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1、第1讲 力学实验与创新,专题九 实验技能与创新,高考题型2 “纸带类”实验,高考题型3 力学创新实验,高考题型1 橡皮条、弹簧、碰撞类实验,高考题精选精练,橡皮条、弹簧、碰撞类实验,高考题型1,例1 (2017四川成都市第一次诊断)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧(记为A)劲度系数为k1，原细弹簧(记为B)劲度系数为k2、套成的新弹簧(记为C)劲度系数为k3.关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：,甲同学：和电阻并联相似，可能是,乙同学：和电阻串联相似，可能是k3k1k2,丙同学：可能是k3,(1)为了验证猜想，同学们设计了
2、相应的实验(装置如图1).,图1,(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空. a.将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的自然长度L0； b.在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数n、每个钩码的质量m和当 地的重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧的长度L1； c.由F_计算弹簧的弹力，由xL1L0计算弹簧的伸长量，由k 计算弹簧的劲度系数； d.改变_，重复实验步骤b、c，并求出弹簧A的劲度系数的平 均值k1； e.仅将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧B、C的劲度 系数的平均值k2、k3.比较k1、k2、k3并得出结论.,nmg,钩码的个数,解析 根据共点力平衡可知：Fnmg
3、改变钩码的个数，重复实验,答案,解析,(3)图2是实验得到的图线，由此可以判断_同学的猜想正确.,答案,解析,图2,乙,探究弹力和弹簧伸长量的关系 (1)实验原理 要测出每次悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长的长度x，建立Fx坐标系，描点作图探究. (2)操作关键 实验中不能挂过多的钩码，会使弹簧超过弹性限度. 作图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在两侧.,1.(2017全国卷22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图3(a)所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部
4、分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长.,对点拓展练,2,1,图3,答案,2,1,解析,(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出.测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N.,4.0,解析 由图(b)可知，F的大小为4.0 N,答案,2,1,解析,(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点.此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N. ()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中
5、画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；,图3,答案 见解析图,2,1,解析 画出力F1、F2的图示，如图所示,答案,2,1,解析,()F合的大小为_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_. 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则.,4.0,0.05,解析 用刻度尺量出F合的线段长约为20 mm，所以F合大小为4.0 N，量出合力箭头处到y轴的距离和所作合力在y轴投影的长度，则F合与拉力F的夹角的正切值为tan 0.05.,2.(2017河北唐山市一模)气垫导轨是一种实验辅助仪器，利用它可以非常精确地完成多个高中物理实
6、验，滑块在导轨上运动时，可认为不受摩擦阻力，现利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图4.,2,1,图4,(1)对导轨进行调节平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块a.调整调节旋钮，轻推滑块，观察滑块通过两光电门的时间，当_时，说明导轨已经水平.,答案,2,1,解析,滑块a(的遮光条)通过两个光电门所用时间相等,解析 如果平衡，滑块a将在导轨上做匀速运动，因此通过两个光电门所用的时间相等；,(2)使用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb，然后按如图所示方式放在气垫导轨上.使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞并粘在一起，遮光条通过光电门1、2的时间分
7、别为t1、t2， 则上述物理量间如果满足关系式_，则证明碰撞过程中两 滑块的总动量守恒.,答案,2,1,解析,解析 根据动量守恒定律可知，mav1(mamb)v2,2,1,根据速度公式可知v1 ，v2 ，,代入上式可得应满足的公式为： .,“纸带类”实验,高考题型2,(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应_(填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹_为止.,例2 (2017广东惠州市第三次调研)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，采用了如图5甲所示的实验方案.操作如下：,图5,答案,解析,增大,间距相等,解析 根据题图乙可知，小车做减速运
8、动，说明平衡摩擦力不足，因此需要增大倾角，直到打出点迹均匀为止，即相邻两点间距相等；,答案,(2)已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力，应该满足的条件是m_M(填“远小于”“远大于”或“等于”).,解析,远小于,解析 对整体：mg(Mm)a,当Mm时，可以认为小车受到的合力等于盘和砝码的总重力，故填远小于.,答案,(3)图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a的倒数与盘和砝码的总质量m的倒数之间的实验关系图象.若牛顿第二定律成立，则小车的质量M_kg.(g取10 m/s2),解析,0.08,1.“纸带类”实验涉及了力学中的研究速度随时间变化
9、的规律、验证牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律以及验证动量守恒等5个实验. 2.利用纸带可以计算计数点的速度和用逐差法计算加速度. 3.注意掌握：(1)接通电源、释放纸带的先后顺序；(2)是否需要平衡摩擦力；(3)是否需要mM；(4)是否需要测量质量等.,3.(2017全国卷22)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6(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6个水滴的位置.(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴),对
10、点拓展练,4,3,图6,4,3,(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.,答案,解析,从右向左,解析 小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动.,4,3,(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,解析,0.19,0.038,4.(2017四川绵阳市二诊)用如图7甲所示的装置验证机械能守恒定律.已知打点计时器打点频率f50 Hz.,4,3,图7,(1)实验中得
11、到的一条纸带如图乙所示，第一个打点标记为O，选择点迹清晰且便于测量的连续5个点，标为A、B、C、D、E，测出A、C、E到O点的距离分别为d19.51 cm、d215.71 cm、d323.47 cm.重物质量为0.5 kg，当地重力加速度g9.80 m/s2.现选取重物在OC段的运动进行数据处理，则OC段重力势能减少量为_J，动能增加量为_J. (计算结果均保留两位有效数字),4,3,答案,0.77,0.76,(2)如果测得纸带上第一个和第二个打点间的距离大约是6 mm，出现这种情况可能的原因是_. A.重锤的质量过大 B.电源电压偏大 C.先释放纸带后接通打点计时器电源 D.打点计时器没有竖
12、直固定,4,3,答案,力学创新实验,高考题型3,例3 (2017河北邯郸市模拟) 如图8甲所示，上表面光滑的楔形木块A固定在水平放置的压力传感器上.某同学将质量不同的小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小球)，记录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出Fm图线，如图乙.重力加速度大小取9.8 m/s2，完成下列填空：,图8,(1)不同质量的小钢球在斜面上运动的时间_(填 “相同”或“不相同”)；,答案,解析,相同,解析 根据牛顿第二定律得小钢球下滑的加速度为：a gsin ，则不同质量的小钢球在斜面上的运动情况完全相同，所以运动的时间也相同.,(2)由图象知，木块A的质量
13、M_kg(保留两位有效数字)；,答案,解析,0.20,解析 当m0时，传感器的示数即为木块A的重力，则有：Mg1.97 N，,解得：M kg0.20 kg,(3)若斜面倾角为，由图象可知，cos2_(保留两位有效数字).,答案,解析,0.34(0.320.36均可),解析 对小球受力分析，根据平衡条件可知，A对小球的支持力FNmgcos ， 根据牛顿第三定律可知，小球对A的压力为mgcos ， 对A受力分析可知，传感器对A的支持力FMgmgcos cos ， 则传感器的示数为FMgmgcos2 则Fm图象的斜率kgcos2，,则有：gcos2 3.3,解得：cos20.34.,1.力学创新实验
14、的特点 (1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验. (2)将实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图象法、逐差法，融入到实验的综合分析之中. 2.创新实验题的解法 (1)根据题目情景，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案. (2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析.,5.(2017福建漳州市联考)“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图9(a)所示.实验中通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象.他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分
15、别做了实验，得到了两条aF图线，如图(b)所示.,对点拓展练,6,5,图9,6,5,(1)图线_是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(选填“a”或“b”),答案,解析,b,解析 在水平轨道上，由于受到摩擦力，拉力不为零时，加速度仍然为零，可知图线a是在轨道水平的情况下得到的.当轨道的右侧抬高过高时(平衡摩擦力过度)，拉力等于0时，会出现加速度，所以图线b是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的.,6,5,(2)在轨道水平时小车运动的阻力Ff_；,答案,解析,0.5 N,解析 根据牛顿第二定律得，FFfma，a ，图线的斜率表示质量的倒数；因为F0.5 N时，加速度为零，解得Ff0.5 N.,6,5,(3)图(b)中，拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产 生误差.为消除此误差可采取的措施是_. A.调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道 上匀速运动 B.在钩码与细绳之间接入一力传感器，用力传感器读数代替钩码的重力 C.更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验 D.在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小 于小车的总质量,答案,解析,6,5,解析 随着钩码的数量增大到一定程度时题图(b)
