老高考适用2023版高考物理二轮总复习第1部分题突破方略专题6物理实验第1讲力学实验及创新课件

第一部分专题突破方略专题六物理实验第1讲力学实验及创新真题速练·明考情核心知识·固双基命题热点·巧突破真题速练·明考情1．(2022·湖南，11)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图甲所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量．主要实验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g．(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：序号12345硬币数量n/枚510152025橡皮筋长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图乙上描点，绘制图线：(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示，此时橡皮筋的长度为_________cm．(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为______g(计算结果保留3位有效数字)．15.35

127

【答案】如图所示：【解析】

(4)由题图丙可知，刻度尺的分度值为1mm，读数为15cm＋3.5mm＝153.5mm＝15.35cm．(5)由(3)题答案图可知，当L＝15.35cm时，n＝21枚，则冰墩墩的质量m＝21×6.05g＝127g．2．(2022·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验．一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示．拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin．改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程．根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图象是一条直线，如图乙所示．(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒．则图乙中直线斜率的理论值为_______．(2)由图乙得：直线的斜率为_________，小钢球的重力为________N．(结果均保留2位有效数字)(3)该实验系统误差的主要来源是______(单选，填正确答案标号)．A．小钢球摆动角度偏大B．小钢球初始释放位置不同C．小钢球摆动过程中有空气阻力－2

－2.1

0.59

C

3．(2022·全国乙，22)用雷达探测一高速飞行器的位置．从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列问题：(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是_______________________________．(2)当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝_______m/s．(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝______m/s2(保留2位有效数字)．相邻1s内的位移之差接近80m

547

79

4．(2022·全国甲，23)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究．让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞．完成下列填空：(1)调节导轨水平．(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg．要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为_________kg的滑块作为A．(3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等．(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2．0.304

(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4).多次测量的结果如下表所示．0.31

0.32

0.34

〔备考策略〕命题特点：1．常规实验：立足教材，侧重考查完成实验的能力．主要涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排，以及实验数据的处理、实验误差的分析．2．创新实验：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也加大了．主要表现在：(1)实验器材的等效与替换，如用气垫导轨代替长木板、光电门和频闪照相机代替打点计时器等．(2)实验结论的拓展与延伸，如通过实验装置测出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求动摩擦因数；通过平抛运动测定重力加速度等．(3)试题情境的设计与创新．常用到的思想方法有：等效替代法、图象法、平均值法、列表法、逐差法、控制变量法．核心知识•固双基“科学探究”展示三、实验的创新与设计应注意的几点1．加强对实验思想方法的归纳，如控制变量法、图象法、逐差法、模拟法、转换法、放大法、替代法等．这样在新的实验情境下，才能设计合理的实验方案．2．克服思维定式的影响，加强对已掌握的实验原理的理解和仪器的正确使用方法的训练，才能在新情境下进行迁移利用．命题热点•巧突破考点一基本仪器的使用、误差、有效数字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确定主尺的分度(单位一般是cm，分度值为1mm)，把数据读成以毫米为单位的．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度，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0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字．〔考向预测〕1．在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测量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．该同学用下列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)．①螺旋测微器②10分度游标卡尺③20分度游标卡尺1.700

③

【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，测量仪器不可能是①螺旋测微器和②10分度的游标卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游标卡尺最后一位才可能是5，所以应是③．2．(2022·济南三模)(1)利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示．该工件的直径为_________cm，高度为_____________________mm．1.070

6.865(6.864～6.866)

(2)图丙为“研究匀变速直线运动规律”实验中获得的一条纸带，已知打点计时器的频率为50Hz，采用逐差法求得加速度的大小a＝______m/s2．(结果保留两位小数)2.40

3．(2022·汉中第一次检测)(1)用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“图甲”或“图乙”)．图甲

(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图丙所示，则此示数为_________mm．6.700

(3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50Hz，打出一段纸带如图丁所示．打下计数点2时，测得的瞬时速度v＝______m/s．0.36

考点二纸带类实验“长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及注意事项(1)打点计时器系列四个实验力学实验中用到打点计时器的实验主要有4个，分别是研究匀变速直线运动，验证牛顿运动定律，探究动能定理，验证机械能守恒定律．(2)纸带数据的处理方法(3)平衡摩擦力的两个实验及方法验证牛顿运动定律和探究动能定理两个实验均需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是垫高有打点计时器的一端，给小车一个初速度，使小车能匀速下滑．(4)四个关键点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电源，打点稳定后，再释放纸带．③实验数据处理可借助图象，充分利用图象斜率、截距等的物理意义．④小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车≫m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的重力．如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不要求M车≫m挂．〔考向预测〕1．(2022·河北名校联考)利用如图所示装置，可以完成“研究匀变速直线运动规律”“探究加速度与力、质量的关系”“探究功与速度变化的关系”等力学实验．

(1)用图示装置完成上述三个实验中______．A．都需要用天平来称量小车质量B．都需要调节滑轮高度使细线与木板平行C．都必须平衡摩擦力B

(2)图中的(a)(b)(c)分别为上述三个实验中作出的小车速度与时间、小车加速度与小车质量、合外力对小车做功与小车速度平方的关系图象，下列说法正确的是______．A．图(a)：v轴的截距表示打计数点“0”时的速率B．图(b)：由图线可知小车的加速度与其质量成反比C．图(c)：不能仅通过一条纸带上的数据就作出该图线A

(3)利用图示中的实验装置，平衡摩擦力后，________(选填“能”或“不能”)验证“机械能守恒定律”．【解析】

(1)实验“研究匀变速直线运动规律”不需要平衡摩擦力，也不需要称小车质量，A、C错误；三个实验中拉小车的细线必须与长木板平行，B正确．故选B．不能

2．(2022·全国模拟预测)某实验小组想通过如图所示的实验装置测定物体A(带有宽度为D的遮光片)的质量M．已知钩码的质量为m，实验时将待测物体A由静止释放，测得遮光片通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，若不计绳与滑轮间的摩擦及绳和滑轮的质量，重力加速度为g，为完成本实验还需要测量的物理量为______________________________(写出物理量的名称及符号)，由测量数据可求得物体A的加速度a＝________；待测物体A的质量M＝________(用加速度a及已知量表示)．光电门1和光电门2间的距离h

【解析】实验中由测得遮光片经光电门的速度与两光电门之间的距离，利用匀变速直线运动的速度与位移的关系式，可求得物体A的加速度，所以本实验还需要测量的物理量为光电门1和光电门2之间的距离h．3．(2022·广东广州三模)用如图甲装置来验证机械能守恒定律．带有刻度的玻璃管竖直放置，光电门的光线沿管的直径并穿过玻璃管，小钢球直径略小于管的直径，该球从管口由静止释放．完成下列相关实验内容：4.000

5.60

见解析

9.6

【解析】

(1)螺旋测微器的主尺读数为4.0mm，转动刻度上的读数为0.0×0.01mm＝0.000mm所以最终读数为4.0mm＋0.000mm＝4.000mm刻度尺最小刻度为1mm，估读到0.1mm，结果为56.0mm＝5.60cm．(3)根据所描的点连成过原点的倾斜直线，让尽量多的点在直线上或对称的分布在两侧，如图所示4．(2022·广东名校联考)某实验小组用如图所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系．铁架台固定在水平桌面上，将足够长的薄长木板倾斜放置，一端固定在水平桌面边缘P处，另一端放置在铁架台的铁杆上，忽略铁杆粗细，P处放置一光电门(未画出)．实验步骤如下：①用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度l，用天平测出滑块的质量m；②平衡摩擦力：以P处为长木板的转动中心，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动．在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平桌面的高度H；③长木板一端保持在P处，另一端放置在铁架台竖直杆Q2位置，用刻度尺量出Q1、Q2的距离h1，将滑块从木板上的Q2位置由静止释放，记录挡光片的挡光时间t1；④保持长木板一端在P处，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤③数次．Ⅰ．滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题(已知重力加速度为g)．(1)滑块动能的变化量ΔEk＝______．(2)滑块克服摩擦力做的功Wf＝__________．(3)合力对滑块做的功W合＝___________．mgH

mgh1

(2)滑块从Q1位置释放匀速下滑时，设Q1P长度为L，由动能定理有mgH－μmgLcosθ＝0且Lcosθ＝x，得μmgx＝mgH(x为P到铁架台竖直杆的距离，θ为此时长木板的倾角)从Q2释放时，设长木板的倾角为α，Q2P长度为l′，则克服摩擦力做功为Wf＝μmgl′cosα，l′cosα＝x，故Wf＝μmgx＝mgH．(3)合力做的功W合＝mg(H＋h1)－Wf＝mgh1．考点三“橡皮条、弹簧”类实验1．探究弹力和弹簧伸长量的关系操作关键(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度．(2)画图象时，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直线两侧．2．验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸后结点O的位置必须保持不变．(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．〔考向预测〕1．(2022·广东湛江模拟)如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量已知的相同钩码，探究弹簧弹力与形变量的关系．(1)本实验还需要的实验器材有__________．(2)如图乙所示，根据实验数据绘图，横轴为弹簧的形变量x，纵轴为钩码的质量m．已知重力加速度大小g＝9.8m/s2，则弹簧的劲度系数k＝_______N/m(结果保留两位有效数字)．(3)从图乙可以看出，当弹簧下端未挂钩码时，弹簧也有一定的伸长量，其原因是__________________．刻度尺

9.8

弹簧自重的影响

2．(2022·河南温县模拟)某同学在“探究弹簧和弹簧伸长量的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为1000N/m．如图所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验．在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下：

(1)弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是________N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为________N．(第二空保留2位小数)(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤b的读数________(填“变大”“变小”或“不变”)．8.00

6.00

变大

(2)如图所示，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，可知弹簧秤b的读数变大．考点四力学创新实验1．力学创新型实验的特点(1)以基本的力学实验模型为载体，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．力学创新实验的分类(1)第一类是通过实验和实验数据的分析得出物理规律．这类实验题目需认真分析实验数据，根据数据特点掌握物理量间的关系，得出实验规律．(2)第二类是给出实验规律，选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理．这类实验题目需从已知规律入手，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．3．创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，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．

(2022·广东惠州三调)图(a)是测量木块与木板间动摩擦因数的实验装置．接通电源，开启打点计时器，从斜面上某点释放木块，木块沿木板滑下，多次重复后选择点迹清晰的一条纸带如图(b)所示．图中0～4是选取的五个计数点，相邻两计数点的时间间隔为T，如图(b)所示，测出了两个计数点的间距x1和x4，重力加速度为g，完成下列填空：典例1(1)木块下滑的加速度大小为_________(用符号T、x1、x4表示)；(2)下列物理量中，还需测量的是______；A．木块的质量m B．木板的质量MC．木块下滑的时间t D．木板的倾角(3)木块与木板间的动摩擦因数为_____________________；(4)实验中发现动摩擦因数的测量值大于实际值，可能的一个原因是________________________．D

木块受到纸带阻力作用

〔方法技巧〕测定动摩擦因数实验一般结合在“研究匀变速直线运动”“验证牛顿运动定律”或“探究动能定理”等实验中考查．实验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数．

(2022·山东，13)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验．受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示．主要步骤如下：典例2①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上．②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨．③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块．弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时．④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图象，部分图象如图乙所示．回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为______N/m．(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图象如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg．(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a-F图象Ⅱ，则待测物体的质量为________kg．12

0.20

0.13

〔考向预测〕1．(2022·广东高考