《2019高考物理二轮复习 第16讲 力学实验与创新课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019高考物理二轮复习 第16讲 力学实验与创新课件.ppt（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第1616讲讲 力学实验与创新力学实验与创新总纲目录总纲目录考点1基本仪器的使用与读数考点2“纸带”类实验考点3“弹簧”“橡皮条”类实验考点4力学创新实验考点1基本仪器的使用与读数1.游标卡尺读数方法注意:(1)读数最后的“0”不能丢,且不需要估读。(2)读数时主尺和游标尺所用单位要统一,都用mm,最后根据题目要求转换单位。(3)游标卡尺可以测量长度、深度、内径、外径等。2.螺旋测微器读数方法测量值=固定刻度值(注意半毫米刻度线是否露出)+精确度可动刻度上与固定刻度中心线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)。精确度为0.01mm。注意:(1)螺旋测微器读数以“mm”为单位时,小数点后面一定有
2、三位数字。(2)螺旋测微器需要估读,读数时要估读到0.001mm。1.一游标卡尺的主尺分度值为1mm,游标尺上有20个小等分间隔,现用此游标卡尺来测量某工件的长度,如图甲所示,该工件的长度为mm。如图乙所示螺旋测微器的示数为cm。答案答案91.600.6750解析解析由题可知,游标卡尺是20分度,精度是0.05毫米,在甲图中可看到游标尺上0刻线的左侧主尺读数为9.1cm,而不是游标尺边缘左侧的9cm,游标尺上第12条刻线与主尺上某刻度对齐,所以该工件的长度L=91mm+120.05mm=91.60mm。从螺旋测微器固定刻度上读出整毫米数为6mm,半毫米数为0.5mm,可动刻度与固定刻度中心线对
3、齐的是25.0(最后一位是估读数字,不能省略),所以螺旋测微器的示数为:6mm+0.5mm+25.00.01mm=6.750mm=0.6750cm。2.(1)图甲中游标卡尺游标尺的每小格比主尺的每小格小mm;该游标卡尺的读数应为mm。(2)图乙中螺旋测微器的读数应为mm。甲乙答案答案(1)0.11.0(2)0.642解析解析(1)主尺每小格的长度为1mm,而游标尺上的刻度是把9mm分成了10份,每一份为0.9mm,所以游标尺的每小格比主尺的每小格小0.1mm,主尺读出1mm,游标尺读出0,所以读数为1.0mm;(2)从固定刻度上读出0.5mm,可动刻度与固定刻度中心线对齐的是14.2,所以示数
4、为:0.5mm+14.20.01mm=0.642mm。3.在一次实验中,张华同学用螺旋测微器测某长方体工件的厚度如图所示,根据图示可判断其厚度为mm。该学生用螺旋测微器、10分度游标卡尺、20分度游标卡尺、50分度游标卡尺中的某种仪器测得该工件的宽度为1.275cm,则该同学所用的仪器可能是(将正确答案的序号填在横线上)。答案答案1.700解析解析螺旋测微器固定刻度部分读数为1.5mm,可动刻度部分分度值为0.01mm,可动刻度部分读数为0.200mm,工件的厚度为1.700mm。若用某种仪器测出的工件的宽度为1.275cm=12.75mm,由于以毫米为单位,小数点后有两位有效数字,测量仪器不
5、可能是螺旋测微器和10分度的游标卡尺,又由于最后一位是5,50分度的游标卡尺最后一位不可能是5,所以应是。方法技巧方法技巧游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺,以 mm为单位,小数点后只有1位。20分度和50分度的游标卡尺以 mm为单位,小数点后有2位。(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据,再读游标尺数据,最后两数相加。游标卡尺读数不估读。(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线,从而把主尺的刻度读错。(4)螺旋测微器读数时,要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出;要准确到0.01 mm,估读到0.001 mm,即结果若用 mm为单位,则小数点后必须保留三位数字。考点
6、2“纸带”类实验1.实验仪器(1)打点计时器t=nT(n表示打点的时间间隔的个数,T表示打点周期);打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同。(2)光电计时器光电计时器能自动记录挡光时间,显示在读数窗口。(3)频闪照相机用相等时间间隔获取图像信息的方法记下物体在不同时刻的位置。2.求瞬时速度和加速度的方法(1)求瞬时速度的方法利用纸带求瞬时速度:利用做匀变速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。即打n点时的速度vn=。(2)求加速度的方法利用纸带求加速度A.如图所示,有连续的偶数段数据:a=B.连续的奇数段数据,去掉最短的x1,如图所示a=C.不连续的两段数据,如图所示
7、a=利用光电门求加速度若两个光电门之间的距离为L,则利用速度与位移的关系可求加速度,即a=。1.某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中,必要的措施是。A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。则小车的加速度a=m/s2(要求充分利用测量的数据),打点
8、计时器在打B点时小车的速度vB=m/s。(结果均保留两位有效数字)答案答案(1)AB(2)0.800.40解析解析(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时,为顺利完成实验,保证实验效果,细线与长木板要平行,否则小车受力会发生变化,选项A正确;为打的点尽量多些,需先接通电源,再释放小车,选项B正确;本题中只要保证小车做匀变速运动即可,无须保证小车质量远大于钩码的质量,选项C错误;同理,小车与长木板间可以有不变的摩擦力,无须平衡摩擦力,选项D错误。故必要的措施是A、B选项。(2)每相邻计数点间还有4个点,则T=0.1s,由s4-s1=3aT2、s5-s2=3aT2、s6-s3=3aT2知加速
9、度a=0.80m/s2;打B点时小车的速度vB=0.40m/s。2.用如图甲所示的实验装置验证质量为m1=50g、m2=150g的物体A、B组成的系统机械能守恒。B从高处由静止开始下落,A上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带,0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。则(计算结果保留两位有效数字,实验用交流电周期为0.02s)乙(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=m/s;(2)在打点05过程中系统动能的增加量Ek=J,为了简化计算,g取10m/s2,则系统重力势能的减
10、少量Ep=J;(均保留两位有效数字)(3)在本实验中,若某同学作出了v2-h图像,如图丙所示,h为从起点量起的长度,则据此得到当地的重力加速度g=m/s2。答案答案(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7解析解析(1)利用匀变速直线运动的推论有:v5=m/s=2.4m/s。(2)系统动能的增加量Ek=Ek5-0=(m1+m2)=(0.05+0.15)2.42J0.58J系统重力势能减小量Ep=(m2-m1)gh=0.110(0.384+0.216)J=0.60J。(3)由(2)可知,在误差允许的范围内,A、B组成的系统机械能守恒,则有(m2-m1)gh=(m1+m2)v2又(m1+m2)
11、=2(m2-m1)解得v2=h所以v2-h图像的斜率k=,解得g=9.7m/s2。3.某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”,图中装有砝码的小车放在长木板上,左端拴有一不可伸长的细绳,跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连。在砝码盘的牵引下,小车在长木板上做匀加速直线运动,图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点,该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6,打点计时器所接交流电的周期为T。小车及车中砝码的总质量为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,当地重力加速度为g。(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a=。(2)该同学先探究
12、合外力不变的情况下,加速度与质量的关系,以下说法正确的是。A.平衡摩擦力时,要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上,把木板不带滑轮的一端缓慢抬起,反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B.由于小车受到的摩擦力与自身重力有关,所以每次改变小车质量时,都要重新平衡摩擦力C.用天平测出M和m后,小车运动的加速度可以直接用公式a=求出D.在改变小车及车中砝码的总质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下,加速度与合外力的关系。他平衡摩擦力后,每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中,用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m,并通过打点计时器打出的纸带求出加速
13、度。得到多组数据后,绘出如图丙所示的a-F图像,发现图像是一条过坐标原点的倾斜直线。图像中直线的斜率表示(用本实验中可测量的量表示)。(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为。A.理想化模型法B.控制变量法C.极限法D.比值法答案答案(1)(2)D(3)(4)B解析解析(1)为了减小偶然误差,采用逐差法处理数据,有:s6-s3=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s4-s1=3a3T2为了更加准确地求解加速度,对三个加速度取平均值得:a=(a1+a2+a3)解得a=。(2)在该实验中,认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力,故在平衡摩擦力时,细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘,故A错误
14、;由于平衡摩擦力之后有Mgsin=Mgcos,故tan=,所以无论小车的质量是否改变,小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力,改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,故B错误;小车运动的加速度通过纸带求出,不能通过a=求出,故C错误;本实验中,只有满足砝码盘和盘中砝码的总质量m远小于小车及车中砝码的总质量M时,才能近似认为细绳拉力等于砝码盘和砝码的重力,所以在改变小车质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小,故D正确。(3)对砝码盘和砝码:mg-F=ma对小车:F=Ma联立得:mg=(M+m)a认为合力F=mg所以F=(M+m)a即a=F,a-F图像是过坐标原点的倾斜直线,直线的斜率
15、表示。(4)该实验采用控制变量法,先控制砝码盘和砝码的总重力不变,探究加速度与质量的关系,再控制小车和砝码盘及砝码的质量M+m不变,探究加速度与力的关系,故选B。4.某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示。在小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。甲乙(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动的起点,则应选段来计算A碰前的速度,应选段来计算A和B碰后的共
16、同速度。(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车A的质量mA=0.4kg,小车B的质量为mB=0.2kg,求碰前两小车的总动量、碰后两小车的总动量。答案答案(1)BCDE(2)0.420kgm/s0.417kgm/s解析解析(1)从分析纸带上打点的情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算小车A碰前的速度。从CD段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度。(2)小车A在碰撞前速度v0=m/s=1.050m/s小车A在碰撞前动
17、量p0=mAv0=0.41.050kgm/s=0.420kgm/s此即碰前两小车的总动量碰撞后A、B的共同速度v=m/s=0.695m/s碰撞后A、B的总动量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)0.695kgm/s=0.417kgm/s考点3“弹簧”“橡皮条”类实验1.刻度尺及弹簧测力计的读数(1)以mm为最小刻度值的刻度尺,要估读到mm的十分位。(2)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值,再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1N,则要估读,即有两位小数,如分度值为0.2N,则小数点后只能有一位小数。2.在“探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系”实验中数据处理的方法(1)图像法:根据
18、测量数据,在建好直角坐标系的坐标纸上描点,以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的直线。(2)列表法:将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内,弹力与弹簧伸长量的比值不变。(3)函数法:根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。3.验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。1.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此
19、时弹簧的伸长量l为cm;本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是;(填选项前的字母)A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是。答案答案6.93A超过弹簧的弹性限度解析解析l=14.66cm-7.73cm=6.93cm应逐一增挂钩码,不能随意增减,A项正确。弹簧下端钩码对弹簧的拉力过大,使弹簧形变量超过了弹簧的弹性限度,弹簧的伸长量不再是线性变化。2
20、.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是白纸上根据实验结果画出的图。(1)图乙中,是F1和F2的实际合力。(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变,当角从60逐渐增大到120的过程中,OC绳的拉力的变化情况是。(3)为了减小实验误差,下列措施中可行的是。A.拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些B.拉橡皮条时弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C.橡皮条弹性要好,在选择O点位置时,应让拉力适当大些D.拉力F1和F2的夹角越大越好答案答案(1)F(2)先减小后增大(3)ABC解析解析(
21、1)F是通过作图的方法得到合力的理论值,而F是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条,使橡皮条伸长到O点,使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同。故方向一定沿AO方向的是F,由于误差的存在,F和F并不完全重合。(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变,当角从60逐渐增大到120的过程中,合力大小和方向不变,根据平行四边形定则作出对应图像如图所示,则可知,OC绳的拉力的变化情况是先减小后增大。(3)为了减小实验的误差,拉橡皮条的细绳应该细一些且适当长一些,故A正确。拉弹簧测力计时必须保证与木板平面平行,故B正确。橡皮条弹性要好,选择拉结点达到某一位置O时,拉力要适当大些,故C正确。为
22、了减小实验的误差,拉力的夹角适当大一些,不是越大越好,故D错误。3.在“探究弹力和弹簧伸长的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中,实验装置如图甲所示。所悬挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。作出弹簧的长度(x)随钩码个数(n)变化的图像如图乙所示,则:(1)图线与x轴的交点的物理意义是;(2)图线BC段偏离了直线,其原因是;(3)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比,优点在于,缺点在于。答案答案(1)弹簧的原长(2)超出弹簧的弹性限度(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与桌
23、面、绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差解析解析(1)图线与x轴的交点的物理意义表示钩码个数n=0时弹簧的长度,即弹簧的原长。(2)根据胡克定律可知,在弹性限度内,弹簧的弹力与形变量成正比,因此随着所挂钩码的改变,图像应为一条倾斜直线,图线BC段偏离了直线,说明弹簧的弹力与形变量不成正比关系,因此其原因为超出了弹簧的弹性限度。(3)当弹簧竖直放置时,弹簧实际自身有重力,会对弹簧产生拉力,因此改为水平放置时可以避免弹簧自身所受重力对实验的影响,但是此时弹簧与桌面、绳子与滑轮间的摩擦却不可避免,成为它的缺点。方法技巧几点注意的问题:1.F-x和F-l图像的特点(其中x为弹簧的长度,l为弹簧的形变量)
24、(1)F-x为一条过原点的直线,而F-l为一条倾斜直线但不过原点。(2)F-x图线和F-l图线的斜率均表示弹簧(或橡皮筋)的劲度系数。(3)F-l图线在l轴的截距表示弹簧(或橡皮筋)的原长。(4)F-x和F-l图线发生弯曲的原因是弹簧(或橡皮筋)超出了弹性限度。2.在验证力的平行四边形定则的实验中,利用平行四边形定则求得的合力与测得的合力一般不完全重合。考点4力学创新实验1.创新设计实验分析创新设计实验通常可分为两类:第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律;第二类为给出实验规律,让你选择实验仪器,设计实验步骤,并进行数据处理。第一类必须在实验数据上下功夫,根据数据特点,掌握物理量间的关系
25、,得出实验规律;第二类必须从已知规律入手,正确选择测量的物理量,根据问题联想相关的实验模型,确定实验原理,选择仪器,设计实验步骤,记录实验数据并进行数据处理。2.创新实验题的解法实验原理是创新实验问题的关键,是进行这类实验设计的根本依据和起点。实验原理决定了应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目。实验原理应根据题干的要求、条件等信息确定。考向考向1试题情景的设计与创新试题情景的设计与创新1.某同学用如图所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数。图中长木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圆弧轨道与长木板的上表面在O点相切,一竖直标尺紧贴圆弧轨道左侧放置,圆弧曲面与标尺竖直面相切。(1)在A点由静
26、止释放物块,物块经圆弧轨道滑上长木板,最后停在a点,改变物块释放的位置于B点,物块最后停在长木板上的b点,量出A、B间的高度h,a、b间的距离L,重力加速度为g,则物块与长木板间的动摩擦因数=。(2)为了减小实验误差,多次改变物块释放的位置,测出每次物块释放的位置离A点的高度h,最后停在长木板上的位置离O点的距离为x,作出x-h图像,则作出的图像应该是一条(填“过原点”或“不过原点”)的倾斜直线,求出图像的斜率为k,则物块与长木板间的动摩擦因数=。答案答案(1)(2)不过原点解析解析(1)由能量守恒可知,mgh=mgL,得=。(2)设OA间的高度为H,则mg(h+H)=mgx,得x=h+H,因
27、此图线是一条不过原点的倾斜直线,图线的斜率k=,得=。考向考向2实验器材的等效与替换实验器材的等效与替换2.某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平,安装好实验器材,从图中读出两光电门中心之间的距离s=cm;(2)测量挡光条的宽度d,记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F,为了完成实验,还需要直接测量的一个物理量是;(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量?(填“是”或“否”)。答案答案(1)50.0(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否解析解析(1)光电门1处读数为20.
28、0cm,光电门2处读数为70.0cm,故两光电门中心之间的距离s=70.0cm-20.0cm=50.0cm;(2)由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。滑块通过光电门1速度为:v1=滑块通过光电门2速度为:v2=根据功能关系需要验证的关系式为:Fs=M-M=M-M,可见还需要测量出M,即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量;(3)该实验中由于已经用拉力传感器测出细绳拉力大小,不是将砝码和砝码盘的重力作为滑块的拉力,故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。考向考向3实验结论的拓展与延伸实验结论的拓展与延伸3.某同学用图(a)所示的实验装置
29、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。图(a)图(b)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。答案答案(1)(
30、s1+s2)f(s2+s3)f(s3-s1)f2(2)40解析解析(1)匀变速直线运动中,某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度:vB=(s1+s2)f,同理vC=(s2+s3)f,加速度a=(s3-s1)f2。(2)由牛顿第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g又由(1)问知:a=联立得f=40Hz方法技巧方法技巧力学实验中速度的测量可采用:(1)定义法测瞬时速度,如光电门测速度;(2)留迹法测瞬时速度,如打点计时器、频闪照相机等;(3)转换法测瞬时速度,速度是一个不易测量的物理量,可以转化为较为容易测量的物理量,如位移、角度、力等,位移传感器、速度传感器等就是利用这种原理进
31、行测量的。1.(2018课标,22,5分)如图(a),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。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,标尺示数如图(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3位有效数字)。答案答案3.77553.7解析解析本题考查游标卡尺的读数方法和胡克定律。此
32、标尺为二十分度的标尺,精确度为0.05mm,读数=整毫米数(主尺)+n精确度,所以读数为37mm+150.05mm=37.75mm=3.775cm。当托盘中放入砝码稳定时,弹簧的伸长量x=3.775cm-1.950cm=1.825cm。由平衡条件得F=mg,由胡克定律得F=kx,联立得k=53.7N/m。2.(2018课标,23,9分)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力
33、的大小。某次实验所得数据在下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列问题:(1)f4=N;(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f=,f-m图线(直线)的斜率的表达式为k=;(4)取g=9.80m/s2,由绘出的f-m图线求得=。(保留2位有效数字)答案答案(1)2.75(2)如图所示(3)(M+m)gg(4)0.40解析解析本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的
34、计算及分析图像的能力。(1)由图可知弹簧秤的读数为2.75N。(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上,不在线上的点应均匀分布在线的两侧。(3)以木块和砝码为研究对象,整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力,f=(M+m)g,整理得f=mg+Mg,故f-m图线的斜率k=g。(4)由图知k=3.9N/kg,故=0.40。3.(2017课标,22,5分)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
35、的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)图(a)图(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2位有效数字)答案答案(1)从右向左(2)0.190.037解析解析本题考查研究匀变速直线运动。(1)由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动,故相邻水滴间的距离逐渐减小,结合图(b)可知小车向左运动。(2)由题意知,30s内滴下46滴水,共45个时间间隔,故相邻两滴水的时间间隔T=s=s。由匀变速直线运动中平
36、均速度等于中间时刻的瞬时速度可得vA=mm/s=0.19m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a=mm/s2=0.037m/s2。4.(2017课标,22,6分)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下:如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t;用s表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示,表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小,
37、求出;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;利用实验中得到的数据作出-t图,如图(c)所示。图(c)完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与vA、a和t的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留3位有效数字)答案答案(1)vA+t(2)52.116.3解析解析本题考查匀变速直线运动的基本规律、利用光电门测量平均速度的实验方法,考查学生的实验能力和数据处理能力。挡光片通过光电门的平均速度等于t时间段的中间时刻的速度由v=v0+
38、at可知=vA+a即=vA+at,由图像的截距可知vA=52.12cm/s52.1cm/s其斜率k=a,故滑块的加速度a=2k=16.3cm/s25.(2017课标,22,6分)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1mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。(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。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使
39、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F1=4.2N和F2=5.6N。()用5mm长度的线段表示1N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力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(a)图(b)()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。答案答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如图所示()4.00.05解析解析(1)测力计读数时需要进行估读,此测力计分度值为0.2N,则F
40、的大小为4.0N。(2)()作力的图示时,要选好标度,再根据F1、F2的方向及大小作出相应两力的图示,图见答案。分别以F1、F2为邻边作平行四边形并作出F1、F2之间的对角线,即得F合。()表示F合的线段的长度为20.0mm,根据标度算出F合大小为4.0N。实际合力F的方向沿AO方向,对角线为F合方向,则两者夹角的正切值tan=0.05。6.(2016课标,23,10分)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每
41、个质量均为0.010kg。实验步骤如下:图(a)(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图像,经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示;由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。n12345a/ms-20.200.580.781.00(4)利用表中
42、的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图像。从图像可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。图(b)图(c)(5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8ms-2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是(填入正确选项前的标号)。A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大答案答案(3)0.39(2分。在0.370.49范围内都给分) (4)如图所示(3分)(5)0.45(3分。在0.430.47范围内都给分)(6)BC(2分。选对一个给1分
43、,有选错的不给这2分)解析解析(3)由s=at2得:a=,在s-t图像中找一点坐标,代入公式即可求出a。(5)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a=,a-n图像的斜率k=,从而可解出M。(6)对于已平衡摩擦力的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a=n;对于木板水平的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg-M+(N-n)mg=(M+Nm)a,整理得:a=n-g,比较可见,B、C均正确。7.(2016课标,22,6分)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图(a)(1)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是(填入代表步骤的序号)。(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s。比较两纸带可知,(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图(b)
