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1、专题专题1111力学实验（一）力学实验（一）第一部分 专题复习篇高考中常涉及的力学实验有：研究匀变速直线运动、验证力的平行四边形定则、探究弹力与弹簧伸长量的关系、探究加速度与力和质量的关系、探究动能定理和验证机械能守恒定律近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况，灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势要求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力高考定位目录索引考题1 研究匀变速直线运动
2、 考题2 探究弹力和弹簧伸长量的关系考题3 验证力的平行四边形定则 考题4 探究加速度与力、质量的关系考题1 研究匀变速直线运动 (2014全国大纲22)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动.在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图1所示.拍摄时频闪频率是10 Hz，通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s.数据如下表所示.重力加速度大小g9.80 m/s2.例 1图1x1x2x3x4hs 10.7 615.0 519.3 423.6 548.0 080.0 0根据表中数据，完成下列填空：(
3、1)物块的加速度a_ m/s2(保留3位有效数字)(2)因为_，可知斜面是粗糙的.解析 (1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得x3x12a1T2x4x22a2T2单位：cm 1.为了测量木块与木板间动摩擦因数，某小组使用位移传感器设计了如图2甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离.位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律，如图乙所示.突破训练图2(1)根据上述图线，计算0.4 s时木块的速度v_ m/s，木块加速度a_ m/s2；(2)为了测定动摩擦因数，还需要测量的量是_；(已知当地的重力加速度g)(3)为
4、了提高木块与木板间动摩擦因数的测量精度，下列措施可行的是_.A.A点与传感器距离适当大些B.木板的倾角越大越好C.选择体积较大的空心木块D.传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻(2)根据mgsin mgcos ma，可知测出倾斜角或A点的高度算出倾斜角.(3)当A点与传感器距离适当大些，可测出多组数据，求平均值，能提高测量精度，A正确；倾斜角越大，测得的数据越少，不利于提高测量精度，B错误；若选择体积较大的空心木块，在下降过程中，受空气阻力变大，影响了动摩擦因数的测量，C错误；传感器开始计时的时刻不一定是从A点释放的时刻，只要根据中间一段的xaT2，就可算出加速度，D错误.答案 (1
5、)0.4 1 (2)斜面倾角(或A点的高度) (3)A(2014新课标23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图3所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度.设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm
6、.考题2 探究弹力和弹簧伸长量的关系 例 2图3(1)将表中数据补充完整：_；_.(3)图4中画出的直线可近似认为通过原点.若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k_ N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系表达式为k_ N/m.答案 (1)81.7 0.012 2 (2)见解析图 2.(2014浙江21)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图5连接起来进行探究.(1)某次测量如图6所示，指针示数为_ cm.图6突破训练图5钩码数1234 LA/cm15.7119.7123.6627.76 LB/cm29.9
7、635.7641.5147.36(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表所示.用表中数据计算弹簧的劲度系数为_ N/m(重力加速度g10 m/s2).由表中数据_(填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲度系数.答案 (1)16.00(有效数字位数正确，15.9616.05均可)(2)12.45(12.2012.80均可) 能3.如图7为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺.现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表：已知所有钩码的质量可认为相同且为m05
8、0 g，当地重力加速度g9.8 m/s2.请回答下列问题：图7钩码数n012345刻度尺读数xn(cm)2.624.175.707.228.8410.43(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k_ N/m.(结果保留两位有效数字)(2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量，测量的弹簧劲度系数k的值与真实值相比较_(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”).解析 (1)根据胡克定律k(xx0)nm0g，代入数据求k，再求平均得k32 N/m；(2)因在计算弹力时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了，故弹簧自身有重量对测量值没有影响.答案 (1)32 (2)没有影响(2014江苏11)小明通过实验验证力
9、的平行四边形定则.(1)实验记录纸如图8所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为：F13.30 N、F23.85 N和F34.25 N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.考题3 验证力的平行四边形定则 例 3图8(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.实验装置如图9所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，
10、橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹.重复上述过程，再次记录下N的轨迹. 图9两次实验记录的轨迹如图10所示.过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为_.图10(3) (多选)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？_(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证
11、力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.解析 (1)作出的图示如图所示.(2)重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力T的方向相同，故水平拉力F大小相等，即FaFb.(3)根据题图可知，选项B、D正确，选项A、C错误.(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差.答案 (1)见解析图(F合4.64.9 N都算对)(2)FaFb (3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)4. (单选)在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图11所示
12、).实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条.在此过程中，下列注意事项正确的是( )突破训练图11A.两根细绳必须等长B.两弹簧秤示数必须等大C.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上D.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行解析 细线的作用是能显示出力的方向，所以不必等长，故A错误； 只要弹簧秤有示数即可，并不一定要相等，故B错误；两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上，故C错误；弹簧秤不能接触水平木板，否则产生摩擦，使弹簧秤示数偏大，故D正确.答案 D5.有同学利用如图12所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固
13、定两个 光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码的 个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC，回答下列问题： (1) (多选)改变钩码个数，实验能完成的是_.A.钩码的个数N1N22，N34B.钩码的个数N1N33，N24C.钩码的个数N1N2N34D.钩码的个数，N13，N24，N35图12(2)在拆下钩码和绳子前，应该做好三个方面的记录：_；_；_.解析 (2)为验证平行四边形定则，必须通过作受力图.所以先明确受力点，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的 图示.因此要做好记录，需从力的三要素角度出发：需记录O点的位置；钩码的个
14、数N1、N2、N3；拉力FTOA、FTOB、FTOC的方向.答案 (1)BCD (2)标记结点O的位置 钩码的个数N1、N2、N3 OA、OB、OC三段绳子的方向(2014新课标22)某同学利用图13(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题：考题4 探究加速度与力、质量的关系 例 4图13(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系.(2)由图(b)可知，am
15、图线不经过原点，可能的原因是_.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_.解析 (1)由图像可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系.(2)am图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上小钩码后小车加速度仍为零，可能的原因是存在摩擦力.(3)本实验直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应采取的措施是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量.答案 (1)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车的质量突破训练6.甲、乙两个同学用如图14所示的实验装置共同研究在保持受到的牵引力不变的条件下，小车的加速度与其质量的关系.图14(
