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专题六实验技能与创新[核心知识体系]第一讲力学实验近三年全国卷考情统计常考点全国卷Ⅰ全国卷Ⅱ全国卷Ⅲ实验一：研究匀变速直线运动2019·T222017·T222019·T222017·T222019·T222018·T22实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系2018·T222018·T23实验三：验证力的平行四边形定则2017·T22实验四：验证牛顿运动定律实验五：探究动能定理实验六：验证机械能守恒定律实验七：验证动量守恒定律1．(2019·全国卷Ⅰ)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(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)．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.答案：A0.2330.752．(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为____________N/m(保留三位有效数字)．解析：实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图(b)所示的游标卡尺读数为3.7cm＋15×0.05mm＝3.775cm.托盘中放有质量为m＝0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.980N，弹簧伸长x＝1.825cm＝0.01825m，根据胡克定律，F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝Fx＝53.7N/m.答案：3.77553.73．(2017·全国卷Ⅰ)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(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)记录了桌面上连续的6个水滴的位置(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)．(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(选填“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)．解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的．(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝30s46－1＝23s.根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中的A点位置时的速度大小为vA＝0.117m＋0.133m2T≈0.19m/s.由Δx＝aT2和逐差法可得，小车运动的加速度大小为a＝（0.150m－0.117m）＋（0.133m－0.100m）4T2≈0.037m/s2.答案：(1)从右向左(2)0.190.037命题特点与趋势1．实验题的考查呈现由基础性向综合性的递进趋势．实验命题不避热点，注重陈题翻新，重点实验频繁考，其他实验“轮换”考，题目特点设置清晰，上手得分容易，做好做全较难，能有效区分不同水平考生的实验能力．2．重在考查实验探究能力，而非实验本身．新任务，新情境，原理设计，方法选择，条件控制，数据处理的公式法、列表法、图象法、平均值法和逐差法反复涉及，其中图象法处理实验数据与结果规律性探索是高考的热点和亮点．3．反映科技进步，实验题引领教育创新．频闪照相机或光电计时器替代打点计时器，气垫导轨替代长木板，数字化传感器直接测力或位移等，体现时代特征．解题要领1．熟知各种器材的特性．2．熟悉课本上的实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析．考点1“橡皮条、弹簧类”实验1．橡皮条(弹簧)的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法．2．胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立．3．图象法处理数据的要求．(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；(2)要标明坐标轴对应的物理量、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直”．(5)有些时候，为了增大坐标纸的有效使用范围，坐标原点可以不从“0”开始．(2018·全国卷Ⅱ)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中Ff4的值从图(b)中弹簧秤的示数读出．砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力Ff/N2.152.362.55Ff42.93回答下列问题：(1)Ff4＝________N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出Ffm图线；(3)Ff与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式Ff＝________，Ff-m图线(直线)的斜率的表达式为k＝__________；(4)g取9.80m/s2，由绘出的Ff-m图线求得μ＝____________(保留两位有效数字)．解析：(1)指针在2.7与2.8之间，估读为2.75N；(2)描点画线时注意让所有点均匀分布在线上或线的两边，作图如下：(3)木块受到的是滑动摩擦力，根据滑动摩擦力的定义知Ff＝μ(M＋m)g＝(μg)m＋μMg，所以图象的斜率k＝μg；(4)g取9.80m/s2，取图象上相距较远的两点求斜率k＝2.93－2.150.25－0.05＝3.9，则μ＝kg＝3.99.8≈0.40.答案：见解析[对点训练]考向探究弹力和弹簧伸长的关系1．(2019·长春模拟)在探究弹力和弹簧伸长的关系时，某同学先按图甲对弹簧甲进行探究，然后把弹簧甲和弹簧乙并联起来按图乙进行探究．在弹簧弹性限度内，将质量为m＝50g的钩码逐个挂在弹簧下端，分别测得图甲、图乙中弹簧的长度L1、L2，如表所示．钩码个数1234L1/cm30.0031.0432.0533.02L2/cm29.3329.6529.9730.30(1)已知重力加速度g取9.8m/s2，要求尽可能多地利用测量数据，计算弹簧甲的劲度系数k＝________N/m(结果保留两位有效数字)．(2)由表中数据________(选填“能”或“不能”)计算出弹簧乙的劲度系数．解析：(1)由题表中实验数据可知，每增加1个钩码，弹簧甲的平均伸长量约为1.00cm，则弹簧甲的劲度系数k＝ΔFΔx＝mgΔx＝50×10－3×9.81.00×10－2N/m＝49N/m.(2)把弹簧甲和弹簧乙并联起来按题图乙进行探究．由题表中数据可知，每增加1个钩码，并联后弹簧的平均伸长量为0.32cm，由mg＝F甲＋F乙＝k甲Δx甲＋k乙Δx乙，且Δx甲＝Δx乙，可知弹簧乙的劲度系数能够计算出来．答案：(1)49(2)能考向验证力的平行四边形定则2．(2019·衡阳模拟)如图所示，某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解．A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ；②对两个传感器进行调零；③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两传感器的读数；④取下钩码，移动传感器A改变θ角．重复上述实验步骤，得到下表．F1/N1.0010.580…1.002…F2/N－0.868－0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根据表格数据，A传感器对应的是力_______(选填“F1”或“F2”)，钩码质量为_______kg(保留一位有效数字)．(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是()A．因为事先忘记调零B．何时调零对实验结果没有影响C．为了消除横杆自身重力对结果的影响D．可以完全消除实验的误差解析：(1)A传感器中的力均为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sinθ，当θ＝30°时，F1＝1.001N，可求得m≈0.05kg.(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确．答案：(1)F10.05(2)C考点2“纸带类”实验1．纸带数据的处理方法2．三个关键点(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点．要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的．(2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源，打点稳定后，再释放纸带．(3)实验数据处理可借助图象，充分利用图象斜率、截距等的物理意义．(2019·江苏卷改编)某兴趣小组用如题图所示的装置验证动能定理．(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：A．电磁打点计时器B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)．(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)．(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如题图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝________m/s.(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化量可用ΔEk＝12Mv2A算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理．解析：(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故