备战2025年高考二轮复习课件 物理（广东版）专题7 物理实验 第1讲 力学实验

第一讲力学实验通览知识明要点研学考点提能力目录索引0102突破热点聚素养03通览知识明要点研学考点提能力考点一纸带类和光电门类实验高考风向标考点考题明细考查频度纸带类和光电门类实验2024新课标卷,22;2024山东卷,13;2024北京卷,18;2024广东卷,11(1);2024江西卷,11;2024浙江1月选考,16-Ⅰ;2024甘肃卷,11;2023全国甲卷,23;2023辽宁卷,11;2023浙江1月选考,16-Ⅰ(1);2022广东卷,11;2022浙江6月选考,17(1);2022天津卷,9;2022重庆卷,12;2022北京卷,16;2022湖北卷,12;2022河北卷,11全国卷:3年2考地方卷:3年15考命题角度1

探究小车速度随时间变化的规律

装置图操作要点数据处理

1.细绳与长木板平行2.释放前小车应靠近打点计时器3.先接通电源,再释放小车,打点结束先切断电源,再取下纸带4.钩码质量适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,测出不同时刻的瞬时速度3.利用逐差法求平均加速度充分利用实验数据,减小误差4.作速度—时间图像,通过图像的斜率求加速度温馨提示

常见的测速方法有利用纸带打点计时器测速、光电门测速、传感器测速、动能定理计算法、平抛运动计算法等。例1(2023全国甲卷)某同学利用如图甲所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连,右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连,钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图乙所示。(1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s,以打出A点时小车位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δs填到表中,小车发生位移所用时间和平均速度分别为Δt和,表中ΔsAD=

cm,

=

cm/s。

24.0080.0(2)根据表中数据得到小车平均速度

随时间Δt的变化关系,如图丙所示。在图丙中补全实验点。丙(3)从实验结果可知,小车运动的

-Δt图线可视为一条直线,此直线用方程

=kΔt+b表示,其中k=

cm/s2,b=

cm/s。(结果均保留3位有效数字)

(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动,得到打出A点时小车瞬时速度大小vA=

,小车的加速度大小a=

。(结果用字母k、b表示)

70.059.0b2k规律方法

纸带问题的处理方法

命题角度2探究加速度与物体受力、物体质量的关系

装置图操作要点数据处理

1.平衡阻力,垫高长木板一端使小车能拉着纸带匀速下滑不挂槽码2.实验必须保证的条件:小车质量m≫槽码质量m'3.释放前小车要靠近打点计时器,应先接通电源,后释放小车1.利用逐差法或v-t图像法求a2.作出a-F图像和a-

图像,确定a与F、m的关系温馨提示

解题时一定理解实验原理,在一些创新实验方案中不是必须进行操作要点中的1、2。例2(2024浙江1月选考)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们采用的研究方法是

。

A.放大法B.控制变量法C.补偿法(2)该实验过程中操作正确的是

。

A.平衡阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源,后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行甲BB(3)在小车质量

(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为

(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差,下列可行的方案是

。A.用气垫导轨代替普通导轨,滑块代替小车B.在小车上加装遮光条,用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小远大于系统误差C(4)经正确操作后获得一条如图乙所示的纸带,建立以计数点0为坐标原点的x轴,各计数点的位置坐标分别为0、s1、…、s6。已知打点计时器的打点周期为T,则打计数点5时小车速度的表达式v=

,小车加速度的表达式是

。

A乙解析

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们可以控制其中一个物理量不变,研究另外两个物理量之间的关系,即采用了控制变量法,故选B。(2)平衡阻力时小车需要连接纸带,一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡,另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动,A错误;由于小车速度较快,且运动距离有限,打出的纸带长度也有限,为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点,实验时应先接通打点计时器电源,后释放小车,B正确;为使小车所受拉力与速度同向,应调节滑轮高度使细绳与长木板平行,C错误。(3)设小车质量为m0,槽码质量为m。对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有F=m0a、mg-F=ma,联立解得F=,由上式可知在小车质量远大于槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力;上述做法引起的误差是由实验方法或原理不完善造成的,属于系统误差;该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的,不是由车与木板间存在阻力(实验中已经补偿了阻力)或是速度测量精度低造成的,为减小此误差,可在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小,故选C。(4)相邻两计数点间的时间间隔为t=5T,命题角度3验证机械能守恒定律

例3(2022广东卷)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图甲所示的装置,实验过程如下:(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置,使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。甲(2)用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图乙所示,小球直径d=

mm。乙(3)测量时,应

(选填“A”或“B”,其中A为“先释放小球,后接通数字计时器”,B为“先接通数字计时器,后释放小球”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。

7.884(或7.883)B(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE=

(用字母m、d、t1和t2表示)。

(5)若适当调高光电门的高度,将会

(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。

增大解析

(2)根据螺旋测微器的读数规则得小球的直径为d=7.5

mm+38.4×0.01

mm=7.884

mm考虑到偶然误差,7.883

mm也可以。(3)在测量时,因小球下落时间很短,如果先释放小球,可能会出现时间记录不完整的情况,所以应先接通数字计时器,再释放小球,故选B。(4)设小球向下、向上先后通过光电门时的速度分别为v1、v2,(5)适当调高光电门的高度,小球两次经过光电门的距离增大,空气阻力做功增大,将会增大因空气阻力引起的测量误差。命题角度4验证动量守恒定律

装置图操作要点数据处理

1.开始前调节导轨水平2.用天平测出两滑块的质量3.用光电门测量碰前和碰后的速度1.滑块速度的测量:v=2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'例4(2024广东广州一模)如图甲所示,光电门1、2固定在气垫导轨上,滑块A静置于光电门1左侧,滑块B静置于光电门1、2之间,现用该装置验证A、B碰撞前后系统动量守恒。完成下列相关实验内容。(1)实验原理若气垫导轨水平,A、B质量分别为mA、mB;A向右运动,遮光片通过光电门1的遮光时间为Δt1,A、B碰后粘在一起运动,遮光片通过光电门2的遮光时间为Δt2。当

=

(用mA、mB表示)时,系统动量守恒得到验证。

(2)实验操作①调节气垫导轨水平:接通气源,仅将A放置于光电门1的左侧,轻推A,若遮光片通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间,则需要适当

(选填“升高”或“降低”)导轨左端,反复调节使气垫导轨水平;

②再将A、B如图甲放置,轻推A,使A、B碰撞并粘在一起,记录Δt1、Δt2的值;③重复步骤②,多次实验,记录多组Δt1、Δt2数据。降低(3)实验数据处理把记录的数据在图乙中描点连线,作出Δt1-Δt2图线,其斜率k=

(保留两位有效数字);已知mA=176.0g,mB=177.8g,若相对误差误差允许范围,则该实验是否验证了A、B碰撞前后系统动量守恒?

(选填“是”或“否”);理由是

。

乙0.49是见解析(2)轻推A,若遮光片通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间,说明A做加速运动,则需要适当降低导轨左端,反复调节使气垫导轨水平。拓展衍生1.(2024广东深圳一模)某同学利用打点计时器分析自身步行时的速度特征,把接在50Hz的交流电源上的打点计时器固定在与人腰部等高的桌面上,纸带穿过打点计时器限位孔,一端固定在人腰部,人沿直线步行时带动纸带运动,打点计时器记录人步行时的运动信息。(1)选取点迹清晰的纸带,每5个点取一个计数点,其中连续5个计数点A、B、C、D、E、F如图甲所示,纸带中BC段的平均速度为vBC=

m/s。(保留两位有效数字)

1.1(2)沿着计数点位置把纸带裁开并编号,按编号顺序把剪出的纸带下端对齐并排粘贴在坐标纸上,剪出的纸带长度代表打出这段纸带时间内的平均速度,把每段纸带上边中点连接成线,如图乙所示,若用图中曲线描述人运动的速度—时间关系,如果用纵坐标表示速度大小,横坐标表示时间,则纸带的横宽d对应横坐标中的时间长度为

s,请根据图乙估算该同学的步幅为

m。(保留两位有效数字)

0.100.53解析

(1)相邻两个计数点间的时间间隔T=0.1

s,(2)纸带的横宽d对应横坐标中的时间长度为T=0.10

s,可把图像看成v-t图像,同学的步幅为图像一个周期内每段纸带面积之和,该同学的步幅为s=(8.80+11.00+12.00+11.00+9.70)

cm=0.53

m。2.(2024广东广州二模)某同学设计了一个用拉力传感器测量重力加速度并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。(1)用游标卡尺测出小钢球直径结果如图乙所示,则其直径D=

mm。乙(2)让小钢球以较小的角度在竖直平面内摆动,从计算机中得到拉力大小随时间变化的关系图像如图丙所示,则小球摆动的周期为T=

s。

丙9.32.0(3)该同学还测得该单摆的摆线长为L,则重力加速度的表达式为g=

(用物理量T、L、D表示)。

(4)将摆球多次拉离竖直方向一定角度后由静止释放,测得拉力的最小值F1与最大值F2并得到F2-F1图像,如图丁所示,如果小球在摆动的过程中机械能守恒,则该图线斜率的绝对值等于

。

丁2解析

(1)由图示游标卡尺可知,其示数为D=9

mm+3×0.1

mm=9.3

mm。(2)相邻两次拉力最大的时间间隔为半个周期,由图可知单摆的周期约为T=2×(1.5-0.5)

s=2.0

s。(4)由题意可得,当摆线与竖直方向的夹角为零时,小球在最低处静止不动时力传感器示数为F0,最小值与最大值相同F1=F2=F0=mg,所以图像过(F0,F0);考点二弹簧类和橡皮条类实验高考风向标考点考题明细考查频度弹簧类和橡皮条类实验2024全国甲卷,22;2024海南卷,14(2);2023全国乙卷,22;2023浙江6月选考,16-Ⅰ(2);2022浙江6月选考,17(2);2022河北卷,11;2022湖南卷,11全国卷:3年2考地方卷:3年5考命题角度1探究弹簧弹力与形变量的关系

实验装置图操作要点数据处理探究弹簧弹力与形变量的关系

1.应在弹簧自然下垂时,测量弹簧原长l02.水平放置弹簧,测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,使图像横轴截距不为零1.作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像,斜率表示弹簧的劲度系数2.超过弹簧的弹性限度,图像会发生弯曲例5(2022湖南卷)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:甲(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。

丙(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)。

15.35127解析

(4)由题图丙可知,刻度尺的分度值为1

mm,读数为15

cm+3.5

mm=153.5

mm=15.35

cm。(5)设橡皮筋的劲度系数为k,原长为x0,则n1mg=k(x1-x0)n5mg=k(x5-x0)设冰墩墩质量为m1,则有m1g=k(l-x0)联立各式代入数据解得m1=127

g。命题角度2探究两个互成角度的力的合成规律

装置图操作要点数据处理

体现合力与分力

的等效替代关系1.正确使用弹簧测力计2.同一次实验中,橡皮条结点的位置一定要相同3.细绳套应适当长一些,互成角度地拉橡皮条时,夹角大小应适当1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小例6(2023全国乙卷)验证力的平行四边形定则的实验如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。(1)本实验采用的科学方法是

;

A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法(2)图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是

;

BF'(3)关于该实验,下列说法正确的是

。

A.拉橡皮筋的细绳短一些,实验效果较好B.拉橡皮筋时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C.橡皮筋弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力F1和F2的夹角越大越好D.在同一实验中O点位置不能变BD解析

(1)本实验用一根弹簧的拉力代替两根弹簧的拉力作用效果,采用等效替代法,故选B。(2)F是通过作图的方法得到的合力的理论值,在平行四边形的对角线上,而F'是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到O点的力,其方向一定沿AO方向。(3)在实验中要减小拉力方向的误差,应让标记同一细绳方向的两点尽量远些,故细绳应该长一些,A错误;该实验是在白纸中作图,作出的是水平力的图示,若拉力倾斜,则作出图的方向与实际力的方向有较大差别,故应使各力尽量与木板平面平行,B正确;两个拉力的夹角过大,合力会过小,画理论值时相对误差变大,故夹角大小适中即可,不宜太大或太小,但要保证力的作用效果即O点位置不能变,C错误,D正确。拓展衍生3.(2022浙江6月选考)“探究求合力的方法”的实验装置如图所示,在该实验中:(1)下列说法正确的是

;

A.拉着细绳套的两只弹簧测力计,稳定后读数应相同B.在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C.测量时弹簧测力计外壳与木板之间不能存在摩擦D.测量时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板(2)若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验至少需要

(选填“2”“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O。

D3解析

(1)在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下,使拉力适当大些,不必使两只弹簧测力计的示数相同,A错误;在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了,B错误;实验中拉弹簧测力计时,只需让弹簧与外壳间没有摩擦,此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳的拉力,与弹簧测力计外壳和木板之间是否存在摩擦无关,C错误;为了减小实验中摩擦对测量结果的影响,拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板,D正确。(2)若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验,用手拉住一条细绳,用弹簧测力计拉住另一条细绳,互成角度地拉橡皮条,使其结点达到某一点O,记下位置O和弹簧测力计示数F1及两个拉力的方向;交换弹簧测力计和手所拉细绳的位置,再次将结点拉至O点,使两力的方向与原来两力方向相同,并记下此时弹簧测力计的示数F2;只用一个弹簧测力计将结点拉至O点,并记下此时弹簧测力计的示数F的大小及方向。所以若只有一只弹簧测力计,为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O。考点三力学其他实验高考风向标考点考题明细考查频度力学其他实验2024湖南卷,12;2024湖北卷,12;2024黑吉辽卷,12;2024广西卷,11;2024河北卷,11(2);2024海南卷,14(1);2023新课标卷,23;2023北京卷,17;2023浙江6月选考,16Ⅰ(1);2023浙江1月选考,16Ⅰ(2);2022福建卷,11;2022海南卷,14(2);2022湖北卷,12;2022江苏卷,11;2022浙江1月选考,17(1);2022上海卷,18全国卷:3年1考地方卷:3年15考命题角度1探究平抛运动的特点

例7(2023浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中(1)用图甲装置进行探究,下列说法正确的是

。

A.只能探究平抛运动水平分运动的特点B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点(2)用图乙装置进行实验,下列说法正确的是

。

A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下BC(3)用图丙装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端,钢球从斜槽上P点静止滚下,撞击挡板留下点迹0,将挡板依次水平向右移动x,重复实验,挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点,竖直向下建立坐标轴y,各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。测得钢球直径为d,则钢球平抛初速度v0为

。

D解析

(1)用题图甲装置可以探究平抛运动竖直方向做自由落体运动的特点,需要改变小锤击打的力度,多次重复实验,B正确,A、C错误。(2)用题图乙装置进行实验,斜槽轨道M没必要光滑,但末端必须水平,A错误;上下调节挡板N时,不需要等间距移动,B错误;为了保证平抛运动的初速度一定,小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下,C正确。命题角度2探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

装置图操作要点数据处理

1.横臂对小球的弹力大小关系可以通过标尺上刻度读出,该读数显示了向心力大小关系2.采用了控制变量法,探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系作出F-ω2、F-r、F-m的图像,分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系例8(2024广东模拟预测)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验:(1)方案一:用如图甲所示的装置,已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1,变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式,左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1。回答以下问题:甲乙①本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的

;

A.探究小车速度随时间变化的规律B.探究影响平行板电容器电容大小的因素C.探究两个互成角度的力的合成规律D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系②在某次实验中,把两个质量相等的钢球放在B、C位置,探究向心力的大小与半径的关系,则需要将传动皮带调至第

(选填“一”“二”或“三”)层塔轮。

BD一(2)方案二:如图丙所示装置,装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出),光滑的水平直杆固定在竖直转轴上,能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P,用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接,细线处于水平伸直状态,当滑块随水平直杆一起匀速转动时,细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条,挡光条到竖直转轴的距离为D,光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴间的距离可调。回答以下问题:①若某次实验中测得挡光条的挡光时间为Δt,则滑块P的角速度表达式为ω=

;

丙②实验小组保持滑块P质量和运动半径r不变,探究向心力F与角速度ω的关系,作出F-ω2图线如图丁所示,若滑块P运动半径r=0.3m,细线的质量和滑块与杆的摩擦可忽略,由F-ω2图线可得滑块P质量m=

kg(结果保留2位有效数字)。

0.30解析

(1)①在该实验中,通过控制质量、半径、角速度中两个物理量相同,探究向心力大小与另外一个物理量之间的关系,采用的科学方法是控制变量法,探究小车速度随时间变化的规律没有采用控制变量法,故A错误;在探究影响平行板电容器电容大小时应用了控制变量法,故B正确;探究两个互成角度的力的合成规律,应用了等效替代法,故C错误;探究加速度与物体受力、物体质量的关系,应用了控制变量法,故D正确。②在某次实验中,把两个质量相等的钢球放在B、C位置,探究向心力的大小与半径的关系,应使两球的角速度相同,则需要将传动皮带调至第一层塔轮。命题角度3用单摆测量重力加速度的大小

例9(2023新课标卷)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。

(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先,调节螺旋测微器,拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时,发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐,如图甲所示,该示数为

mm;螺旋测微器在夹有摆球时示数如图乙所示,该示数为

mm,则摆球的直径为

mm。(2)单摆实验的装置示意图如图丙所示,其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处,摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方,则摆线在角度盘上所指的示数为5°时,实际摆角

(选填“大于”或“小于”)5°。

(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50cm,则摆长为

cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60s,则此单摆周期为

s,该小组测得的重力加速度大小为

m/s2。(结果均保留3位有效数字,π2取9.870)

0.00620.03520.029大于82.51.829.83解析

(1)读数x1=0.006

mm,读数x2=20.035

mm,摆球的直径为x=x2-x1=20.029

mm。(2)若固定在O点的上方,则摆线和刻度盘的交点靠向内侧,如图所示,故摆线示数为5°时,实际摆角大于5°。拓展衍生4.物理创新实验研究小组用步进电机、圆盘、小物块、手机等制作了圆周运动综合探究平台,探究圆周运动中向心力、向心加速度等各个物理量之间的关系:丙(1)手机内部自带加速度传感器,可测量向心加速度大小与方向,规定x、y、z三个方向的正方向如图甲所示。某同学站在转台上将手水平伸直,以不同朝向拿着手机,如图乙所示以自己身体为轴旋转,某段时间内测得y轴方向加速度—时间图像如图丙所示,x、z轴方向加速度为零,则她可以是

(填选项前的字母)。

A.将手机竖起,手机屏幕正对自己旋转B.手机平放在手掌上,屏幕朝上,让底边对着自己旋转C.手机平放在手掌上,屏幕朝上,让侧边对着自己旋转B(2)为了测加速度传感器在手机中位置,该同学将手机沿径向平放固定在圆盘上,如图丁所示,底边正对圆盘转轴,让步进电机带动圆盘旋转,手机的加速度、角速度等值可通过手机App读取,由an-ω2的图像获得斜率为k(使用国际单位),再用刻度尺测量手机底边到转轴的长度d,如图戊所示,则d=

m,手机内部加速度传感器到手机底边的长度为

(用题目所给的物理量表示)。

0.1025k-d(3)若实验中认为手机绕转轴做匀速圆周运动,测得手机的质量m,周期为T,手机视为质点,手机到转轴的距离为r,可求得向心力Fn=

(用题目所给的物理量表示)。

解析

(1)根据图像,旋转时有沿y轴负方向的加速度,向心加速度指向圆心,可能是手机平放在手掌上,屏幕朝上,让底边对着自己旋转,故选B。(2)根据刻度尺的读数规则及图戊可知d=102.5

mm=0.102

5

m;根据公式an=kω2,即旋转半径为k,手机内部加速度传感器到手机底边的长度为l=k-d。5.(2024广西卷)单摆可作为研究简谐运动的理想模型。(1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中

不变。

(2)用游标卡尺测量摆球直径,读数如图丙,则摆球直径为

cm。

摆长1.06(3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移s与时间t的关系为

。

解析

(1)题图乙中的悬挂方式,小球在运动过程中,摆长会变化。(2)该游标卡尺为10分度的,游标尺上的最小分度为0.01

cm且游标卡尺不估读,则d=1.0

cm+6×0.01

cm=1.06

cm。突破热点聚素养知识精要创新实验:力学创新类实验归纳分析对于创新型实验的处理,最根本的方法是要把实验的本质从新情境中分离出来,找出与常规实验的相同之处,然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理,解决此类问题要有“以不变应万变”的策略:(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,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,应用原理公式或图像法处理实验数据,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。考向分析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。从高考题的特点我们可以看出,考查原始实验的题目较少,实验题大都以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验,力学实验创新设计的形式有以下三种:1.实验器材的等效与替换。常见的考查模式主要有两大类:一是不变目的,变装置;二是不变装置,变目的。2.实验原理的拓展与延伸。该类实验的特点是题目来源于教材,但又高于教材,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,要解决此类实验问题,应从背诵实验向分析理解实验转变。3.试题情境的设计与创新。不管试题情境的设计进行了怎样的创新,其考查的实验原理和实验处理方法仍然不变。案例探究典例(2024广东茂名阶段练习)某实验小组为了测定小物块与长木板间的动摩擦因数,设计了如图甲所示的实验装置,力传感器可以测出轻绳的拉力大小,滑轮及轻绳质量不计,重力加速度g已知。实验步骤如下:①按图甲所示装置安装实验器材,长木板保持水平;②在砂桶内放入一定质量的砂子,小物块靠近打点计时器,接通打点计时器的电源,释放小物块,打出一条纸带,同时记录力传感器的读数;③利用纸带计算小物块的加速度;④改变砂桶内砂子的质量,重复步骤②③;⑤以小物块加速度a为纵坐标,力传感器读数F为横坐标,作出图像如图乙所示。(1)砂子与砂桶的总质量

(选填“需要”或“不需要”)远小于小物块的质量。

(2)图丙是某次实验得到的一条纸带。已知打点计时器用的是频率为f=50Hz的交流电源,两相邻计数点间还有四个计时点没有画出,小物块运动的加速度表达式a=

(用f、s1、s2、s3、s4和数字表示),大小为

m/s2(计算结果保留三位有效数字)。(3)测得图乙中直线斜率为k,纵截距为-b,则长木板动摩擦因数为

;小物块质量为

(用k、b、g表示)。

不需要2.40解析

(1)实验中可利用力传感器直接得到轻绳拉力,故不需要满足砂子与砂桶的总质量远小于小物块的质量。思维拓展

本题这一类问题创新之处常常有下列几种情况。

实验方法创新思维实验原理

将研究运动物体转化为研究静止物体利用F弹=f=μFN求μ

让物块先做加速运动,当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动减速运动中,利用逐差法求加速度,利用F=μmg=ma进一步求μ角度拓展1.(2023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的实验。如图甲所示,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通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮,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。甲(1)实验中,拉动木板时

(选填“必须”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所满足的关系式为m=

。

(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m-n图像,如图乙所示,可得木块A和木板间的动摩擦因数μ=

(保留2位有效数字)。

乙不必mB-μ(mA