13 力学实验-挑战2022年高考物理考前必突破16个必考

PAGEPAGE1挑战2022年高考物理考前必突破16个必考热点热点13力学实验目录【热点解读】 2【高考真题再练】 2【核心考点】 5【最新热点分析】 5热点一纸带类问题(含频闪照相、光电门) 5热点二弹簧、橡皮条问题 8【考场练兵】 10一、基础强化练 10二、能力提升练 13【热点解读】1、本专题主要通过加速度和瞬时速度的测量，（也就是位移和时间的测量）来探究匀变速直线运动规律，验证牛顿第二定律，探究动能定理，验证机械能守恒定律等试验。高考力学创新实验题常把考查内容延伸到演示实验中,甚至拓展到迁移类实验、应用性实验、设计性实验。要求学生利用所学知识,对实验仪器或实验方法重组,将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情境新颖的实验中去。2、通过本专题学习可快速提升学生的审题能力，推理能力，实验综合分析能力，创新能力。3、用到的相关知识有：串匀变速直线运动规律，牛顿运动定律，动能定理等。【高考真题再练】1.(2019全国Ⅰ卷)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3位有效数字);物块下滑的加速度大小为m/s2(保留2位有效数字)。

【情境剖析】本题属于基础性题目，以物体沿倾斜木板加速下滑为素材创设学习探索问题情境。【素养能力】本题考查的学科素养是科学探究，关键能力是实践操作能力群中的实验探究能力。从题图正确读出、记录相邻点间的位移大小，结合匀变速直线运动规律求出要求的速度和加速度。2.(2019全国Ⅲ卷)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是。(填正确答案标号)

A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答:。

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到lab=24.5cm、lac=58.7cm,则该地的重力加速度大小为g=m/s2。(保留2位有效数字)

【情境剖析】本题属于应用性、创新性题目，以数码相机的连拍功能测量重力加速度为素材创设学习探索问题情境。【素养能力】本题考查的学科素养是科学探究、关键能力是实践操作能力群中的实验探究能力。即在创新性的实验情境下挑选实验器材进行实验设计并从拍得的照片中获取信息，分析数据得出结论。3.(2020北京卷)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:甲(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图甲所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是(选填选项前的字母)。

A.小车质量相同,钩码质量不同B.小车质量不同,钩码质量相同C.小车质量不同,钩码质量不同(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如下表所示。在图乙所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-1M次数1234567a/(m·s-2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00乙丙(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图丙中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是(选填选项前的字母)。

A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力【情境剖析】本题属于基础性题目，以“探究加速度与质量、力的关系”的实验装置为素材创设学习探索问题情境。【素养能力】本题考查了考生“设计实验与制订方案、获取和处理信息＂等科学探究的能力。要求考生利用已学基础知识和实验原理，能结合实验数据分析相关问题。4.(2020全国Ⅲ卷)某同学利用图甲所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图乙所示。已知打出图乙中相邻两点的时间间隔为0.02s,从图乙给出的数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小vB=m/s,打出P点时小车的速度大小vP=m/s。(结果均保留2位小数)

若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图乙给出的数据中求得的物理量为。

甲乙【情境剖析】本题属于基础创新性题目，以“探究加速度与质量、力的关系”的实验装置验证动能定理、创设学习探索问题情境。【素养能力】本题考查了考生“设计实验与制订方案、获取和处理信息”的科学探究能力。要求考生利用已学基础知识和实验原理，能结合实验数据分析相关问题。【核心考点】1、纸带类问题(含频闪照相、光电门)瞬时速度、加速度（重力加速度）的测量等弹簧、橡皮条问题应用弹簧或橡皮条探究弹力与弹簧伸长的关系，验证力的平行四边形定则，探究动能定理等【最新热点分析】热点一纸带类问题(含频闪照相、光电门)【典例1】(2021海南海口高三三模)某实验小组做“探究加速度和力、质量的关系”实验。(1)用如图甲所示的装置做实验,图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示细线所受拉力的大小。实验时,下列操作必要且正确的是。

甲A.将长木板右端适当垫高,使小车前端的滑轮不挂砂桶时,小车能自由匀速滑动B.为了减小误差,实验中要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量C.实验时,拉小车前端滑轮的细线必须保持水平D.实验时,使小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录拉力传感器的示数(2)在正确、规范的操作下,打出一条如图乙所示的纸带,每相邻两个计数点之间还有四个计时点没有画出来,纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离,打点计时器电源的频率为50Hz。则小车做匀加速直线运动的加速度大小a=m/s2。(结果保留三位有效数字)

乙(3)带滑轮的长木板水平放置,保持小车质量M不变,改变砂桶里砂的质量测出每次拉力传感器的示数F和小车对应的加速度a,作a-F图象。下列图线正确的是。

【典例2】(2021云南高三二模)某同学利用图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)

【方法规律归纳】1.纸带问题的两个关键点(1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点,计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的。(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放纸带。2.纸带数据的处理方法热点二弹簧、橡皮条问题【典例3】(2021江西南昌高三三模)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中:(1)甲同学在做该实验时,通过处理数据得到了图甲所示的F-x图象,其中F为弹簧弹力,x为弹簧长度。请通过图甲,分析并计算,该弹簧的原长x0=cm,弹簧的弹性系数k=N/m。该同学将该弹簧制成一个弹簧测力计,当弹簧测力计的示数如图乙所示时,该弹簧的长度x=cm。

(2)乙同学使用两个不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示。下列表述正确的是。

A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.测得的弹力与弹簧的长度成正比【典例4】(2021浙江卷)用如图甲所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车,盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由纸带测出,以小车为研究对象,改变砝码质量,便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。甲(1)关于这个实验,下列说法正确的是;

A.需要补偿小车受到的阻力的影响B.该实验装置可以“验证机械能守恒定律”C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行D.需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量(2)图乙是两条纸带,实验时打出的应是纸带(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”);

乙(3)根据实验数据,在坐标纸上画出的W-v2图象是一条过原点的直线,据此图象(选填“能”或“不能”)求出小车的质量。

【方法规律归纳】1.探究弹力与弹簧伸长的关系实验数据的处理方法列表法:将测得的实验数据填入设计好的表格中,可以分析两物理量间的定性关系。图象法:根据记录的实验数据在平面直角坐标系内进行作图。若是曲线应平滑,若是直线要让尽量多的点过直线,或均匀分布在直线两侧。函数法:往往是根据图象得到物理量间的函数关系方程式2.验证力的平行四边形定则(1)实验原理使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同。(2)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。探究动能定理在探究动能定理时,通常有定性分析和定量计算两种考查方式。定性分析一般要求作出W-v2图象,也可以拓展为与W或v2相关的物理量间的关系图象,如l-v2等;定量计算时需要用W=Fl计算合外力做的功,再利用ΔEk=12mv2-12mv0【考场练兵】一、基础强化练1.(2022届高考物理精创预测卷)如图甲所示，是某同学探究弹簧弹力大小与弹簧形变量的关系的实验装置，两水平定滑轮固定于两点，一条轻绳跨过定滑轮，左端挂上钩码，其中钩码的个数可加减，绳子右端与弹簧上端连接，弹簧竖直地固定在水平地面上，且弹簧外面套有一足够光滑、直径稍微比弹簧横截面大一些的透明圆筒，旁边竖直固定的刻度尺可以方便地读出弹簧的形变量。根据平衡时左边所挂钩码的质量就可以得到弹簧的弹力大小，或者将定滑轮上的细线撤走后，在圆筒内的弹簧上面放钩码，根据平衡条件读出此时钩码的质量和弹簧的压缩量，就可以简单方便地将力与形变量的关系作出来，如图乙所示。

（1）根据测量数据，该弹簧的劲度系数是________（保留三位有效数字）；（2）图线不过原点的原因是________________；（3）实验时该同学所用钩码有的已经被磨损，它测出来弹簧的劲度系数与实验值相比________（填“偏大”“相等”或“偏小”）。2.(2021浙江衢州高三二模)(1)(多选)在探究求合力的方法的实验中,通过对拉的方法来选择两个弹簧测力计,方案一:两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉(如图甲所示),方案二:两弹簧测力计置于水平桌面对拉(如图乙所示),下列说法正确的是。

A.弹簧测力计使用前必须进行调零B.实验时,两个弹簧测力计的量程需一致C.若方案一的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用D.若方案二的两弹簧测力计读数相等,则可正常使用(2)(多选)在探究求合力的方法的实验中,某实验小组使用的弹簧测力计量程为5.0N,将橡皮条一端固定,先用两只弹簧测力计将橡皮条另一端拉到某一位置,标记为O点,紧靠细绳标记A、B两点,并记录弹簧测力计读数,然后用一只弹簧测力计将其拉至O点,标记紧靠细绳的C点,并记录弹簧测力计读数,该小组完成的部分实验数据记录在图丙中。①按实验要求在图丙中完成作图;②结合图丙,分析实验过程与结果,下列措施对减小实验误差有益的是。

A.适当增加橡皮筋的原长B.适当增大两细绳的夹角C.增大A、B两点到O点的距离D.增大弹簧测力计的拉力3.(2021江西赣州高三二模)图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:①用天平测量物块和遮光条的总质量M,重物的质量m,用游标卡尺测量遮光条的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;②调整轻滑轮,使细线水平;③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字计时器分别测出遮光条经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a;④多次重复步骤③,求a的平均值a;⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。回答下列小题:(1)下列说法正确的是。

A.此实验需要平衡摩擦力B.此实验需要遮光条的宽度d尽量小些C.此实验需要满足M远大于m的条件D.此实验需要两光电门之间的距离s尽量小些(2)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的读数如图乙所示,其读数为cm;

(3)请用M、m、d、s、ΔtA、ΔtB和重力加速度g表示动摩擦因数μ=。

4.(2021广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,ΔL3=cm,压缩量的平均值ΔL=(2)上述ΔL是管中增加个钢球时产生的弹簧平均压缩量;

(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,该弹簧的劲度系数为N/m(结果保留3位有效数字)。

能力提升练5.（2022昆明一中、银川一中高三联合考试）现利用图a所示的装置验证动量守恒定律。在图a中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm，打点计时器所用交流电的频率f=50.0Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为△tB=3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图b所示。根据图b中所标数据，可分析推断出碰撞发生在______间，A滑块碰撞前的速度为____m/s，B滑块碰撞前的速度为_____m/s,A滑块碰撞后的速度为_____m/s，B滑块碰撞后的速度为_________m/s。（结果保留三位有效数字）6.(2021江苏南通高三二模)用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系,把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上,小车的左端连接穿过打点计时器的纸带,右端连接细线,细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码,通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。甲(1)下列实验操作正确的有。

A.先释放小车后接通电源B.调整定滑轮使细线与长木板平行C.平衡摩擦力时必须移去纸带D.平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码(2)某次实验打出的一条纸带如图乙所示,测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x1=3.60cm、x2=9.61cm、x3=18.01cm、x4=28.81cm。已知打点计时器打点周期为0.02s,相邻计数点间有四个点未画出,则小车的加速度a=m/s2(结果保留三位有效数字)。

乙(3)实验中保持托盘和砝码的总质量不变,改变小车和车内沙子的总质量M,进行实验打出纸带,算出相应的加速度a,数据描在图丙中,请在图丙中根据描出的点作出a-1M图象;由图象可得出的结论是。7.(2021河北卷)某同学利用图甲中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200g,其上可放钩码)、刻度尺。当地重力加速度为9.80m/s2。实验操作步骤如下:甲①安装器材,调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图甲所示;②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示。M/kg0.2000.2500.3000.3500.400ΔEk/J0.5870.4900.3920.2940.195ΔE/J0.3930.4900.6860.785回答下列问题:(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为J(保留三位有效数字);

(2)步骤④中的表格所缺数据为;