（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题十四 实验与探究课件

专题十四实验与探究高考物理(山东专用)A组山东省卷、课标Ⅰ卷题组五年高考考点一力学实验1.(2019课标Ⅰ,22,5分)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是点。在打出C点时物块的速度大小为m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为m/s2(保留2位有效数字)。 答案A0.2330.75解析本题考查利用打点计时器探究匀变速直线运动的速度和加速度的关系,以及考生处理实验数据的能力,体现了以科学态度进行科学探究的核心素养。物块沿倾斜的木板加速下滑时,纸带上打出的点逐渐变疏,故A点为先打出的点。vC= = m/s=0.233m/sa= = m/s2≈0.75m/s22BDxT2(5.861.20)1020.12(2)CEACxxT22(9.303.163.16)10(20.1)易错警示本题相邻两计数点之间还有4个打出的点未画出,故T=5×0.02s=0.1s,不可用T=0.02s计算。2.(2015山东理综,21,10分)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上,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,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧秤的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50N,测出所对应的l,部分数据如下表所示: 图甲F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O',橡皮筋的拉力记为FOO'。④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。 图乙完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在图丙中画出F-l图线,根据图线求得l0=cm。 图丙(2)测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为N。(3)根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F'的图示。 图丁(4)通过比较F'与的大小和方向,即可得出实验结论。答案(1)如图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确) 图甲(2)1.80(1.70~1.90均正确)(3)如图乙所示 图乙(4)FOO'解析(1)根据表格数据,作出F-l图线,图线的横截距即表示橡皮筋原长,因此l0=10.0cm。(2)橡皮筋总长l=OA+OB=13.60cm,根据F-l图线,可读出橡皮筋长度l=13.60cm时橡皮筋的拉力为1.80N。(3)根据平行四边形定则作图,对角线表示合力F'。(4)若F'与FOO'在误差范围内大小相等、方向相同,就表明力的平行四边形定则是正确的。3.(2014山东理综,21,8分)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤:①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。在A端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作F; 图甲③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;实验数据如下表所示:G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静止,测量重物P离地面的高度h; 图乙⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空:(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。 (2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ=(保留2位有效数字)。(3)滑块最大速度的大小v=(用h、s、μ和重力加速度g表示)。答案(1)如图所示 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正确)(3) 2()μgsh解析(1)图见答案。(2)因弹簧秤示数稳定后滑块静止,由题意知此时滑动摩擦力f=F,又因滑块与板间压力N=G,故由f=μN得F=μG,即F-G图线的斜率即为μ,由图线可得μ=k=0.40。(3)设最大速度为v,从P下降h高度到滑块运动到D点的过程中由动能定理得0- mv2=-μmg·(s-h),故有v= 。122()μgsh4.(2018课标Ⅰ,22,5分)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950cm;当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为N/m(保留3位有效数字)。答案3.77553.7解析本题考查游标卡尺的读数方法和胡克定律。此标尺为二十分度的标尺,精确度为0.05mm,读数=整毫米数(主尺)+n×精确度,所以读数为37mm+15×0.05mm=37.75mm=3.775cm。当托盘中放入砝码稳定时,弹簧的伸长量Δx=3.775cm-1.950cm=1.825cm。由平衡条件得F=mg,由胡克定律得F=k·Δx,联立得k=53.7N/m。5.(2017课标Ⅰ,22,5分)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)(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)答案(1)从右向左(2)0.190.037解析本题考查研究匀变速直线运动。(1)由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动,故相邻水滴间的距离逐渐减小,结合图(b)可知小车向左运动。(2)由题意知,30s内滴下46滴水,共45个时间间隔,故相邻两滴水的时间间隔T= s= s。由匀变速直线运动中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得vA= mm/s=0.19m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a= mm/s2=0.037m/s2。3045231171332232(150133)(117100)223方法技巧“纸带”的处理处理“纸带”时,对于匀变速直线运动,求某点的瞬时速度需利用 = ,求加速度时应利用Δx=aT2。当需要考虑减小偶然误差时,应采用逐差法求加速度。2tvv6.(2016课标Ⅰ,22,5分)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。 图(a) 该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算。图(b)(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为,打出C点时重物下落的速度大小为,重物下落的加速度大小为。(2)已测得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;当地重力加速度大小为9.80m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为Hz。答案(1) (s1+s2)f (s2+s3)f (s3-s1)f2(2)40121212解析(1)匀变速直线运动中,某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度:vB= = (s1+s2)f,同理vC= (s2+s3)f,加速度a= = (s3-s1)f2。(2)由牛顿第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g ①又由(1)问知:a=  ②①②联立得f=40Hz122ssT1212CBvvT12231()2ssf解题指导(1)考查通过处理纸带求瞬时速度和加速度的方法。(2)要求推算打点计时器所用电源的频率,问题新颖,但应注意到加速度表达式中,加速度与频率的相关性,只要知道加速度就可求出频率。由给出的受力情况,根据牛顿第二定律可求出加速度,再代入第(1)问中加速度的表达式求出频率。7.(2015课标Ⅰ,22,6分,0.396)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20m)。 完成下列填空:(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00kg;(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为kg;(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为N;小车通过最低点时的速度大小为m/s。(重力加速度大小取9.80m/s2,计算结果保留2位有效数字)答案(2)1.40(2分)(4)7.9(2分)1.4(2分)解析(2)示数为1.40kg,注意估读。(4)小车经过凹形桥最低点时对桥的压力N= g-M桥g=(1.81-1.00)×9.80N=7.9N,小车通过最低点时受到的支持力N'=N=7.9N,小车质量m车=1.40kg-1.00kg=0.40kg,由N'-m车g=m车 ,解得v=1.4m/s。m2vR思路点拨①秤的分度值为0.1kg,读数时应估读到分度值的下一位。②对桥的压力是玩具小车对桥施加的力,而秤的示数等于桥对秤的压力。8.(2014课标Ⅰ,22,6分,0.643)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到,回答下列问题: 图(a) 图(b)(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是。钩码的质量应满足的条件是。答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量解析(1)将图(b)中各点连线,得到的是一条曲线,故a与m的关系是非线性的。(2)由图(b)可知,当钩码质量不为零时,在一定范围内小车加速度仍为零,即细绳对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力,则应满足三个条件,一是摩擦力被平衡,二是绳平行于轨道平面,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,设绳的拉力为T,由mg-T=ma、T=Ma有T= g= ,可见当m≪M时才有T≈mg,故第三个条件为m≪M。mMMm1mgmM9.