（通用版）2020版高考物理大二复习 专题七 第16讲 力学实验及创新课件

年份卷别题号考查角度命题预测2019卷Ⅰ22纸带类问题每年高考试题的实验题都是“一力一电、一小一大、一易一难”,力学实验中纸带类问题是命题的重点,近几年电学实验中电表类问题出现较多,其他实验也不能忽视。备考过程中要重视测量仪器的读数,熟悉课本上的实验,包括学生实验、演示实验及课后习题形式出现的实验。抓住实验原理,掌握数据处理的方法,熟知两类误差分析。23电表的改装卷Ⅱ22纸带类问题23电学创新类实验卷Ⅲ22纸带类问题23电表的改装2018卷Ⅰ22弹簧、橡皮条问题23以测电阻为核心的实验卷Ⅱ22以测电阻为核心的实验23力学创新类实验卷Ⅲ22力学创新类实验23以测电阻为核心的实验2017卷Ⅰ22纸带类问题23电学创新类实验卷Ⅱ22力学创新类实验23以测电阻为核心的实验卷Ⅲ22弹簧、橡皮条问题23力学创新类实验高考试题统计与命题预测121.(2019全国卷Ⅱ)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题:(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。图(a)12(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为(结果保留2位小数)。图(b)12解析:(1)对铁块受力分析得mgsinθ-μmgcosθ=ma所以μ=𝑔sin𝜃-𝑎𝑔cos𝜃。(2)根据逐差法求加速度a=[76.39-31.83-(31.83-5)]×10-29𝑇2m/s2=17.73×10-29×0.12m/s2=1.97m/s2,μ=𝑔sin𝜃-𝑎𝑔cos𝜃=9.80×0.5-1.979.80×0.866≈0.35。答案:(1)𝑔sin𝜃-𝑎𝑔cos𝜃(2)0.35122.(2017全国卷Ⅱ)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下:①如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt;12③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示),表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小,求出;④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②、③;⑤多次重复步骤④;⑥利用实验中得到的数据作出-Δt图,如图(c)所示。图(c)𝑣𝑣𝑣12完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与vA、a和Δt的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留3位有效数字)𝑣𝑣解析:(1)挡光片固定在滑块上,滑块和挡光片的速度相等,一起在固定斜面上做匀加速直线运动,滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度就是Δ𝑡2时刻的瞬时速度,所以𝑣=vA+𝑎2Δt。(2)从图(c)图线上任取两点代入𝑣=vA+𝑎2Δt中可求解出vA和a。(注:两点距离应较大一些,可减小实验误差)答案:(1)vA+𝑎2Δt(2)52.116.3考点1考点2考点3“纸带”类实验例1(2017全国卷Ⅰ)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(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)记录了桌面上连续的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(a)图(b)考点1考点2考点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2位有效数字)审题读取题干获取信息图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置共有5组数据已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴滴水的时间间隔T=3045s≈0.67s从右向左滴水计时器滴下水滴的间距逐渐变小考点1考点2考点3解析:(1)轻推小车,由于阻力小车做减速运动,相同时间内位移逐渐减小,故小车由右向左运动。答案:(1)从右向左(2)0.190.037(2)滴水的时间间隔Δt=𝑡𝑛-1=23s,A点的瞬时速度等于包含这一点在内的两相邻点之间的平均速度即vA=𝑥𝑡=(117+133)×10-323×2m/s≈0.19m/s,a=(150+133-83-100)×10-3m6×23s2≈0.037m/s2。考点1考点2考点3方法归纳1.用打点计时器的实验力学实验中用到打点计时器的实验有:探究小车速度随时间变化的规律、探究动能定理、验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律。2.两个关键点(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。考点1考点2考点33.纸带数据的处理方法考点1考点2考点3对应训练1.(2019山东德州模拟)某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律,频闪仪每隔0.05s闪光一次,如图所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表所示。(当地重力加速度取9.8m/s2,小球质量m=0.2kg,结果保留三位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98考点1考点2考点3(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=m/s。(2)从t2到t5时间内,重力势能增加量ΔEp=J,动能减少量ΔEk=J。(3)在误差允许的范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等,即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEpΔEk(选填“”“”或“=”),造成这种结果的主要原因是。考点1考点2考点3解析:(1)v5=16.14+18.662×0.05×10-2m/s=3.48m/s。(2)重力势能的增加量ΔEp=mgΔh,代入数据可得ΔEp≈1.24J,动能减少量为ΔEk=12𝑚𝑣22−12𝑚𝑣52,代入数据可得ΔEk≈1.28J。(3)由计算可得ΔEpΔEk,主要是由于存在空气阻力。答案:(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力考点1考点2考点32.(2019江西南昌二模)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示。一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始向右运动,在纸带上打出一系列小点。甲乙考点1考点2考点3(1)图乙中给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算滑块的加速度a=m/s2(保留三位有效数字)。(2)为测量动摩擦因数,还需要测量的物理量有(填入所选物理量前的字母)A.木块的长度LB.木板的质量m1C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3E.滑块运动的时间t(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=(用上述物理量的符号表示,重力加速度为g)考点1考点2考点3解析:(1)每相邻两计数点间还有4个点,说明相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s,由逐差法可得:a=(4.37+3.88+3.39-2.88-2.40-1.89)×10-29×0.12m/s2≈0.497m/s2;(2)以系统为研究对象,由牛顿第二定律得:m3g-Ff=(m2+m3)a滑动摩擦力:Ff=μm2g解得:μ=𝑚3𝑔-(𝑚2+𝑚3)𝑎𝑚2𝑔要测量动摩擦因数,需要测出滑块的质量m2与托盘和砝码的总质量m3,故选CD。(3)由(2)分析可知,滑块与板间的动摩擦因数为:μ=𝑚3𝑔-(𝑚2+𝑚3)𝑎𝑚2𝑔。答案:(1)0.497(2)CD(3)𝑚3𝑔-(𝑚2+𝑚3)𝑎𝑚2𝑔考点1考点2考点3“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验例2(2019辽宁大连模拟)将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。甲乙考点1考点2考点3(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为N和N。(2)在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。(3)图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果,其中哪一个图符合实际?;若合力测量值F'是准确的,则F与F'有误差的原因可能有哪些?。丙考点1考点2考点3解析:(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.50N和4.00N。(2)取一个小方格的边长表示0.50N,作出两个力及它们的合力如图所示。(3)F'是用一个弹簧测力计拉橡皮筋所得到的,其方向一定在橡皮筋所在直线上,所以b图符合实际。产生误差的原因主要是弹簧测力计读数误差,确定分力方向不够准确等。答案:(1)2.504.00(或4.002.50)(2)见解析图(3)b误差原因见解析考点1考点2考点3方法归纳1.本实验用作图法处理数据,要注意三个力的图示必须用同一标度,要选取合适的标度,使力的图示在坐标纸中的比例尽量大些。2.根据二力平衡条件,实验得到的合力F'一定与橡皮筋在一条线上,用平行四边形定则作出的合力F由于实验误差偏离此直线,可应用平行四边形图示法分析误差产生的原因。考点1考点2考点3对应训练3.(2018东北三省四市联考)某研究性学习小组要研究弹簧的劲度系数与绕制弹簧的金属丝直径间的关系,为此他们选择了同种材料制成的不同直径的钢丝来绕制弹簧。(1)进行此项实验需要采用控制变量法,除了材料相同外,你认为还应控制哪些因素相同(写出两项即可)。(2)用游标卡尺测量绕制弹簧的钢丝直径,某次测量示数如图所示,则该钢丝的直径为mm。考点1考点2考点3劲度系数k(N·m)钢丝的直径D/mmD-1/mm-1D2/mm2D3/mm3D4/mm411320.91.110.810.730.6624141.20.831.441.732.07310121.50.672.253.385.06(3)根据下表中相关数据,分析可得:在其他条件相同的情况下,弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的次方成正比。考点1考点2考点3解析:(1)由题可知,本实验主要探究弹簧的劲度系数与材料直径的关系,根据控制变量法可知,还要保证弹簧的自然长度、总匝数、单位长度的匝数、弹簧圈的直(半)径、弹簧的粗细等相同;(2)由图可知,游标卡尺是10分度的,主尺上的读数为0.1×10mm=1mm,游标尺上读数为0.1×4mm=0.4mm,故读数为(1+0.4)mm=1.4mm;(3)根据表中数据可知,=200,故弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的4次方成正比。答案:(1)弹簧的自然长度、总匝数、单位长度的匝数、弹簧圈的直(半)径、弹簧的粗细等(写出两项即可)(2)1.4(3)41320.66=4142.07=10125.06考点1考点2考点34.(2019山东济宁模拟)为了验证