2019届一轮复习人教版 力学实验、电学实验 学案

1第1讲力学实验高考命题轨迹年份题号(分值)考点难度2017年卷Ⅰ22题(5分)利用“滴水计时器”研究匀变速直线运动中等卷Ⅱ22题(6分)利用光电门研究斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度、加速度之间关系中等卷Ⅲ22题(6分)验证力的平行四边形定则；考查作图、读数等中等2016年卷Ⅰ22题(5分)利用落体法验证机械能守恒定律容易卷Ⅱ22题(6分)探究弹簧的弹性势能中等卷Ⅲ23题(10分)探究加速度与合外力的关系；作图及图象分析中等2015年卷Ⅰ22题(6分)粗测小车通过凹形桥最低点时的速度；由圆周运动最低点的压力求速度中等卷Ⅱ22题(6分)利用打点计时器测量物块与斜面间动摩擦因数中等考情分析实验命题不避热点、注重陈题翻新；重点实验频频考，其他实验“轮换”考．基于已学过的实验(包括演示实验、课外小实验等)而不局限于《考试大纲》中要求的实验变换情景而不偏离主题．注重对实验原理、实验方法的考查，而非实验本身．新任务、新情景对原理分析、方法选择、数据处理、误差分析等能力要求较高．平均值法、逐差法、图象法、列表法、公式法等数据处理方法反复考查，尤其是图象法、作图与图象分析是热点与亮点．知识方法链接新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、探究加速度与力、质量的关系、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律．这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用：21．由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算．2．求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图1所示，打n点时的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T.图13．用“逐差法”求加速度如图2所示，a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2.图2有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v＝dΔt.(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝v22－v212L.真题模拟精练1．(2017·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图3(a)所示．实验时，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)记录了桌面上连续6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)图3(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位有效数字)3答案(1)从右向左(2)0.190.038解析(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动．(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T＝3045s＝23s，所以A点位置的速度为vA＝0.117＋0.1332×23m/s≈0.19m/s.根据逐差法可求加速度的大小a＝x5＋x4－x2＋x16T2，解得a≈0.038m/s2.2．(2017·江西鹰潭市一模)某研究学习小组用图4甲所示的装置探究加速度与合力的关系．装置中的铝箱下端连接纸带，砂桶中可放置砂子以改变铝箱所受的外力大小，铝箱向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出．现保持铝箱总质量m不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次实验，得到多组a、F值(F为力传感器的示数，等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力．图4(1)某同学根据实验数据画出了图乙所示a—F关系图象，则由该图象可得铝箱总质量m＝________kg，重力加速度g＝________m/s2(结果保留两位有效数字)．(2)当砂桶和砂的总质量较大导致a较大时，图线______(填选项前的字母)．A．偏向纵轴B．偏向横轴C．斜率逐渐减小D．斜率不变答案(1)0.259.8(2)D解析(1)对铝箱分析，应有FT－mg＝ma，对滑轮应有F＝2FT，联立可解得a＝1m(F2－mg)＝12mF－g，可知图线的斜率k＝12m＝9.84.9，解得m＝0.25kg，纵轴截距－g＝－9.8，解得g＝9.8m/s2.(2)对于图线的斜率k＝12m，当砂桶和砂的总质量较大，可知图线的斜率不变，故选D.3．(2017·陕西西安市二检)为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图5甲所示的装置，现备有下列器材：打点计时器及所需电源、导线、复写纸、刻度尺、细沙．学习小组成员称量出滑块的质量为M、细沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带，让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态．要4完成该实验，请回答下列问题：图5(1)要完成本实验，还缺少的实验器材是____________．(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是________．实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要做的步骤是________．(3)在满足(1)(2)的条件下，让小桶带动滑块加速运动．如图乙所示为打点计时器所打的纸带的一部分，图中A、B、C、D、E是按时间先后顺序确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离标注在图上，当地重力加速度为g，则在B、D两点间对滑块用实验验证动能定理表达式为____________(用题中所给的表示数据的字母表示)．答案(1)天平(2)沙和小桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mg(x2＋x3)＝M8T2[(x3＋x4)2－(x1＋x2)2]解析(1)根据题意本实验需要测量滑块与沙桶质量，所以还缺少的器材是天平．(2)根据牛顿第二定律可知当沙和小桶的总质量远小于滑块的质量时，细线拉力才近似等于沙和小桶的重力，所以沙和小桶应满足的实验条件是沙和小桶的总质量远小于滑块的质量，由受力分析可知，为保证细线拉力为滑块的合外力，首先要做的是平衡摩擦力．(3)在B、D两点间，根据动能定理实验要验证的表达式为：mg(x2＋x3)＝12Mv2D－12Mv2B而根据匀变速直线运动的推论得知，vB＝x1＋x22T，vD＝x3＋x42T联立解得：mg(x2＋x3)＝M8T2[(x3＋x4)2－(x1＋x2)2]54．(2017·赣中南五校联考)图6甲是“验证机械能守恒定律”的实验装置图，下面一些实验步骤：图6A．用天平测出重物和夹子的质量B．把打点计时器用铁夹固定在放到桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直面内C．把打点计时器接在交流电源上，电源开关处于断开状态D．将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，让重物靠近打点计时器，处于静止状态E．接通电源，待计时器打点稳定后释放纸带，再断开电源F．用秒表测出重物下落的时间G．更换纸带，重新进行实验(1)对于本实验，以上不必要的两个步骤是________．(2)图乙为实验中打出的一条纸带，O为打出的第一个点，A、B、C为从适当位置开始选取的三个连续点(其它点未画出)，打点计时器每隔0.02s打一个点，若重物的质量为0.5kg，当地重力加速度取g＝9.8m/s2，由图乙所给的数据算出(结果保留两位有效数字)．①从O点下落到B点的过程中，重力势能的减少量为________J；②打B点时重物的动能为________J.答案(1)AF(2)①0.86②0.81知识方法链接1．注意橡皮条、弹簧本身的特点，力的特点是不能突变，能的特点是弹簧拉伸和压缩相同的量势能相等，在实验中也会用到．2．弹簧弹性势能表达式不需推导和应用，但还是要知道，在验证性实验中常用到其结论．6真题模拟精练5．(2017·全国卷Ⅲ·22)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图7(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.(2)撤去(1)中的拉力，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)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.(ⅰ)用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图7(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．答案(1)4.0(2)(ⅰ)见解析图(ⅱ)4.00.05解析(1)由图(b)可知，F的大小为4.0N(2)(ⅰ)画出力F1、F2的图示，如图所示(ⅱ)用刻度尺量出F合的线段长约为20mm，所以F合大小为4.0N，F合与拉力F的夹角的正切值为tanα＝0.05.76．(2017·山东烟台市模拟)某同学利用图8所示方法测量一根硬弹簧的劲度系数．图中金属槽的质量为M，槽中装有n个质量为m的铁块，此时弹簧上端连接的指针指在刻度尺的d0刻度，弹簧下端与刻度尺的零刻度对齐．实验时从槽中每拿出一个铁块，指针就沿刻度尺上升Δd，由此可求出弹簧的劲度系数为________；当把金属槽和铁块全部拿走后弹簧的长度为________(重力加速度为g)．图8答案mgΔdnm＋MmΔd＋d07．(2017·山西太原市模拟一)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，实验小组找到一根橡皮筋和一个弹簧测力计，他们进行了如下操作，请将实验操作和处理补充完整．(1)用刻度尺测量橡皮筋的自然长度L＝20cm；(2)将橡皮筋一端固定在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉橡皮筋的另一端，测量橡皮筋的长度，记录测力计的示数，分析数据，得出结论：橡皮筋的弹力与其伸长量成正比，且比例系数为k＝0.10N/cm；(3)将橡皮筋的两端固定在水平面上的A、B两点，A、B两点间距为20cm；(4)将弹簧测力计挂在橡皮筋的中点，用手在水平面内沿垂直方向拉测力计，稳定后如图9甲所示，测得橡皮筋的总长度为40cm，弹簧测力计的示数如图乙所示，则读数为F＝________N；图9(5)根据上述数据可求得橡皮筋此时的弹力FT＝______N；(6)在图甲中根据给出的标度，作出橡皮筋对挂钩拉力的合力F′的图示；(7)比较F′与________(填物理量的符号)的大小是否相等、方向是否相同，即可得出实验结论．答案(4)3.46(3.45～3.47)(5)2.00(6)如图所示8(7)F8．(2017·黑龙江哈尔滨市模拟)如图10所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管径且与弹簧不固连)，压缩弹簧并锁定．现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射．按下述步骤进行实验：图10①用天平测出两球质量分别为m1、m2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q.回答下列问题：(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有________．(已知重力加速度g)A．弹簧的压缩量Δx；B．两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2；C．小球直径；D．两球从管口弹出到落地的时间t1、t2(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为Ep＝____________.(3)由