2)94(3)增加小球下落的高度；多次重復(fù)實驗，結(jié)果取平均值(其他答案只要合理也可)(4)可以消除t對實驗結(jié)果的影響，推導(dǎo)過程見解析創(chuàng)新實驗的解法(1)根據(jù)題目情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實驗的理論依據(jù)和實驗?zāi)康?，設(shè)計實驗方案；(2)進行實驗，記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)用原理公式或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)結(jié)合物體實際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進行誤差分析考向1實驗原理的設(shè)計與創(chuàng)新8(2017·蘇錫常模擬)在探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，某老師對傳統(tǒng)實驗進行了改進，其實驗操作如下：圖11­19 如圖11­19所示，先將沙和砂桶通過滑輪懸掛于小車一端，調(diào)節(jié)平板的傾角，使小車沿斜面向下做勻速直線運動，測出砂和砂桶的總質(zhì)量m； 保持平板傾角不變，去掉砂和砂桶，小車即在平板上沿斜面向下做勻加速直線運動，通過紙帶測量其加速度a; 保持小車質(zhì)量M不變，多次改變砂和砂桶的總質(zhì)量m，每次重復(fù)兩步操作，得到小車加速度與合力的關(guān)系； 多次改變小車的質(zhì)量，進行適當(dāng)?shù)牟僮?，得到小車加速度和質(zhì)量的關(guān)系 (1)在上述實驗操作過程中，以下說法正確的是_A可以用電池盒給打點計時器供電B應(yīng)在小車開始運動后再接通打點計時器的電源C要保持細(xì)繩與平板平行D應(yīng)讓小車從靠近定滑輪處開始運動(2)在操作中若打了一條如圖11­20所示的紙帶，已知紙帶左端為連接小車處，則應(yīng)將平板的傾角適當(dāng)_(選填“增大”或“減小”)些；圖11­20(3)在操作中，小車所受的合力大小等于_(用題中所給定的字母以及重力加速度g表示); (4)在本實驗中_(選填“需要”或“不需要”)滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；在操作中，每次改變小車質(zhì)量后，_(選填“需要”或“不需要”)重新調(diào)節(jié)平板的傾角【解析】(1)打點計時器必須要用交流電源供電，故不可以用電池盒給打點計時器供電，選項A錯誤；應(yīng)在接通打點計時器的電源后再讓小車開始運動，選項B錯誤；要保持細(xì)繩與平板平行，選項C正確；應(yīng)讓小車從靠近定滑輪處開始運動，選項D正確；故選CD(2)由紙帶可看出，小車做加速運動，說明木板傾角過大，故應(yīng)該減小木板傾角；(3)在操作中，因開始時小車拖著砂和砂桶勻速運動，故去掉砂桶后，小車所受的合力大小等于砂和砂桶的重力mg；(4)在本實驗中，因小車加速下滑時不帶砂和砂桶，故不需要滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；因平衡摩擦力要調(diào)節(jié)砂和砂桶的重力，故在操作中，每次改變小車質(zhì)量后，需要重新調(diào)節(jié)平板的傾角【答案】(1)CD(2)減小(3)mg(4)不需要需要考向2實驗器材的等效與替換9(2017·南通三模)在“探究動能定理”實驗中，某實驗小組采用如圖11­21甲所示的裝置，在水平氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個光電門M、N，滑塊上固定一遮光條，細(xì)線繞過定滑輪將滑塊與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼已知遮光條的寬度為d，滑塊與遮光條的總質(zhì)量為m 【導(dǎo)學(xué)號：17214181】甲乙圖11­21(1)接通氣源，滑塊從A位置由靜止釋放，讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2，力傳感器的示數(shù)F，改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述實驗為探究在M、N間運動過程中細(xì)線拉力對滑塊做的功W和滑塊動能增量Ek的關(guān)系，還需要測量的物理量是_(寫出名稱及符號)；利用上述實驗中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為_ (2)保持鉤碼質(zhì)量不變，改變光電門N的位置，重復(fù)實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出從M到N過程中細(xì)線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達N點時速度二次方v2的關(guān)系圖象，如圖乙所示，則圖線的斜率表示_，圖線在橫軸上的截距表示_(3)下列不必要的實驗操作和要求有_ (請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A測量鉤碼的質(zhì)量B調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平C調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行D保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量【解析】(1)根據(jù)動能定理的表達式：FLmvmv，還需要測出光電門M、N間的距離Lv1，v2，利用實驗中直接測量的物理量表示需探究的動能定理的表達式為：FLmd2(2)根據(jù)動能定理的表達式：Wmv2mvm(v2v)，W與滑塊到達N點時速度二次方v2的關(guān)系圖象中，圖線的斜率表示m/2，圖線在橫軸上的截距表示滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方(3)因為有力傳感器測量滑塊受到的拉力，所以不必測量鉤碼的質(zhì)量，也不必保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量【答案】(1)光電門M、N間的距離LFLmd2(2)m滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方(3)AD考向3數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新和拓展10(2017·河西區(qū)一模)某活動小組利用圖11­22甲裝置驗證機械能守恒定律鋼球自由下落過程中，先后通過光電門A、B，計時裝置測出鋼球通過A、B的時間分別為tA、tB用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時速度測出兩光電門間的距離為h，鋼球直徑為D，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 【導(dǎo)學(xué)號：17214182】甲乙圖11­22(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測量鋼球的直徑，讀數(shù)如圖乙所示，鋼球直徑為D_cm(2)要驗證機械能守恒，只要比較_AD2與gh是否相等BD2與2gh是否相等CD2與gh是否相等DD2與2gh是否相等(3)鋼球通過光電門的平均速度_(選填“”或“”)鋼球球心通過光電門的瞬時速度，由此產(chǎn)生的誤差_(選填“能”或“不能”)通過增加實驗次數(shù)減小【解析】(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：09 cm，游標(biāo)尺上第10個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為005×10 mm050 mm，所以最終讀數(shù)為：0950 cm(2)利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，故：v，根據(jù)機械能守恒的表達式有：mghmD2即只要比較D2與2gh是否相等(3)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得鋼球通過光電門的平均速度等于這個過程中中間時刻速度，所以鋼球通過光電門的平均速度鋼球球心通過光電門的瞬時速度，由此產(chǎn)生的誤差不能通過增加實驗次數(shù)減小【答案】(1)0950(2)D(3)不能22