高考物理复习专题九实验技能与创新第1讲力学实验与创新市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第1讲力学试验与创新专题九试验技能与创新1/66高考题型2

“纸带类”试验高考题型3力学创新试验高考题型1橡皮条、弹簧、碰撞类试验高考题精选精练2/66橡皮条、弹簧、碰撞类试验高考题型13/66例1

(·四川成城市第一次诊疗)将两根自然长度相同、劲度系数不一样、粗细也不一样弹簧套在一起，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、套成新弹簧(记为C)劲度系数为k3.关于k1、k2、k3大小关系，同学们做出了以下猜测：甲同学：和电阻并联相同，可能是乙同学：和电阻串联相同，可能是k3＝k1＋k2丙同学：可能是k3＝(1)为了验证猜测，同学们设计了对应试验(装置如图1).图14/66(2)简明试验步骤以下，请完成对应填空.a.将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A自然长度L0；b.在弹簧A下端挂上钩码，记下钩码个数n、每个钩码质量m和当

地重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧长度L1；c.由F＝____计算弹簧弹力，由x＝L1－L0计算弹簧伸长量，由k＝

计算弹簧劲度系数；d.改变__________，重复试验步骤b、c，并求出弹簧A劲度系数平

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劲度

系数平均值k2、k3.比较k1、k2、k3并得出结论.nmg钩码个数解析依据共点力平衡可知：F＝nmg改变钩码个数，重复试验答案解析5/66(3)图2是试验得到图线，由此能够判断____同学猜测正确.答案解析图2乙6/66技巧点拨探究弹力和弹簧伸长量关系(1)试验原理要测出每次悬挂重物重力大小F和弹簧伸长长度x，建立F－x坐标系，描点作图探究.(2)操作关键①试验中不能挂过多钩码，会使弹簧超出弹性程度.②作图象时，不要连成“折线”，而应尽可能让坐标点落在直线上或均匀分布在两侧.7/661.(·全国卷Ⅲ·22)某探究小组做“验证力平行四边形定则”试验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)纸贴在水平桌面上，如图3(a)所表示.将橡皮筋一端Q固定在y轴上B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上A点时，橡皮筋处于原长.对点拓展练21图38/66答案21解析(1)用一只测力计将橡皮筋P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F大小可由测力计读出.测力计示数如图(b)所表示，F大小为____N.4.0解析由图(b)可知，F大小为4.0N9/66答案21解析(2)撤去(1)中拉力，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)中两条虚线所表示方向，由测力计示数读出两个拉力大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.(ⅰ)用5mm长度线段表示1N力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2图示，然后按平行四边形定则画出它们协力F合；图3答案看法析图10/6621解析画出力F1、F2图示，如图所表示11/66答案21解析(ⅱ)F合大小为____N，F合与拉力F夹角正切值为____.若F合与拉力F大小及方向偏差均在试验所允许误差范围之内，则该试验验证了力平行四边形定则.4.00.05解析用刻度尺量出F合线段长约为20mm，所以F合大小为4.0N，量出协力箭头处到y轴距离和所作协力在y轴投影长度，则F合与拉力F夹角正切值为tanα＝0.05.12/662.(·河北唐山市一模)气垫导轨是一个试验辅助仪器，利用它能够非常准确地完成多个高中物理试验，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，试验装置如图4.21图413/66(1)对导轨进行调整平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块a.调整调整旋钮，轻推滑块，观察滑块经过两光电门时间，当_________________________________________时，说明导轨已经水平.答案21解析滑块a(遮光条)经过两个光电门所用时间相等解析假如平衡，滑块a将在导轨上做匀速运动，所以经过两个光电门所用时间相等；14/66(2)使用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb，然后按如图所表示方式放在气垫导轨上.使滑块a取得向右速度，滑块a经过光电门1后与静止滑块b碰撞并粘在一起，遮光条经过光电门1、2时间分别为t1、t2，则上述物理量间假如满足关系式_____________，则证实碰撞过程中两滑块总动量守恒.答案21解析15/66解析依据动量守恒定律可知，mav1＝(ma＋mb)v221依据速度公式可知v1＝

，v2＝

，代入上式可得应满足公式为： .16/66“纸带类”试验高考题型217/66(1)平衡摩擦力时，若全部操作均正确，打出纸带如图乙所表示，应____(填“减小”或“增大”)木板倾角，重复调整，直到纸带上打出点迹________为止.例2

(·广东惠州市第三次调研)在“探究加速度与力、质量关系”试验时，采取了如图5甲所表示试验方案.操作以下：图5答案解析增大间距相等18/66解析依据题图乙可知，小车做减速运动，说明平衡摩擦力不足，所以需要增大倾角，直到打出点迹均匀为止，即相邻两点间距相等；19/66答案(2)已知小车质量为M，盘和砝码总质量为m，要使细线拉力近似等于盘和砝码总重力，应该满足条件是m_______M(填“远小于”“远大于”或“等于”).解析远小于解析对整体：mg＝(M＋m)a当M≫m时，能够认为小车受到协力等于盘和砝码总重力，故填远小于.20/66答案(3)图丙为小车质量一定时，依据试验数据描绘小车加速度a倒数与盘和砝码总质量m倒数之间试验关系图象.若牛顿第二定律成立，则小车质量M＝_____kg.(g取10m/s2)解析0.0821/66技巧点拨1.“纸带类”试验包括了力学中研究速度随时间改变规律、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个试验.2.利用纸带能够计算计数点速度和用逐差法计算加速度.3.注意掌握：(1)接通电源、释放纸带先后次序；(2)是否需要平衡摩擦力；(3)是否需要m≪M；(4)是否需要测量质量等.22/663.(·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间.试验前，将该计时器固定在小车旁，如图6(a)所表示.试验时，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)统计了桌面上连续6个水滴位置.(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)对点拓展练43图623/6643(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.答案解析从右向左解析小车在阻力作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间距离逐步减小，所以小车在桌面上是从右向左运动.24/6643(2)该小组同学依据图(b)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0.190.03825/664.(·四川绵阳市二诊)用如图7甲所表示装置验证机械能守恒定律.已知打点计时器打点频率f＝50Hz.43图726/66(1)试验中得到一条纸带如图乙所表示，第一个打点标识为O，选择点迹清楚且便于测量连续5个点，标为A、B、C、D、E，测出A、C、E到O点距离分别为d1＝9.51cm、d2＝15.71cm、d3＝23.47cm.重物质量为0.5kg，当地重力加速度g＝9.80m/s2.现选取重物在OC段运动进行数据处理，则OC段重力势能降低许为_____J，动能增加量为_____J.(计算结果均保留两位有效数字)43答案0.770.7627/66(2)假如测得纸带上第一个和第二个打点间距离大约是6mm，出现这种情况可能原因是________.A.重锤质量过大B.电源电压偏大C.先释放纸带后接通打点计时器电源D.打点计时器没有竖直固定43答案√28/66力学创新试验高考题型329/66例3

(·河北邯郸市模拟)如图8甲所表示，上表面光滑楔形木块A固定在水平放置压力传感器上.某同学将质量不一样小钢球从斜面顶端由静止释放(每次只有一个小球)，统计小钢球在斜面上运动时压力传感器示数，并依据试验数据作出F－m图线，如图乙.重力加速度大小取9.8m/s2，完成以下填空：图830/66(1)不一样质量小钢球在斜面上运动时间______(填

“相同”或“不相同”)；答案解析相同解析依据牛顿第二定律得小钢球下滑加速度为：a＝

＝gsinθ，则不一样质量小钢球在斜面上运动情况完全相同，所以运动时间也相同.31/66(2)由图象知，木块A质量M＝____kg(保留两位有效数字)；答案解析0.20解析当m＝0时，传感器示数即为木块A重力，则有：Mg＝1.97N，解得：M＝kg＝0.20kg32/66(3)若斜面倾角为θ，由图象可知，cos2θ＝___________________(保留两位有效数字).答案解析0.34(0.32～0.36均可)33/66解析对小球受力分析，依据平衡条件可知，A对小球支持力FN＝mgcosθ，依据牛顿第三定律可知，小球对A压力为mgcosθ，对A受力分析可知，传感器对A支持力F＝Mg＋mgcosθcosθ，则传感器示数为F＝Mg＋mgcos2θ则F－m图象斜率k＝gcos2θ，则有：gcos2θ＝

＝3.3解得：cos2θ≈0.34.34/66技巧点拨1.力学创新试验特点(1)以基本力学模型为载体，依靠运动学规律和力学定律设计试验.(2)将试验基本方法——控制变量法，处理数据基本方法——图象法、逐差法，融入到试验综合分析之中.2.创新试验题解法(1)依据题目情景，提取对应力学模型，明确试验理论依据和试验目标，设计试验方案.(2)进行试验，统计数据，应用原理公式或图象法处理试验数据，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.35/665.(·福建漳州市联考)“用DIS研究加速度与力关系”试验装置如图9(a)所表示.试验中经过增加钩码数量，屡次测量，可得小车运动加速度a和所受拉力F关系图象.他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了试验，得到了两条a－F图线，如图(b)所表示.对点拓展练65图936/6665(1)图线___是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到；(选填“a”或“b”)答案解析b解析在水平轨道上，因为受到摩擦力，拉力不为零时，加速度依然为零，可知图线a是在轨道水平情况下得到.当轨道右侧抬高过高时(平衡摩擦力过分)，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.37/6665(2)在轨道水平时小车运动阻力Ff＝_____；答案解析0.5N解析依据牛顿第二定律得，F－Ff＝ma，a＝

，图线斜率表示质量倒数；因为F＝0.5N时，加速度为零，解得Ff＝0.5N.38/6665(3)图(b)中，拉力F较大时，a－F图线显著弯曲，产生误差.为消除此误差可采取办法是__________.A.调整轨道倾角，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重力C.更换试验中使用钩码规格，采取质量较小钩码进行上述试验D.在增加钩码数量同时在小车上增加砝码，使钩码总质量一直远小

于小车总质量答案√解析39/6665解析伴随钩码数量增大到一定程度时题图(b)图线显著偏离直线，造成此误差主要原因是所挂钩码总质量太大，而我们把钩码所受重力作为小车所受拉力，所以消除此误差可采取简便且有效办法为测量出小车所受拉力，即在钩码与细绳之间放置一力传感器，得到力F数值，再作出小车运动加速度a和力传感器读数F关系图象，故选B.40/66(1)用游标卡尺测量出固定于滑块上遮光条宽度d，如图乙，d＝_____mm.在桌面上适当位置固定好弹簧和光电门，将光电门与数字计时器(图中未画出)连接.6.(·山东德州市模拟)某同学用如图10甲所表示装置测量滑块与水平桌面之间动摩擦因数，试验过程以下：答案65解析图105.7041/66解析由题图乙所表示游标卡尺可知，主尺示数为0.5cm＝5mm，游标尺示数为14×0.05mm＝0.70mm，则遮光条宽度d＝5mm＋0.70mm＝5.70mm；6542/66(2)用滑块把弹簧压缩到某一位置，测量出滑块到光电门距离x.静止释放滑块，测出滑块上遮光条经过光电门所用时间t，则此时滑块速度v＝___(用题中所给字母表示).答案65解析解析滑块速度为：v＝43/66则有：－2μgx＝－b,2Ep·a＝2μgx(3)经过在滑块上增减砝码来改变滑块质量m，仍用滑块将弹簧压缩到(2)中位置，重复(2)操作，得出一系列滑块质量m与它经过光电门时速度v值.依据这些数值，作出v2－

图象如图丙所表示.已知当地重力加速度为g.由图象可知，滑块与水平桌面之间动摩擦因数μ＝____，弹性势能Ep＝___.答案65解析44/66高考题精选精练45/66图11题组1全国卷真题精选1.(·全国卷Ⅱ·22)某物理小组对轻弹簧弹性势能进行探究，试验装置如图11(a)所表示：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，经过测量和计算，可求得弹簧被压缩后弹性势能.123446/66(1)试验中包括到以下操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确操作次序是________(填入代表步骤序号).答案1234解析④①③②解析依据该试验操作过程，正确步骤应为④①③②.47/66(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不一样位置后所得到实际打点结果.打点计时器所用交流电频率为50Hz.由M纸带所给数据，可求出在该纸带对应试验中物块脱离弹簧时速度为_____m/s.比较两纸带可知，___(填“M”或“L”)纸带对应试验中弹簧被压缩后弹性势能大.答案1234解析1.29M48/66解析物块脱离弹簧时速度最大，v＝

＝m/s＝1.29m/s；由动能定理ΔEk＝

mv2，据纸带中打点疏密知M纸带取得最大速度较大，对应试验中弹簧被压缩后弹性势能较大.123449/662.(·全国卷Ⅲ·23)某物理课外小组利用图12中装置探究物体加速度与其所受合外力之间关系.图中，置于试验台上长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上小滑车相连，另一端可悬挂钩码.本试验中1234图12可用钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg.试验步骤以下：(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小物块，使小车(和钩码)能够在木板上匀速下滑.50/66(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，同时用传感器统计小车在时刻t相对于其起始位置位移s，绘制s-t图象，经数据处理后可得到对应加速度a.123451/66(3)对应于不一样na值见下表.n＝2时s-t图象如图13所表示；由图13求出此时小车加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表.1234n12345a/(m·s－2)0.20

0.580.781.00图130.39答案解析解析因为小车做初速度为零匀加速直线运动，将题图中点(2,0.78)代入s＝

at2可得，a＝0.39m/s2.52/66解析依据描点法可得如图所表示图线.(4)利用表中数据在图14中补齐数据点，并作出a-n图象.从图象能够看出：当物体质量一定时，物体加速度与其所受合外力成正比.答案1234解析图14答案看法析图53/66(5)利用a-n图象求得小车(空载)质量为_____kg(保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s－2).答案1234解析0.4454/66(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，以下说法正确是______(填入正确选项前标号)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，但该直线斜率变大√答案1234解析√解析若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力作用，由牛顿第二定律得，nmg－μ(M＋5m－nm)g＝(M＋5m)a，解得：a＝

－μg，直线斜率变大.绳拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B、C正确.55/663.(·新课标全国Ⅰ·22)图15为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数试验装置示意图.试验步骤以下：1234图15①用天平测量物块和遮光片总质量M，重物质量m，用游标卡尺测量遮光片宽度d，用米尺测量两光电门之间距离s；②调整轻滑轮，使细线水平；56/66③让物块从光电门A左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；④屡次重复步骤③，求a平均值

；⑤依据上述试验数据求出动摩擦因数μ.回答以下问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺最小分度为1mm)示数如图16所表示.其读数为________cm.1234答案解析图16答案看法析解析d＝0.9cm＋12×0.05mm＝0.960cm57/66(2)物块加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________.答案1234解析答案看法析解析因为vA＝

，vB＝

，又由2as＝vB2－vA2，58/66(3)动摩擦因数μ可用M、m、

和重力加速度g表示为μ＝________.答案1234解析答案看法析解析设细线上拉力为FT，则mg－FT＝m，FT－μMg＝M两式联立得μ＝59/66(4)假如细线没有调整到水平，由此引发误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”).答案1234解析答案看法析解析由试验装置引发误差为系统误差.60/66题组2各省市真题精选4.(·山东理综·21)某同学经过下述试验验证力平行四边形定则.试验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.②如图17甲所表示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端位置标识为O1、O2，统计弹簧秤示