统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题七物理实验第13讲力学实验素养培优教师用书

素养培优·创新试验1.力学创新型试验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿运动定律设计试验．(2)将试验的基本方法——限制变量法、处理数据的基本方法——图象法、逐差法融入到试验的综合分析之中．2．创新试验题的解法(1)依据题目情境，提取相应的力学模型，明确试验的理论依据和试验目的，设计试验方案．(2)进行试验，记录数据，应用原理公式或图象法处理试验数据，结合物体实际受力状况和理论受力状况对结果进行误差分析．情境1[2024·山东卷]在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿其次定律测量物体质量的试验．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试验，如图甲所示．主要步骤如下：①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，由静止释放并起先计时；④计算机采集获得数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变更的图象，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aF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，重复上述试验步骤，在图丙中画出新的aF图象Ⅱ，则待测物体的质量为________kg.情境2[2024·浙江省四校联考]用图甲装置探讨“小车(含拉力传感器)质量确定时，加速度与合外力的关系”，步骤如下：a．细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上，将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，启动电动机，使小车沿长板向下匀速运动，记录此时拉力传感器的示数F0；b．撤去细绳，让小车从P位置由静止起先下滑，设小车受到的合外力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变更的xt图象，并求出小车的加速度a；c．变更长板的倾角，重复步骤a、b可得多组F、a数据．完成下列相关试验内容：(1)在步骤a、b中，F________F0(选填“＝”“>”或“<”)；(2)本试验________(选填“须要”“不须要”)“补偿”小车所受到的摩擦力；(3)某段时间内小车的xt图象如图乙，依据图象可得小车的加速度大小为______m/s2(计算结果保留两位有效数字)．[解题心得]情境3[2024·湖北卷]某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的试验．如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过定滑轮的轻绳相连．调整滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直．在木块A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m.(1)试验中，拉动木板时________(填“必需”或“不必”)保持匀速．(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满意的关系式为m＝________．(3)依据测量数据在坐标纸上绘制出mn图象，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留两位有效数字).素养培优·创新试验情境1解析：（1）初始时弹簧的伸长量为5.00cm，结合图乙可读出弹簧弹力为0.610N，由F＝kx可得弹簧的劲度系数k＝12N/m.（2）依据牛顿其次定律F＝ma，结合图丙可得aF图线斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的质量，代入数据得m＝0.20kg.（3）同理图象斜率的倒数eq\f(1,k)＝m＋m测，得m测＝0.13kg.答案：（1）12（2）0.20（3）0.13情境2解析：（1）依据题意，当小车沿长板向下匀速运动时有mgsinθ＝F0＋f，撤去细绳，让小车从P位置由静止起先下滑，设小车受到的合外力为F＝mgsinθ－f，解得F0＝F.（2）由于在试验中，可以干脆利用拉力传感器将小车所受外力的合力测出，因此该试验不须要“补偿”小车所受到的摩擦力．（3）令P点到位移传感器的距离为x0，依据x0－x＝eq\f(1,2)at2，依据图象可知，给出的三个数据点中，相邻点之间的时间间隔均为T＝0.32s－0.22s＝0.22s－0.12s＝0.1s，依据匀变速直线运动的规律有Δx＝aT2，其中Δx＝（38.20－25.20）×10－2－（49.10－38.20）×10－2m＝2.1×10－2m，解得a＝2.1m/s2.答案：（1）＝（2）不须要（3）2.1情境3解析：（1）木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关，则试验拉动木板时不必保持匀速．（2）对木块、砝码以及重物B分析可知μ（mA＋n