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1、备战高考之物理一轮复习讲义：47 力学探究性实验（人教版）高频考点：“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验、测定动摩擦因数实验、探究加速度与力的关系实验、探究动能定理实验动态发布：2011安徽理综卷21题、2010浙江理综第21题、2011山东理综卷第23题（1）、2010山东理综第23题、2010江苏物理第11题命题规律：“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验、测定动摩擦因数实验、探究加速度与力的关系实验、探究动能定理实验是高考考查的重点和热点，考查的试题难度中等。命题分析考查方式一 “探究弹力和弹簧伸长的关系”实验 【命题分析】探究性实验一般采用图象法处理实验数据，作图时要设法选择适当的物理量作纵横坐
2、标轴，使图象线性化，即“变曲为直”。例如探究加速度与质量的关系，将a1/m图象改画成am图象，探究“动能定理”实验画成EkW图象。考查“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验试题难度中等。 图2例1（2011安徽理综卷21题）.为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。实验测得了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据，六对应点已在图上标出。（g=9.8m/s2)(1) 作出m-l的关系图线；(2) 弹簧的劲度系数为 N/m.【解析】：本题以“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验切入，考查图象法处理数据能力和利用m-l关系图线求弹簧的劲度系数。由平衡条件得mg=kx=k(l-l
3、0)，解得m= k/g (l-l0)。由作出的m-l关系图线可知，图线斜率等于0.262g/cm=0.0262kg/m.。由k/g=0.0262可得弹簧的劲度系数为k=0.02629.8N/m=0.258 N/m【答案】（1）如图所示。（2）0.2480.262例2（2010浙江理综第21题）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂下钩码（每个钩码的质量均为m=0.1kg，取g=10m/s2），并记录绳下端的坐标X加i（下标i表示挂在绳下端钩码个数）。然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端面的坐标X减i，绳
4、下端坐标的平均值Xi（X加i+X减i）/2的数据如下表：挂在橡皮绳下端的钩码个数 橡皮绳下端的坐标（Xi /mm） 甲乙1216.5216.52246.7232.3284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0（1）同一橡皮绳的X加i X减i（大于或小于）；（2） 同学的数据更符合实验要求（甲或乙）；（3）选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k（N/m）；（4）为了更好的测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？【解析】因为橡皮绳在伸长后不能完全恢复到原来的长度，所以同一橡皮绳的下端面的坐标X加i小于X减i。根据挂在橡皮绳下端的钩码个数每增加一
5、个，计算出橡皮绳下端的坐标的改变量（即橡皮绳的伸长量）若下表所示：挂在橡皮绳下端的钩码个数橡皮绳下端的坐标改变量（Xi-X1）/mm甲乙1230.215.5367.530.04118.547.75178.064.86345.584.50153045607560123456(Xi-X1)/mmmmF/N图5J-A由上表可看出，乙橡皮绳下端的坐标改变量（Xi-X1）/mm与钩码个数在实验误差范围内成线性关系，而甲橡皮绳下端的坐标改变量（Xi-X1）/mm与钩码个数只有前几个在实验误差范围内成线性关系，所以乙同学的数据更符合实验要求。作出乙橡皮绳的弹力（等于橡皮绳下端所挂钩码的重力）随橡皮绳长度变化
6、量（即橡皮绳下端的坐标改变量）的关系图象，如图4J-A所示。图象斜率k=F/x即等于该橡皮绳的劲度系数k。由图得k乙=60N/m。答案：（1）小于（2）乙（3）k乙=60N/m。图5J-B（4）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。【点评】橡皮绳的劲度系数k也可通过作出乙橡皮绳的弹力（等于橡皮绳下端所挂钩码的重力）随橡皮绳长度（即橡皮绳下端的坐标）的关系图象，如图5J-B所示。图象斜率k=F/x即等于该橡皮绳的劲度系数k。由图得k乙【解析】：由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块运动时间相同，由x=at2和H=gt2联立解得滑块沿斜面运动的加速
7、度与重力加速度的比值为a/g= x/H。对滑块， mgsin-mgcos=ma ，而sin=h/x，cos=/x，a= g x/H，联立解得=(h- x2/H )。由=(h- x2/H )可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差和小球落地和滑块撞击挡板不同时造成的误差。【答案】x/H (h- x2/H ) cd【点评】探究“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验涉及巧妙，可操作性强，可重复性强，难度不大。考查方式三 “探究加速度与力的关系、探究加速度与质量的关系”实验【命题分析】“探究加速度与力的关系、探究加速度与质量的关系”实验是关于牛顿第二定律的重要实验，是高考命题频率较高的实验，
8、高考关于“探究加速度与力的关系、探究加速度与质量的关系”实验命题难度中等。图3例4（2010山东理综第23题）某同学设计了如图3所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板开始运动为【解析】由于木板从静止开始做匀加速直线运动，由d=at2/2得a=。由牛顿第二定律可得F1-F0=ma，解得a= F1/m-F0/m，此实验要求水的质量必须远远小于木板质量，当矿泉水瓶中水的质量逐渐增大到一定量后
9、，图象将向下弯曲，所以能够表示该同学实验结果的图象是图C。由于水的质量可以几乎连续变化，所以可以方便地获取多组实验数据，所以选项b正确。答案： 增大d或让F1大于F0的前提下尽量小 c b【点评】 本题考查探究加速度与力的关系实验，意在考查考生对新颖实验情景的把握和理解，考查考生的实验能力、分析能力和综合运用知识能力。图4例5（2010江苏物理第11题）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图4所示）实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放
10、小车 （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s00.501.001.502.002.50速度v/（ms-1）0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据作出小车的vt图象（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由图4J【解析】根据打点计时器的使用方法，为了使纸带上打上尽可能多的点，应先接通电源后释放小车，所以在释放小车之前接通打点计时器的电源。根据实验数据先在描点后用
11、平滑曲线作出小车的vt图象由作出的小车vt图象可知，小车做加速度越来越小的加速运动。由于小车所受拉力可视为不变，加速度减小，说明随着速度增大，小车受到的空气阻力增大。【答案】（1）之前 （2）小车的vt图象如图4-J所示。（3）同意。在v-t图象中，速度越大，加速度越小，小车受到的合外力越小，说明小车受到的空气阻力越大。【点评】 本题迁移教材实验装置和方法，考查探究阻力与速度的关系。考查方式四 “探究动能定理”实验【命题分析】动能定理是高中物理的重要规律，“探究动能定理”实验是高考考查重点，难度中等。例6.（2009广东物理第16题）某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图6
12、甲，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。 图6甲（1）实验主要步骤如下： 测量_和拉力传感器的总质量M1。把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路。 将小车停在C点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。 在小车中增加砝码，或_，重复的操作。图6乙（2）表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，v22v12|是两个速度传感器记录速度
13、的平方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中E3=_，W3=_.(结果保留三位有效数字)（3）根据表1，请在图6乙中的方格纸上作出E W图线。表1 数据记录表次数M/kgv22v12|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220 W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43【解析】比较第1.、2.、3次实验数据可知，当拉力由0.400N增大到0.840N时，拉力做功由0
14、.200J增大到0.420J，即拉力做功与拉力大小成正比，所以W3=1.220/0.4000.200J=0.610J。同样，比较第1.、2.、3次实验数据可知，当两个速度传感器记录速度的平方差v22v12|由0.760(m/s)2增大到1.65(m/s)2时，动能变化量E由0.190J增大到0.413J，即动能变化量E与速度的平方差v22v12|成正比，所以E3=2.40/0.7600.19J=0.600J。图6J【答案】（1）小车 放开小车 改变细线上钩码的个数 （2）0.600 0.610 (3) E W图线如图6J所示。【点评】探究功与速度变化的关系实验是新课标教材增加的实验，该题对该实验进行深化，将打点计时器和纸带换成了速度传感器，重点考查实验基本操作和分析处理数据能力。分析表格中的实验数据要能够通过浏览表格中的数据，找出数据之间的关系。也可通过分析实验过程，W是F在A、B间所做的功，位移不变，由功的定义得到功W与拉力F成正比，从而利用比例关系得出W3的值。由动能的定义式可知，当物体质量M一定时，动能变化量E与物体速度的平方差成正比，从而利用比例关系得出E3的值。6
