2020届高考物理二轮复习 第一部分 专题六 实验 第14讲 力学实验课件

第14讲力学实验构建网络·重温真题1．力学实验知识框架2．洞悉重要力学实验的考点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)。答案A0.2330.75解析物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打出A点。打C点时物块的速度大小vC＝xBD2T＝5.85－1.20×10－22×0.1m/s≈0.233m/s。物块下滑的加速度大小a＝xCE－xAC2T2＝9.30－3.15－3.15×10－20.22m/s2＝0.75m/s2。2．(2019·全国卷Ⅱ)如图a，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：(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)。(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使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b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，可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为____________(结果保留2位小数)。答案(1)gsinθ－agcosθ(2)0.35解析(1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用，受力分析如图。由牛顿第二定律得：mgsinθ－μFN＝ma且FN＝mgcosθ联立以上两式解得μ＝gsinθ－agcosθ。(2)由逐差法求铁块加速度：a＝x5＋x6＋x7－x1＋x2＋x312T2＝[76.39－31.83－20.90]×10－212×0.12m/s2≈1.97m/s2代入μ＝gsinθ－agcosθ，得μ≈0.35。3．(2019·全国卷Ⅲ)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)A．米尺B．秒表C．光电门D．天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，则该地的重力加速度大小为g＝________m/s2。(保留两位有效数字)答案(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7解析(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验中还必须使用米尺，A正确。(2)将米尺竖直放置，小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离。(3)根据Δs＝gT2得重力加速度大小g＝bc－abT2＝ac－ab－abT2＝58.7－24.5－24.5×10－20.12m/s2＝9.7m/s2。4．(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)。答案3.77553.7解析游标卡尺精度为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，题图b所示的游标卡尺读数为3.7cm＋15×0.05mm＝3.7cm＋0.075cm＝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＝0.100×9.8N＝0.980N，弹簧伸长x＝3.775cm－1.950cm＝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。5．(2019·江苏高考)某兴趣小组用如图1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，其中的一段如图2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。答案(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算对)(4)远大于解析(1)电磁打点计时器打点时运动的纸带受到的阻力较大，而电火花打点计时器打点时运动的纸带所受阻力较小，故选B。(2)由于刚开始运动，拉力等于最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种看法中，乙同学正确。(3)取与A点相邻的两点，用毫米刻度尺测出两点之间的距离，如图所示，可测得x＝1.24cm。用这一段的平均速度表示A点的瞬时速度，则vA＝x2T＝1.24×10－22×0.02m/s＝0.31m/s。(4)由题意知，本实验用砝码、砝码盘和沙子的总重力大小表示小车受到的拉力大小，故要求小车的质量应远大于砝码、砝码盘和沙子的总质量。6．(2017·全国卷Ⅱ)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。实验步骤如下：①如图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)，v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v；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出v­Δt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v与vA、a和Δt的关系式为v＝________________。(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＋a2Δt(2)52.116.3解析(1)v是Δt时间内中间时刻Δt2的瞬时速度，vA为Δt时间内的初速度，根据速度公式得v＝vA＋aΔt2＝vA＋a2Δt。(2)由v＝vA＋a2Δt可知，图c中图线与v轴的交点为vA，图线的斜率为a2。将图线延长可知，vA＝52.1cm/s，在图线上选取较远的两点，求得斜率a2＝53.34－52.4150－35.0×10－3cm/s2≈8.17cm/s2，即a≈16.3cm/s2。命题特点：1.常规实验：立足教材，侧重考查完成实验的能力。主要涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排，以及实验数据的处理、实验误差的分析。2．创新实验：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也加大了。主要表现在：(1)实验器材的等效与替换，如用气垫导轨代替长木板、光电门和频闪照相机代替打点计时器等。(2)实验结论的拓展与延伸，如通过实验装置测出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求动摩擦因数等。(3)试题情景的设计与创新。思想方法：等效替代法、图象法、平均值法、列表法、逐差法、控制变量法。高考考向1高考考向1基本仪器的使用与读数例1(2019·汉中第一次检测)(1)用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是________(选填“图甲”或“图乙”)。(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图丙所示，则此示数为________mm。(3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50Hz，打出一段纸带如图丁所示。打下计数点2时，测得的瞬时速度v＝________m/s。破题关键点(1)用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在哪儿测量？(2)螺旋测微器读螺旋上的可动刻度读数时，需要估读吗？提示：外测量爪。提示：必须估读到分度值下一位。[解析](1)用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在外测量爪中，故应选题图甲。(2)螺旋测微器的示数为固定读数加上可动读数，即6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm。(3)打下计数点2时纸带的瞬时速度等于计数点1和3间的平均速度，即v＝v＝3.52＋3.68×10－22×0.1m/s＝0.36m/s。[答案](1)图甲(2)6.700(3)0.36游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位。20和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位。(2)游标卡尺在读数时先确定主尺的分度(单位一般是cm，分度值为1mm)，把数据读成以毫米为单位的。先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。游标卡尺读数不估读。(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度，而把主尺的刻度读错。(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出；要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字。1．在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测量某长方体工件的厚度如图所示，根据图示可判断其厚度为________mm。该同学用下列某种仪器测得该工件的宽度为1.275cm，则该同学所用的仪器可能是________(将正确答案的序号填在横线上)。①螺旋测微器②10分度游标卡尺③20分度游标卡尺答案1.700③解析螺旋测微器固定刻度部分读数为1.5mm，可动刻度部分分度值为0.01mm，可动刻度部分读数为0.200mm，工件的厚度为1.700mm。若用某种仪器测出的工件的宽度为1.275cm＝12.75mm，由于以毫米为单位，小数点后有两位有效数字，测量仪器不可能是①螺旋测微器和②10分度的游标卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游标卡尺最后一位才可能是5，所以应是③。2．(2019·济南三模)(1)利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一工件的直径和高度，测量结果如