2020版高考物理二轮复习 第1部分 专题6 物理实验 第1讲 力学实验课件

第一部分专题整合突破专题六物理实验第1讲力学实验[高考统计·定方向](教师授课资源)考点考向五年考情汇总1.“纸带”类实验2019·全国卷ⅠT222019·全国卷ⅡT222017·全国卷ⅠT222017·全国卷ⅡT222015·全国卷ⅡT22从近五年的高考命题可以看出：1．全国卷的2个实验题中，大多数情况下第1个为力学实验，且难度较低。2.“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验2018·全国卷ⅠT222017·全国卷ⅢT222．考查的热点包括“纸带类”实验和“力学创新实验”。“纸带类实验”中多为利用纸带求加速度，“创新实验中”多为实验目的创新。3.力学创新实验2019·全国卷ⅢT222018·全国卷ⅠT232018·全国卷ⅢT222016·全国卷ⅡT222016·全国卷ⅠT222016·全国卷ⅢT232015·全国卷ⅠT223．复习力学实验时，应重视对实验原理的理解及常规的数据处理方法，如图象法、图表法的应用。4．对于“弹簧、碰撞类”实验，近几年考查的虽然不多，但仍应引起足够重视。考点一“纸带”类实验(5年5考)1．(2019·全国卷Ⅰ·T22)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)。[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.(2017·全国卷Ⅰ·T22)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)(a)(b)(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＝3046－1s≈0.67s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝0.117＋0.1332×0.67m/s≈0.19m/s。根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝x4＋x5－x1－x26T2＝100＋83－150－133×0.0016×0.672m/s2≈－0.037m/s2，因此加速度的大小为0.037m/s2。[答案](1)从右向左(2)0.190.0373．(2019·全国卷Ⅱ·T22)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：(a)(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)。(b)[解析](1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝gsinθ－agcosθ。(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T＝5×150s＝0.10s，由逐差法和Δx＝aT2，可得a＝1.97m/s2，代入μ＝gsinθ－agcosθ，解得μ＝0.35。[答案](1)gsinθ－agcosθ(2)0.351．由纸带确定时间要区别打点计时器(打点周期为0.02s)打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔Δt＝0.02×5s＝0.10s。2．求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求打某一点的瞬时速度。如图甲所示，第n点的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T。3．用“逐差法”求加速度如图乙所示，因为a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1－x2－x39T2。考向1用“逐差法”求加速度1．(易错题)某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度大小，某次实验得到的一段纸带如图乙所示，O、A、B、C、D为相邻的五个点，测得OA＝5.5mm、OB＝14.9mm、OC＝28.3mm、OD＝45.3mm，打下相邻两个点的时间间隔为0.02s。(1)实验时纸带的________(选填“O”或“D”)端和重物相连接。(2)用逐差法算出当地的重力加速度g＝________m/s2。(结果保留三位有效数字)(3)通过查阅资料发现当地的重力加速度标准值为9.78m/s2，比较(2)的结果发现两者并不相等，除了读数误差外，你认为产生误差的其他主要原因可能是_____________________________。(只要求写出一种原因)[解析](1)和重物相连接的一端为打点的起点，点比较密集。(2)由逐差法可得g＝BC－OA2T2＋CD－AB2T22＝OD－2OB4T2≈9.69m/s2。(3)产生误差的其他原因有：纸带与限位孔之间有阻力或受空气阻力的影响。[答案](1)O(2)9.69(3)纸带与限位孔之间存在较大阻力(合理即可)易错点评：在分析纸带时，易错把计时点当作计数点，在本题中，相邻两点间隔为0.02s，不是0.1s。2．(原创题)在探究“物体质量一定时加速度与力的关系”的实验中，某兴趣小组对教材介绍的实验方案进行了优化，设计了如图甲所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。甲(1)在平衡摩擦力后，根据优化后的实验装置，实验中________(选填“一定要”或“不需要”)保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M。(2)某同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有四个计时点没有画出)，已知打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留三位有效数字)。乙丙(3)平衡摩擦力后，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a­F图象是一条过原点的直线，如图丙所示，若直线的斜率为k，则小车的质量为________。(用k表示)[解析](1)在平衡摩擦力后，根据优化后的实验装置，小车所受的合外力即为绳中拉力的2倍，而绳中拉力通过弹簧测力计得出，因此，不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M。(2)两计数点间还有四个计时点没有画出，说明相邻两计数点间的时间间隔为t＝0.1s，根据逐差法Δx＝xm－xn＝(m－n)at2，可得a＝x6＋x5＋x4－x3＋x2＋x19t2，代人数据得a＝2.00m/s2。(3)平衡摩擦力后，小车所受的合外力为2F，根据牛顿第二定律有2F＝Ma，所以小车的质量为M＝2Fa＝2k。[答案](1)不需要(2)2.00(3)2k考向2测定瞬时速度3．(2019·山东泰安二模)某物理兴趣小组要做“探究动能定理”的实验，他们在实验室设计了如图甲、乙所示的两套实验方案来探究小车所受合外力与小车动能变化的关系。A为打点计时器，B为弹簧测力计，小车的质量和钩码(或小桶)的质量分别用M、m表示。(1)为了使图甲中钩码的重力可被视为小车所受的合外力，图乙中弹簧测力计读数大小可被视为小车所受合外力的大小，在实验操作前都要进行________这一重要步骤。(2)若选用图甲中方案实验，小车的质量M与钩码质量m间的关系应满足M________m(选填“远大于”、“远小于”或“相等”)，实验中除了纸带上的数据，还需要直接测量的物理量是__________。若选用图乙中方案进行实验，则小车质量M与小桶质量m间的关系________(选填“需要”、“不需要”)与图甲中方案条件相同。(3)对比图甲、图乙中的两套方案，你认为比较好的是图________中方案(选填“甲”或“乙”)。[解析](1)由于两方案都是探究小车所受合外力与动能变化的关系，题图甲中方案要使钩码的重力可被视为小车所受的合外力，题图乙方案中弹簧测力计读数大小可作为小车所受的合外力，所以在实验操作前都要进行平衡摩擦力这一重要步骤。(2)选用题图甲中方案实验时，由牛顿第二定律知F＝Ma＝MmgM＋m＝mg1＋mM，在小车质量M远大于钩码质量m时，绳子的拉力F＝mg；根据Fx＝12Mv2知，小车的速度v是通过纸带数据算出来的，所以还需要直接测量的物理量是实验过程中小车发生的位移。选用题图乙中方案实验时，弹簧测力计的读数大小等于小车所受合外力的大小，所以小车质量M不需要远大于钩码的质量m。(3)题图甲方案中，随着钩码质量的增加，不能一直保证小车的质量M远大于钩码质量m这一条件，所以对比题图甲、乙中的两套方案，题图乙中方案比较好。[答案](1)平衡摩擦力(2)远大于小车在两个速度间发生的位移(其他合理表述也正确)不需要(3)乙4．(2019·安徽皖南八校联考)利用图甲实验装置验证机械能守恒定律。实验操作步骤如下，请将步骤B补充完整：A．按实验要求安装好实验装置；B．使重物靠近打点计时器，接着先________，打点计时器在纸带上打下一系列的点；C．图乙为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一个点。分别测出三个连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3。已知打点计时器的打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测得的h1、h2、h3，可求得纸带从O点下落到B点的过程中，重物增加的动能为________，减少的重力势能为________。甲乙[解析]B．实验时应先接通电源，再释放纸带。C．打B点时重物的瞬时速度vB＝h3－h12T，则纸带从O点下落到B点的过程中，重物动能的增加量ΔEk＝12mv2B＝mh3－h128T2，重力势能的减少量ΔEp＝mgh2。[答案]B．接通电源再释放纸带C.mh3－h128T2mgh2\考点二“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验(5年2考)1．(2018·全国卷Ⅰ·T22)如图(a)所示，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。(a)(b)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