（通用版）2020版高考物理二轮复习 专题十 实验及拓展创新 第1课时 力学实验课件

第一部分专题十实验及拓展创新高考命题轨迹高考命题点命题轨迹情境图长度测量及读数力的研究20173卷2220181卷2220193卷2217(3)22题18(1)22题“纸带类”实验20161卷22,3卷2316(1)22题16(3)23题“纸带类”实验20191卷22,2卷22验证动量守恒定律19(1)22题19(2)22题拓展创新实验20151卷22,2卷2215(1)22题15(2)22题拓展创新实验20162卷2216(2)22题拓展创新实验20171卷22,2卷2217(1)22题17(2)22题拓展创新实验20182卷23,3卷2218(2)23题高考题型1长度测量及读数内容索引NEIRONGSUOYIN高考题型2对力的研究高考题型3“纸带类”实验高考题型4以“教材演示实验为背景”的拓展创新高考题型5以“教材学生实验为背景”的拓展创新长度测量及读数题型：实验题：5年0考高考题型1例1(2019·安徽蚌埠市第二次质检)用螺旋测微器测量一根导体棒的直径，刻度如图1甲所示，读数为__________________mm；小明用游标为20分度的游标卡尺测量某个圆筒的深度，部分刻度如图乙所示，读数为________cm.图14.223(4.222～4.225)2.185解析螺旋测微器的固定刻度为4.0mm，可动刻度为22.3×0.01mm＝0.223mm，所以最终读数为4.0mm＋0.223mm＝4.223mm；这种游标卡尺的游标尺刻度是把主尺刻度19mm的长度，分为20等份，每等份为0.95mm，游标尺上第17个刻度和主尺上38mm刻度对齐，读数为38mm－17×0.95mm＝21.85mm＝2.185cm.拓展训练1(2019·广东揭阳市第一次模拟)某同学用频闪照相法“研究小球的自由落体运动”，选择一张清晰的频闪照片，剪掉前面小球重叠部分进行研究，如图2.已知小球在释放位置时，球心与刻度尺的零刻度线对齐.根据照片中刻度尺的数据，请读出小球运动到照片中第5个像点时下落的高度为________m.图20.2120解析由题图可知，下落的高度h＝21.20cm＝0.2120m.拓展训练2(2019·山东烟台市第一学期期末)图3中游标卡尺的读数是________mm，螺旋测微器的读数是___________________mm.图310.505.315(5.312～5.318)解析游标卡尺的主尺读数为：1.0cm＝10mm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为10×0.05mm＝0.50mm，所以最终读数为：10mm＋0.50mm＝10.50mm.螺旋测微器的固定刻度为5.0mm，可动刻度为31.5×0.01mm＝0.315mm，所以最终读数为5.0mm＋0.315mm＝5.315mm(5.312～5.318mm).对力的研究题型：实验题：5年3考高考题型2例2(2019·安徽蚌埠市第三次质量检测)某小组利用橡皮筋(弹力满足胡克定律)“验证力的平行四边形定则”，如图4甲所示，把贴有白纸的木板放在水平桌面上，他们将完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在结点O处，另一端分别系上细线，仍保证橡皮筋原长相同，测得原长L0＝4.40cm.沿平行于纸面的方向分别通过细线将三根橡皮筋拉至某一长度(在弹性限度内)，保持状态不变，如图乙所示，记录此时结点的位置和三根橡皮筋另一端的位置，量出三个端点到结点O的距离分别为L1＝9.40cm，L2＝8.40cm，L3＝7.40cm.若三根橡皮筋产生的弹力分别为F1、F2、F3，图中已作出F1的图示.图4(1)请根据F1的大小比例分别作出F2和F3的图示，并根据平行四边形定则画出F2和F3的合力F合；(2)请在图中画出与F2和F3共同作用效果相同的力F的图示.若F合与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.答案见解析解析根据题意得出三根橡皮筋的形变量分别为Δx1＝9.40cm－4.40cm＝5.00cm，Δx2＝8.40cm－4.40cm＝4.00cm，Δx3＝7.40cm－4.40cm＝3.00cm，橡皮筋的弹力与形变量成正比，按比例作出平衡时F2和F3的图示、两个力的合力F合的图示，以及共同作用相同的力效果F的图示，如图拓展训练3(2019·河南省八市重点高中联盟第三次模拟)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：图5(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图5甲所示的F－x图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度.请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0＝________cm，弹簧的劲度系数k＝________N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝________cm.82520解析当弹力为零时，弹簧处于原长状态，故原长为x0＝8cm，在F－x图象中斜率代表弹簧的劲度系数，则k＝ΔFΔx＝60.24N/m＝25N/m，在题图乙中弹簧秤的示数F′＝3.0N，可知：x′＝F′k＝3.025m＝0.12m＝12cm，故此时弹簧的长度x＝x′＋x0＝20cm.(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示.下列表述正确的是_____.A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.测得的弹力与弹簧的长度成正比B解析在题图丙中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b的原长大于a的原长，故A错误；斜率代表劲度系数，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B正确，C错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误.(1)实验步骤如下：①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F；②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，弹簧测力计的示数为F1;拓展训练4(2019·福建宁德市5月质检)某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材“验证力的平行四边形定则”，设计的实验装置如图6.固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2.图6③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′＝________；33F解析根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′＝Ftan30°＝33F；④比较________________，即可初步验证力的平行四边形定则.解析④比较F1和F1′的大小，即可初步验证力的平行四边形定则.F1与F1′的大小(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2沿120°方向不变，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是______.A.逐渐增大B.先增大后减小C.逐渐减小D.先减小后增大D解析保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动60°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，说明两个细绳拉力的合力不变，作图如下：由图可知，绳套1的拉力先减小后增大，故A、B、C错误，D正确.“纸带类”实验题型：实验题：5年2考高考题型3例3(2019·吉林“五地六校”合作体联考)如图7甲所示装置可以进行以下实验：A.“研究匀变速直线运动”B.“验证牛顿第二定律”C.“研究合外力做功和物体动能变化关系”图7(1)在A、B、C这三个实验中，________需要平衡摩擦阻力.BC解析在A、B、C这三个实验中，“验证牛顿第二定律”“研究合外力做功和物体动能变化关系”都需要平衡摩擦阻力；(2)已知小车的质量为M，盘和砝码的总质量为m，且将mg视为细绳对小车的拉力，为此需要满足m≪M.前述A、B、C三个实验中，________不需要满足此要求.解析已知小车的质量为M，盘和砝码的总质量为m，且将mg视为细绳对小车的拉力，为此需要满足m≪M.前述A、B、C三个实验中，实验A只需要小车做匀加速运动即可，不需要满足此要求；A(3)如果用此装置做“研究合外力做功和物体动能变化关系”这个实验，由此可求得如图乙纸带上(纸带上除O点以外的其他点为连续点且相邻两点时间间隔为T)由O点到D点所对应的运动过程中，盘和砝码受到的重力所做功的表达式W＝________，该小车动能改变量的表达式ΔEk＝__________.由于实验中存在系统误差，所以W________ΔEk(选填“小于”“等于”或“大于”).mgx4Mx5－x328T2大于解析纸带上由O点到D点所对应的运动过程中，盘和砝码受到的重力所做功的表达式：W＝mgx4；打D点时的速度：vD＝x5－x32T，则小车动能的改变量：ΔEk＝12M(x5－x32T)2＝Mx5－x328T2；由于实验中存在系统误差，所以盘和砝码受到的重力所做功W大于小车动能的改变量ΔEk.拓展训练5(2019·全国卷Ⅰ·22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图8所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是______点.在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字).图8A0.2330.75解析根据题述，物块加速下滑，在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是A点.根据刻度尺读数规则可读出，B点对应的刻度为1.20cm，C点对应的刻度为3.15cm，D点对应的刻度为5.85cm，E点对应的刻度为9.30cm，AB＝1.20cm，BC＝1.95cm，CD＝2.70cm，DE＝3.45cm.两个相邻计数点之间的时间T＝5×150s＝0.10s，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出C点时物块的速度大小为vC＝BC＋CD2T≈0.233m/s.由逐差法可得a＝CD＋DE－AB＋BC4T2，解得a＝0.75m/s2.拓展训练6(2019·四川南充市第二次适应性考试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图9甲所示，图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰的连续7个点，若只测出了点4与点0之间的距离为h4以及点6与点0的距离h6，已知打点周期为T，当地重力加速度为g.(以下的三个结论均由题中所给符号表示)(1)打点5时重物的速度v＝________；图9h6－h42T解析打点5时重物的速度v＝h6－h42T；(2)由已知条件从理论上计算点5到点0的距离h5＝__________；h4＋h6－gT22则h45＝12(h6－h4－gT2)，解析h6－h4＝h45＋h56而h56－h45＝gT2，则h5＝h4＋h45＝12(h4＋h6－gT2)(3)若打点0时重物的速度为零，则要验证从点0到点5间重物下落过程中机械能守恒的等式为_________________________．解析要验证的等式是：mgh5＝12mv2即g(h4＋h6－gT2)＝h6－h424T2.g(h4＋h6－gT2)＝h6－h424T2拓展训练7(2019·全国卷Ⅱ·22)如图10，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验.所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等.回答下列问题：图10(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝__________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示).gsinθ－agcosθ解析对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝gsinθ－agcosθ.(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ＝30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图11所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.80m/s2.可以计