（新课标）2020高考物理二轮总复习 第一部分 专题突破方略 专题六 物理实验 1.6.1 力学实验

专题六物理实验第1讲力学实验与创新高频考点1基本仪器的读数高频考点2纸带类实验问题的处理栏目导航高频考点3“橡皮条”“弹簧类”实验专题限时训练高频考点4力学创新型实验热点聚焦备考对策1.实验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等的读数及构造原理、重要实验方法、实验器材的选择、电路实物连线、运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电学实验中的故障分析等．2．设计与创新能力：要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对原教材中实验的考查．3．实验题类型近年高考通常为“一力一电”模式．1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等的读数，电表量程、滑动变阻器及实验电路的选取等．2．“源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验题命题的理念，所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂——原理，是我们复习的重中之重．3．知识创新型实验．例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出测量重力加速度的实验方案．其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视.[知识体系构建]高频考点1基本仪器的读数〉〉视角一长度测量类仪器[例1]如图均是用游标卡尺测量时的示意图，图甲为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为：________、________、________.答案：42.10mm63.30mm29.8mm解析：在图甲中，主尺读数为42mm，游标尺上第5条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是50分度的，所以读数为42mm＋5×0.02mm＝42.10mm；在图乙中，主尺读数为63mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是20分度的，所以读数为63mm＋6×0.05mm＝63.30mm；在图丙中，主尺读数为29mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是10分度的，所以读数为29mm＋8×0.1mm＝29.8mm.[例2]某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)、(b)所示．该工件的直径为______________cm，高度为__________mm.答案：1.2206.860解析：20分度游标卡尺的精度为0.05mm，主尺读数为12mm，游标尺读数为4×0.05mm＝0.20mm，游标卡尺的读数为12.20mm＝1.220cm.螺旋测微器读数：固定尺读数＋可动尺读数＝6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm.[规律方法]1．游标卡尺在读数时先确定游标尺的分度，把数据转换成以毫米为单位的数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．2．螺旋测微器在读数时，注意区别整刻度线与半毫米刻度线，注意判断半毫米刻度线是否露出．3．游标卡尺读数时不需要估读，而螺旋测微器读数时需要估读．1．某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为__________cm和________mm.解析：直尺的最小分度为0.1cm，因此读数应为60.08cm，游标卡尺是50分度，精确到0.02mm，因此读数为4.20mm.答案：60.084.202．(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：一游标卡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，此时游标卡尺读数为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，游标卡尺示数如图(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：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＝3.7cm＋0.075cm＝3.775cm.托盘中放有质量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.3．(1)用20分度的游标卡尺测量某物体的长度如图甲所示，由图可知其长度为________mm.(2)用螺旋测微器测量某物体的直径如图乙所示，由图可知其直径为______mm.答案：(1)50.15(2)4.700解析：(1)根据游标卡尺的读数方法，读数为50mm＋3×0.05mm＝50.15mm.(2)根据螺旋测微器的读数规则，读数为4.5mm＋20.0×0.01mm＝4.700mm.[例4](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)．高频考点2纸带类实验问题的处理答案：A0.2330.75解析：物块加速下滑，速度越来越大，在相等时间内物块的位移越来越大，刚开始时在相等时间内的位移较小，由图示纸带可知，打点计时器最先打出的点是A点；每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出，相邻计数点间的时间间隔为：t＝0.02×5＝0.1s，打出C点时的速度大小为：vC＝BD2t＝5.85－1.20×10－22×0.1≈0.233m/s；由匀变速直线运动的推论Δx＝at2可知，加速度a＝CD－AB＋DE－BC4t2＝CE－AC4t2＝9.30－3.15×10－2－3.15－0.00×10－24×0.12＝0.75m/s2.[规律方法]1．如何选取纸带和计数点要选取点迹清晰的一条纸带，舍掉刚开始时比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个起始点O，然后每5个点取一个计数点，测出相邻计数点间的距离．2．判定物体运动的性质若x1、x2、x3…基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀速直线运动；若Δx＝xm－xn基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动．3．由纸带求物体的运动速度平均速度法：做匀变速直线运动的物体，某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝xn＋xn＋12T.4．由纸带求物体的加速度(1)逐差法：如图所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T，且满足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，则有a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，算出a1、a2、a3的平均值即物体运动的加速度，a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，这样可使所给数据全部得到利用，准确性得以提高．(2)图象法：由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v－t图象，直线的斜率即为加速度．3．(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)．(a)(b)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是____________(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)．答案：(1)从右向左(2)0.190.037解析：(1)小车在桌面上做减速直线运动，由图(b)可知小车在桌面上是从右向左运动的．(2)滴水周期T＝3045s＝23s，小车运动到图(b)中A点位置时的速度vA＝117＋1332×23×10－3m/s＝0.19m/s，加速度a＝150＋133－117－1004×232×10－3m/s2＝0.037m/s2.4．某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示．该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时，重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．(2)已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.答案：(1)12f(s1＋s2)12f(s2＋s3)12f2(s3－s1)(2)40解析：(1)重物匀加速下落时，根据匀变速直线运动的规律得vB＝s1＋s22T＝12f(s1＋s2)vC＝s2＋s32T＝12f(s2＋s3)由s3－s1＝2aT2得a＝f2s3－s12(2)根据牛顿第二定律，有mg－kmg＝ma根据以上各式，化简得f＝21－kgs3－s1代入数据可得f≈40Hz.5．(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、刻度尺、电磁打点计时器、频率为50Hz的交流电源、纸带等．回答下列问题：(1)铁块与木板间的动摩擦因数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)．答案：(1)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(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9.8m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为__________(结果保留两位小数)．答案：(2)0.35解析：(1)以铁块为研究对象，受力分析如图所示由牛顿第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma，故μ＝gsinθ－agcosθ.(2)用逐差法求加速度a＝s2－s19T2，由纸带可得s2＝(76.39－31.83)×10－2m，T＝0.10s，s1＝(31.83－5.00)×10－2m,a＝76.39－31.83×10－2－31.83－5.00×10－29×0.12m/s2＝1.97m/s2，代入μ＝gsinθ－agcosθ，解得μ＝0.35.高频考点3“橡皮条”“弹簧类”实验[例5](1)橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，用如图甲所示的装置就可以测出橡皮筋的k值，下面的表格中记录了橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验数据．其中实验数据记录有错误的是第______组．在图乙中作出F－x图象．由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________N/m(结果保留两位有效数字)．实验小组12345拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.86.48答案：(1)5如图3.1×102(2)不同橡皮筋的k值一般不同，k值通常与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实际都表明k＝YSL，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨