專題九 實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新 專題定位高考對學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考查，主要有以下十一個實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動；探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系；驗(yàn)證力的平行四邊形定則；驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律；探究動能定理；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；測定金屬的電阻率(同時練習(xí)使用螺旋測微器)；描繪小電珠的伏安特性曲線；測定電源的電動勢和內(nèi)阻；練習(xí)使用多用電表；傳感器的簡單使用.高考除了對課本中原有的學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考查外，還增加了對演示實(shí)驗(yàn)的考查，利用學(xué)生所學(xué)過的知識，對實(shí)驗(yàn)器材或?qū)嶒?yàn)方法加以重組，來完成新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計.設(shè)計型實(shí)驗(yàn)的考查將逐步取代對課本中原有的單純學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考查.應(yīng)考策略1.熟知各種器材的特性.2.熟悉課本實(shí)驗(yàn)， 抓住實(shí)驗(yàn)的靈魂實(shí)驗(yàn)原理，掌握數(shù)據(jù)處理的方法，熟知兩類誤差分析.第1講力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新解題方略實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法(1)列表法：將測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入設(shè)計好的表格之中，可以分析兩物理量間的定性關(guān)系.(2)圖象法：根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行作圖.若是曲線應(yīng)平滑，若是直線要讓盡量多的點(diǎn)過直線，或在直線兩側(cè)均勻分布.(3)函數(shù)法：往往是根據(jù)圖象得到物理量間的函數(shù)關(guān)系方程式.例1如圖1甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)情景.用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標(biāo)尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出).所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中：圖1拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69標(biāo)尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_ cm；(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖丙坐標(biāo)紙上作出F與x的關(guān)系圖象；(3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)為_N/m、彈簧的原長為_cm.(均保留三位有效數(shù)字)解析(1)由圖可知，刻度尺的最小分度為0.1 cm，故讀數(shù)為63.60 cm；(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用描點(diǎn)法得出對應(yīng)的圖象如圖所示；(3)由胡克定律可知，圖象的斜率表示勁度系數(shù)，則可知k24.85 N/m；圖象與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為彈簧的原長，則可知，原長為55.2 cm.答案(1)63.60(63.5563.65)(2)如圖(3)24.85(24.8024.90)55.2(55.055.5)預(yù)測1(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時得到如圖2(a)所示的FL圖象，由圖象可知：彈簧原長L0_ cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m.圖2(2)如圖(b)所示，細(xì)繩的左端掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G1 N)，右端固定在彈簧的右端，O處固定一塊帶孔的數(shù)字擋板，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖(b)，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為_ cm.由此可推測圖(b)中所掛鉤碼的個數(shù)為_個.答案(1)3.0200(2)1.503解題方略1.本實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)是“力作用效果的等效性”.2.對實(shí)驗(yàn)步驟中兩個分力和合力的大小和方向的確定也是考查的重點(diǎn).例2如圖3所示，某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證力的平行四邊形定則，他找到三條長度和粗細(xì)相同的橡皮筋(遵循胡克定律)，以及重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子等.他設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)：將三條橡皮筋的一端系在一起，另一端分別連一個繩套.他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等.在墻上A、B兩點(diǎn)釘兩個釘子，將白紙固定在墻面上合適的位置，再將橡皮筋的兩個繩套套在兩釘子上，測出此時三條橡皮筋的長.將重物掛在第三個繩套C上，測量并記錄三條橡皮筋的長度并記下結(jié)點(diǎn)O的位置.取下白紙，畫出受力圖，驗(yàn)證平行四邊形定則.換用不同的重物并改變A、B的位置重復(fù)實(shí)驗(yàn).圖3(1)實(shí)驗(yàn)步驟的目的是_；(2)實(shí)驗(yàn)步驟中，有一個重要遺漏是_；(3)實(shí)驗(yàn)步驟中_(選填“要”或“不要”)保證O點(diǎn)位置不變；(4)為了使實(shí)驗(yàn)更準(zhǔn)確，下述做法不正確的是_.A.A、B要一樣高 B.A、B距離要適當(dāng)C.重物質(zhì)量不能太大 D.橡皮筋要與墻面平行解析(1)他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等，目的是判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同.(2)實(shí)驗(yàn)步驟中，有一個重要遺漏是記下拉力的方向.(3)該實(shí)驗(yàn)，橡皮筋遵守胡克定律，結(jié)點(diǎn)O處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，通過任意兩個力的合力與第三個是否等值反向驗(yàn)證力的平行四邊形定則，不要保證O點(diǎn)的位置不變.(4)在該實(shí)驗(yàn)中，A、B不一定要一樣高，但是A、B的距離要適當(dāng)，不能太大，也不能太小，所掛重物的質(zhì)量適當(dāng)，不能太大，拉力的方向與墻面平行，則橡皮筋與墻面需平行，故A錯誤，B、C、D正確.答案(1)判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同(2)記下拉力的方向(3)不要(4)A預(yù)測2某同學(xué)利用如圖4甲所示的裝置驗(yàn)證力的平行四邊形定則.在豎直放置、貼有白紙的木板上固定有兩個輕質(zhì)小滑輪，細(xì)線AB和OC連接于O點(diǎn)，細(xì)線AB繞過兩滑輪，D、E是細(xì)線與光滑滑輪槽的兩個切點(diǎn).在細(xì)線末端A、B、C三處分別掛有不同數(shù)量的相同鉤碼.設(shè)所掛鉤碼個數(shù)分別用N1、N2、N3表示.掛上適當(dāng)數(shù)量的鉤碼，當(dāng)系統(tǒng)平衡時進(jìn)行相關(guān)記錄.改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn).圖4(1)下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)操作的描述，正確的有_.a.需要利用天平測出鉤碼的質(zhì)量b.EOD不宜過大c.兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上d.每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使細(xì)線的結(jié)點(diǎn)O處于同一位置(2)每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需要記錄的項(xiàng)目有N1、N2、N3的數(shù)值和_.(3)該同學(xué)利用某次實(shí)驗(yàn)結(jié)果在白紙上繪制了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理圖，則根據(jù)你對本實(shí)驗(yàn)的理解，要驗(yàn)證力的平行四邊形定則，還需對該圖作出如下完善：_.答案(1)bc(2)OC、OD、OE三段細(xì)線的方向(3)過O點(diǎn)作出與FOC等大反向的力F解析(1)用鉤碼的個數(shù)可以代表拉力的大小，因此不需要測量鉤碼的質(zhì)量，故a錯誤；EOD若太大，導(dǎo)致其合力較小，增大了誤差，故EOD不宜過大，故b正確；只要便于記錄通過滑輪的力的方向即可，兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上，故c正確；該題應(yīng)用了物體的平衡來驗(yàn)證力的平行四邊形定則，不需要每次實(shí)驗(yàn)都使細(xì)線的結(jié)點(diǎn)O處于同一位置，故d錯誤.(2)為驗(yàn)證力的平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點(diǎn)，即標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此從力的三要素角度出發(fā)，要記錄鉤碼的個數(shù)和記錄OC、OD和OE三段細(xì)線的方向.(3)本實(shí)驗(yàn)是要驗(yàn)證力的平行四邊形定則，故應(yīng)將由平行四邊形定則得出的合力，與真實(shí)的合力進(jìn)行比較而去判斷平行四邊形定則得出的結(jié)果是否正確，由圖乙可知，要驗(yàn)證力的平行四邊形定則，還需要過O點(diǎn)作出與FOC等大反向的力F.解題方略考試大綱規(guī)定的六個力學(xué)實(shí)驗(yàn)中有四個涉及打點(diǎn)計時器：研究勻變速直線運(yùn)動、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、探究動能定理和驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.這類實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要掌握紙帶的分析處理方法，對于紙帶常有以下三大應(yīng)用：(1)由紙帶確定時間要區(qū)別打點(diǎn)計時器打出的點(diǎn)與人為選取的計數(shù)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算，一般每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，這樣時間間隔為t0.02×5 s0.1 s.(2)求解瞬時速度利用做勻變速直線運(yùn)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5所示，打n點(diǎn)時的瞬時速度vn圖5例3(2016·全國丙卷·23)某物理課外小組利用圖6中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg.實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖6(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑.(2)將n(依次取n1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n2時的st圖象如圖7所示；由圖7求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.n12345a/(m·s2)0.200.580.781.00圖7(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖8中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出an圖象.從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比.圖8(5)利用an圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 m·s2).(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號)A.an圖線不再是直線B.an圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)C.an圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析(3)因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動，將題圖中點(diǎn)(2.00,0.78)代入sat2可得，a0.39 m/s2.(4)根據(jù)描點(diǎn)法可得如圖所示圖線.(5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg(M5m)a，則an，圖線斜率k，可得M0.44 kg.(6)若保持木板水平，則小車運(yùn)動中受到摩擦力的作用，n的數(shù)值相同的情況下，加速度a變小，直線的斜率變小.繩的拉力等于摩擦力時，小車才開始運(yùn)動，圖象不過原點(diǎn)，選項(xiàng)B正確.答案(3)0.39(4)見解析圖(5)0.44(6)B預(yù)測3在“用DIS研究小車加速度與所受合外力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中時，甲、乙兩組分別用如圖9(a)、(b)所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重物通過細(xì)線跨過滑輪拉相同質(zhì)量小車，位移傳感器(B)隨小車一起沿水平軌道運(yùn)動，位移傳感器(A)固定在軌道一端.甲組實(shí)驗(yàn)中把重物的重力作為拉力F，乙組直接用力傳感器測得拉力F，改變重物的重力重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，記錄多組數(shù)據(jù)，并畫出aF圖象.圖9(1)位移傳感器(B)屬于_.(填“發(fā)射器”或“接收器”)(2)甲組實(shí)驗(yàn)把重物的重力作為拉力F的條件是_.(3)圖10中符合甲組同學(xué)作出的實(shí)驗(yàn)圖象的是_；符合乙組同學(xué)作出的實(shí)驗(yàn)圖象的是_.圖10答案(1)發(fā)射器(2)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量(3)解析(1)位移傳感器(B)屬于發(fā)射器.(2)在該實(shí)驗(yàn)中實(shí)際是：mg(Mm)a，要滿足mgMa，應(yīng)該使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.即小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量.(3)在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比；由實(shí)驗(yàn)原理：mgMa得a而實(shí)際上a，即隨著重物的質(zhì)量增大，不再滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，所以圖中符合甲組同學(xué)作出的實(shí)驗(yàn)圖象的是.乙組直接用力傳感器測得拉力F，隨著重物的質(zhì)量增大，拉力F測量是準(zhǔn)確的，aF關(guān)系為一傾斜的直線，符合乙組同學(xué)作出的實(shí)驗(yàn)圖象的是.解題方略在探究動能定理時，通常有定性分析和定量計算兩種考查方式.定性分析一般要求作出Wv2圖象，也可以拓展為與W或v2相關(guān)的物理量間的關(guān)系圖象，如lv2等；定量計算時需要用WFl計算合外力做的功，再利用Ekmv2mv計算出動能的變化量，比較即可.例4為驗(yàn)證“拉力做功與物體動能變化的關(guān)系”，某同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室找到下列器材：長木板(一端帶定滑輪)、電磁打點(diǎn)計時器、質(zhì)量為200 g的小車、質(zhì)量分別為10 g、30 g和50 g的鉤碼、細(xì)線、學(xué)生電源(有“直流”和“交流”擋).該同學(xué)進(jìn)行下列操作：A.組裝實(shí)驗(yàn)裝置，如圖11(a)所示B.將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c(diǎn)計時器附近，并按住小車C.選用50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上D.釋放小車，接通打點(diǎn)計時器的電源，打出一條紙帶E.在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖(b)所示F.進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理圖11請你完成下列問題：(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生電源應(yīng)選擇用_擋(選填“直流”或“交流”).(2)該同學(xué)將紙帶上打出的第一個點(diǎn)標(biāo)為“0”，且認(rèn)為打“0”時小車的速度為零，其后依次標(biāo)出計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、6(相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)未畫)，各計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為0.1 s，如圖(b)所示.該同學(xué)測量出計數(shù)點(diǎn)0到計數(shù)點(diǎn)3、4、5的距離，并標(biāo)在圖(b)上.則在打計數(shù)點(diǎn)4時，小車的速度大小為_ m/s；如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當(dāng)作小車所受的拉力，則在打計數(shù)點(diǎn)0到4的過程中，拉力對小車做的功為_ J，小車的動能增量為_ J.(取重力加速度g9.8 m/s2，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)由(2)中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學(xué)并沒有能夠得到“拉力對物體做的功等于物體動能增量”的結(jié)論，且對其他的點(diǎn)(如2、3、5點(diǎn))進(jìn)行計算的結(jié)果與“4”計數(shù)點(diǎn)相似.你認(rèn)為產(chǎn)生這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要原因有(寫出兩條即可)_；_.解析(1)打點(diǎn)計時器是一種計時儀器，使用交流電源；(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，相鄰的兩個計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T0.1 s，得：v4 m/s0.58 m/s，在打計數(shù)點(diǎn)0到4的過程中，拉力對小車做的功為：Wmgx040.05×9.8×0.12 J0.059 J；小車的動能增量為：EkMv×0.2×0.582 J0.034 J；(2)該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因一是鉤碼重力大小并不等于繩子拉力的大小，設(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：FMa對鉤碼有：mgFmaF mg，由此可知當(dāng)Mm時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，顯然該實(shí)驗(yàn)中沒有滿足這個條件；另外該實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差.答案(1)交流(2)0.585.9×1023.4×102(3)小車質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量；沒有平衡摩擦力；沒考慮鉤碼動能的增加.預(yù)測4探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖12所示.實(shí)驗(yàn)過程中有平衡摩擦力的步驟，并且設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大，即分別為W0、2W0、3W0、4W0.圖12(1)實(shí)驗(yàn)中首先通過調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力，目的是_(填寫字母代號).A.為了釋放小車后小車能做勻加速運(yùn)動B.為了增大橡皮筋對小車的彈力C.為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功D.為了使小車獲得較大的動能(2)圖13是在正確操作情況下打出的一條紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一部分，已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm_m/s(保留3位有效數(shù)字).圖13(3)幾名同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)繪出了下列給出的四個圖象，你認(rèn)為其中正確的是_.答案(1)C(2)1.22(3)D解析(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄亢贤饬ψ龉εc物體速度的關(guān)系，平衡摩擦力后，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功.(2)由圖可知，小車先做加速度變化的加速運(yùn)動，后做勻速運(yùn)動.當(dāng)小車做勻速運(yùn)動時，小車獲得的速度最大，即vm m/s1.22 m/s.(3)由Wv，知D正確.解題方略1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計算.代入ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghnv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方法二：任取兩點(diǎn)計算.任取兩點(diǎn)A、B測出hAB，算出ghAB；算出vv的值；在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若ghABvv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方法三：圖象法.從紙帶上選取多個點(diǎn)，測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線.若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.2.誤差分析教材中驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)是利用自由落體運(yùn)動進(jìn)行研究的，在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差.而利用豎直上拋運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，動能的減少量略大于重力勢能的增加量，所以在對誤差進(jìn)行分析時，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結(jié)論.例5(2016·全國乙卷·22)某同學(xué)用圖14(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖(b)所示.圖14該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其它題給條件進(jìn)行推算.(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重物下落的速度大小為_，打出C點(diǎn)時重物下落的速度大小為_，重物下落的加速度大小為_.(2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為_Hz.解析(1)由于重物勻加速下落，B點(diǎn)的速度vB等于AC段的平均速度，即vB由于T，故vB(s1s2)同理可得vC(s2s3)勻加速直線運(yùn)動的加速度a故a(s3s1)(2)重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得mgF阻ma由已知條件F阻0.01mg由得a0.99g由得f，代入數(shù)據(jù)得f40 Hz答案(1)(s1s2)(s2s3)(s3s1)(2)40預(yù)測5某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖15所示.氣墊導(dǎo)軌與水平桌面的夾角為，導(dǎo)軌底端P點(diǎn)有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片的寬度為b，滑塊與沙桶由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩相連.導(dǎo)軌上Q點(diǎn)固定一個光電門，擋光片到光電門的距離為d.圖15(1)實(shí)驗(yàn)時，該同學(xué)進(jìn)行了如下操作：開啟氣泵，調(diào)節(jié)細(xì)沙的質(zhì)量，使滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則沙桶和細(xì)沙的總質(zhì)量為_；在沙桶中再加入質(zhì)量為m的細(xì)沙，讓滑塊從P點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動.已知光電門記錄擋光片擋光的時間為t，則滑塊通過Q點(diǎn)的瞬時速度為_.(2)在滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)的過程中，滑塊的機(jī)械能增加量E1_，沙桶和細(xì)沙的機(jī)械能減少量E2_.在誤差允許的范圍內(nèi)，如果E1E2，則滑塊、沙桶和細(xì)沙組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.答案(1)Msin (2)M()2Mgdsin (Msin m)gd(Msin m)()2解析(2)沙和沙桶總質(zhì)量為Msin m，重力勢能減少量為Ep(Msin m)gd，而動能增量為Ek(Msin m)()2所以E2EpEk(Msin m)gd(Msin m)()2例6(2016·全國甲卷·22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖16所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計時器并與物塊連接.向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.圖16(1)實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟：把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點(diǎn)計時器電源向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是_(填入代表步驟的序號).(2)圖17中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果.打點(diǎn)計時器所用交流電的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時的速度為_m/s.比較兩紙帶可知，_(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大.圖17解析(1)根據(jù)該實(shí)驗(yàn)操作過程，正確步驟應(yīng)為.(2)物塊脫離彈簧時速度最大，v m/s1.29 m/s；由動能定理Epmv2，據(jù)紙帶中打點(diǎn)的疏密知M紙帶獲得的最大速度較大，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能較大.答案(1)(2)1.29M預(yù)測6某研究小組設(shè)計了一種“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)方案.如圖18所示，A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端與桌面相切)，B是質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)).圖18第一次實(shí)驗(yàn)，如圖(a)所示，將滑槽末端與桌面右端M對齊并固定，讓滑塊從滑槽最高點(diǎn)由靜止滑下，最終落在水平地面上的P點(diǎn)，測出滑槽最高點(diǎn)距離桌面的高度h、M距離地面的高度H、M與P間的水平距離x1；第二次實(shí)驗(yàn)，如圖(b)所示，將滑槽沿桌面向左移動一段距離并固定，讓滑塊B再次從滑槽最高點(diǎn)由靜止滑下，最終落在水平地面上的P點(diǎn)，測出滑槽末端與桌面右端M的距離L、M與P間的水平距離x2.(1)在第二次實(shí)驗(yàn)中，滑塊到M點(diǎn)的速度大小為_.(用實(shí)驗(yàn)中所測物理量的符號表示，已知重力加速度為g).(2)通過上述測量和進(jìn)一步的計算，可求出滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)，下列能引起實(shí)驗(yàn)誤差的是_.(選填序號)A.h的測量 B.H的測量C.L的測量 D.x2的測量(3)若實(shí)驗(yàn)中測得h15 cm、H25 cm、x130 cm、L10 cm、x220 cm，則滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)_.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)答案(1)x2(2)BCD(3)0.5解析(1)滑塊在桌面右端M點(diǎn)的速度大小為：v1，v2由豎直方向有：Hgt2由式求得：v2x2(2)第一次測的速度為：v1x1滑塊在水平桌面上運(yùn)動，由動能定理：mgLmvmv由式可得：由表達(dá)式可知能引起實(shí)驗(yàn)誤差的是B、C、D.(3)0.5專題強(qiáng)化練1.在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中，橡皮條一端固定于A點(diǎn).(1)如圖1所示，同時使用兩只彈簧測力計通過細(xì)繩套將橡皮條的另一端拉至O點(diǎn).分別記錄兩個拉力的大小和方向，其中一只彈簧測力計的示數(shù)如圖所示，則其示數(shù)為_ N.圖1(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是_.A.細(xì)繩套盡可能短一些B.橡皮條的伸長量越大越好C.拉兩個細(xì)繩套時，兩拉力夾角越大越好D.拉細(xì)繩套時，拉力應(yīng)盡量與木板平行(3)某同學(xué)通過多次實(shí)驗(yàn)得出：力的合成遵循平行四邊形定則.圖2為根據(jù)其中一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的兩個力F1、F2的圖示，請利用平行四邊形定則在圖中作出這兩個力的合力F合，根據(jù)圖示可以確定合力大小為_ N.圖2答案(1)2.60(2)D(3)如圖所示7.0解析(1)根據(jù)彈簧測力計指針的指示可知，其讀數(shù)為2.60 N；(2)細(xì)繩套盡可能長一些，減小力的方向的誤差.故A錯誤；橡皮條的伸長量不是越大越好，方便作圖即可，故B錯誤；兩條細(xì)繩的夾角不是越大越好，以方便作平行四邊形為宜.故C錯誤.拉細(xì)繩套時，橡皮條、細(xì)繩套和彈簧測力計平行貼近木板，使得結(jié)點(diǎn)所受的幾個力在同一平面內(nèi)，故D正確.(3)根據(jù)力的平行四邊形定則畫出圖象如圖所示：根據(jù)圖象可知，合力大小為F合7.0 N.2.在利用如圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).所用的鉤碼的質(zhì)量都是30 g.實(shí)驗(yàn)中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將4個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次掛完鉤碼待彈簧穩(wěn)定后測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在了下面的表中.(彈簧始終未超過彈性限度，取g10 m/s2)，試完成下列問題：圖3實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345鉤碼總質(zhì)量(g)0306090120彈簧總長度(cm)6.007.118.209.3110.40(1)請?jiān)趫D乙所示的坐標(biāo)紙中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象.(2)由圖象求得該彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m(保留兩位有效數(shù)字).(3)某同學(xué)直接利用表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出了鉤碼質(zhì)量m跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系圖象是一條直線，該圖象斜率所表示的物理意義是_；該圖象在橫軸上截距的物理意義是_.答案(1)如圖所示(2)27(3)彈簧的勁度系數(shù)與當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋戎祻椈傻脑L3.為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置：圖4(1)以下實(shí)驗(yàn)操作正確的是()A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運(yùn)動B.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行C.先接通電源后釋放小車D.實(shí)驗(yàn)中小車的加速度越大越好(2)在實(shí)驗(yàn)中，得到一條如圖5所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T0.1 s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，則小車的加速度a_ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).圖5(3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條aF圖線，如圖6所示.圖線_是在軌道傾斜情況下得到的(填“”或“”)；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m_ kg.圖6答案(1)BC(2)0.34(3)0.5解析(1)將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是細(xì)線的拉力，故選項(xiàng)A錯誤；細(xì)線的拉力為小車的合力，所以細(xì)線與木板平行，則應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)線與木板平行，故B正確；實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器由靜止釋放，先接通電源后釋放小車，故選項(xiàng)C正確；實(shí)驗(yàn)時，為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，小車的加速度適當(dāng)大一些，故D錯誤.(2)根據(jù)作差法得：a0.34 m/s2.(3)由圖象可知，當(dāng)F0時，a0，也就是說當(dāng)細(xì)線上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高，所以圖線是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的，根據(jù)Fma得aF圖象的斜率k，由aF圖象得圖象斜率k2，所以m0.5 kg.4.(2016·四川理綜·8)用如圖7所示的裝置測量彈簧的彈性勢能.將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門，計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連.先用米尺測得B、C兩點(diǎn)間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t，用米尺測量A、O之間的距離x.圖7(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達(dá)式是_.(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量_.A.彈簧原長 B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣菴.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量(3)增大A、O之間的距離x，計時器顯示時間t將_.A.增大 B.減小 C.不變答案(1)(2)C(3)B解析(1)滑塊離開彈簧后做勻速直線運(yùn)動，v.(2)根據(jù)功能關(guān)系可得，Epmv2，則還需要測量滑塊(含遮光片)的質(zhì)量，選項(xiàng)C正確.(3)增大A、O之間的距離x，彈簧的彈性勢能增大，滑塊離開彈簧后的速度增大，從B到C的時間t將減小，選項(xiàng)B正確.5.如圖8甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)簡圖，地面以下為較松軟的泥土.實(shí)驗(yàn)時把一質(zhì)量為m的鐵塊舉到離地面高為H的地方，讓其自由下落，落入泥土中.鐵塊下面貼有力傳感器(質(zhì)量忽略不計)，可測得泥土中任意深度h處鐵塊受到的阻力Ff，圖乙為計算機(jī)根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪制的擬合圖象(橫軸表示深度h，單位cm，縱軸表示阻力Ff，單位N).圖8分析圖象數(shù)據(jù)，可得出鐵塊受到的阻力Ff與深度h的關(guān)系為_(選填“Ffkh2”、“Ffkh3”或“Ffkh4”).某次實(shí)驗(yàn)中，鐵塊下落深度為h1時停止運(yùn)動，嘗試寫出鐵塊從下落到落地前驗(yàn)證其機(jī)械能守恒定律的方程_(比例系數(shù)k為已知)答案Ffkh3mgHkhmgh1(不能移項(xiàng)，移項(xiàng)物理意義不清晰)解析由題圖乙知，當(dāng)h2 cm時，F(xiàn)f8 N，當(dāng)h2.5 cm時，F(xiàn)f15.6 N，可知鐵塊受到阻力Ff與深度h的關(guān)系為Ffkh3，對進(jìn)入泥土的過程運(yùn)用動能定理得：mgh1Wf0mv2，F(xiàn)fh圖線圍成的面積表示克服摩擦力做功，運(yùn)用數(shù)學(xué)微積分得：Wfkh，可知落地的動能為：Ekmv2khmgh1，根據(jù)機(jī)械能守恒有：mgHmv2，即mgHkhmgh1.6.用如圖9所示裝置做“驗(yàn)證動能定理”的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動擋板時，鉤碼尚未到達(dá)地面.圖9(1)為了保證細(xì)繩的拉力等于小車所受的合外力，以下操作必要的是_(選填選項(xiàng)前的字母).A.在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力B.在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力C.調(diào)節(jié)木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行D.所加鉤碼的質(zhì)量盡量大一些(2)如圖10是某次實(shí)驗(yàn)中打出紙帶的一部分.O、A、B、C為4個相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有4個打出的點(diǎn)沒有畫出，所用交流電源的頻率為50 Hz.通過測量，可知打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時小車的速度大小為_ m/s.圖10(3)甲同學(xué)經(jīng)過認(rèn)真、規(guī)范地操作，得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶.他把小車開始運(yùn)動時打下的點(diǎn)記為O，再依次在紙帶上取等時間間隔的1、2、3、4、5、6等多個計數(shù)點(diǎn)，可獲得各計數(shù)點(diǎn)到O的距離s及打下各計數(shù)點(diǎn)時小車的瞬時速度v.如圖11是根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v2s圖象.已知此次實(shí)驗(yàn)中鉤碼的總質(zhì)量為0.015 kg，小車中砝碼的總質(zhì)量為0.100 kg，取重力加速度g 9.8 m/s2，則由圖象可知小車的質(zhì)量為_kg(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).圖11(4)在鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，乙同學(xué)認(rèn)為小車所受拉力大小等于鉤碼所受重力大小.但經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)他發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是要比小車動能變化量小一些，造成這一情況的原因可能是_(選填選項(xiàng)前的字母).A.滑輪的軸處有摩擦B.小車釋放時離打點(diǎn)計時器太近C.長木板的右端墊起的高度過高D.鉤碼做勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力答案(1)AC(2)0.36(3)0.18(4)C解析(1)為保證細(xì)繩的拉力等于小車所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡時應(yīng)不掛鉤碼，同時需保證細(xì)繩與木板平行，故選 A、C.(2)vB m/s0.36 m/s.(3)設(shè)鉤碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，砝碼的總質(zhì)量為m0，對鉤碼mgFTma對小車和砝碼FT(m0M)a，可推出a，再代入運(yùn)動學(xué)公式v22as得v22s，由此可知圖象斜率為，由圖象可知圖象斜率k1(注意橫軸單位)，代入可得小車質(zhì)量M0.18 kg.(4)若拉力做功小于小車動能增量，說明有其他力做功，可能是平衡摩擦力過度，故C正確.7.某同學(xué)用如圖12所示的裝置驗(yàn)證機(jī)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(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.圖12(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(diǎn)時的頂端B.鋼球在A點(diǎn)時的球心C.鋼球在A點(diǎn)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13所示，其讀數(shù)為_cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v_m/s.圖13(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：Ep(×102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(×102 J)5.0410.115.120.029.8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(diǎn)？請說明理由.(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議.答案(1)B(2)1.501.50(3)不同意理由見解析(4)見解析解析(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球球心到鋼球在A點(diǎn)時的球心之間的豎直距離，故選B.(2)遮光條的寬度d1.50 cm，鋼球的速度v1.50 m/s(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇斐蒃k小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.