2020年高考物理二轮复习 专题六 第一讲 力学实验及创新课件

第一讲力学实验及创新释疑命题角度[5年考点定位]201920182017201620151.“纸带”类实验全国卷Ⅰ·T22全国卷Ⅱ·T22全国卷Ⅲ·T22—全国卷Ⅰ·T22全国卷Ⅰ·T22全国卷Ⅱ·T22全国卷Ⅱ·T222.“弹簧”、“橡皮条”、“碰撞”类实验—全国卷Ⅰ·T22全国卷Ⅲ·T22——3.力学创新实验—全国卷Ⅱ·T23全国卷Ⅲ·T22全国卷Ⅱ·T22全国卷Ⅲ·T23全国卷Ⅰ·T22命题角度一基本仪器的使用与读数[核心知识]1．游标卡尺和螺旋测微器读数的“三点注意”(1)螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出。(2)游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺读数结果小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺读数结果小数点后有2位。(3)注意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再换算为题目要求的单位。2．时间类测量仪器的读数(1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s。(2)频闪照相机：用等时间间隔获取图像信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，时间间隔Δt＝1f。(f为频闪照相机的频率)(3)光电计时器：记录遮光时间，时间间隔Δt＝dv。(d为遮光板宽度，v为平均速度)[题点全练]1．某实验小组的同学利用游标卡尺和螺旋测微器测量一质量分布均匀的长直导体的长度和直径，其中测量结果如图甲、乙所示，则长直导体的长度为______cm；长直导体的直径为_____mm。解析：该游标卡尺的游标尺有10个分度，则该游标卡尺的精确度为0.1mm，游标卡尺的读数为50mm＋3×0.1mm＝50.3mm＝5.03cm；螺旋测微器的读数为固定刻度读数与可动刻度读数之和，因此长直导体的直径为5mm＋31.5×0.01mm＝5.315mm。答案：5.035.315[易错提醒]游标卡尺的主尺读数的刻度在游标尺“0”刻度线的左侧，而不是游标尺边缘的左侧。2.小明仿照螺旋测微器的构造，用水杯制作了一个简易测量工具，已知水杯盖的螺距为2.0cm，将杯盖一圈均匀分为200份，杯盖拧紧时可动刻度的“0”位置与固定刻度的“0”位置(固定在杯体上)对齐。如图所示，读出所测物体的外径为__________cm。解析：由题意可知，水杯盖的螺距是2cm，将可动刻度分为200等份，则其精度为：0.1mm，固定刻度读数为0，可动刻度读数为0.1×168.0mm＝16.80mm＝1.680cm，所以最终读数为：0＋1.680cm＝1.680cm。答案：1.680[核心知识]1．判断物体是否做匀变速直线运动命题角度二“纸带”类实验2．逐差法求加速度3．利用平均速度求瞬时速度4.图像法求加速度[误差分析]1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差。2．作v­t图像时出现作图误差。3．电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同。4．长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差。[题点全练]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)(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)解析：(1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的。(2)滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝30s46－1＝23s。根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为vA＝0.117＋0.1332T(m/s)≈0.19m/s。根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝x4＋x5－x1－x26T2＝100＋83－150－133×0.0016×232m/s2≈－0.037m/s2。因此加速度的大小为0.037m/s2答案：(1)从右向左(2)0.190.0372.某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”，图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连。在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6，打点计时器所接交流电的周期为T。小车及车中砝码的总质量为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，当地重力加速度为g。(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a＝_____。(2)该同学先探究合外力不变的情况下，加速度与质量的关系，以下说法正确的是________。A．平衡摩擦力时，要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮的一端缓慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B．由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦力C．用天平测出M和m后，小车运动的加速度可以直接用公式a＝mgM求出D．在改变小车质量M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系。他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度。得到多组数据后，绘出如图丙所示的a­F图像，发现图像是一条过坐标原点的倾斜直线。图像中直线的斜率表示______(用本实验中可测量的量表示)。(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为_______。A．理想化模型法B．控制变量法C．极限法D．比值法解析：(1)为了减小偶然误差，采用逐差法处理数据，有：s6－s3＝3a1T2，s5－s2＝3a2T2，s4－s1＝3a3T2，为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得：a＝13(a1＋a2＋a3)解得：a＝s6＋s5＋s4－s3－s2－s19T2。(2)在该实验中，我们认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘，故A错误。由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ。所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，故B错误。小车运动的加速度应通过纸带求出，不能通过a＝mgM求出，故C错误。本实验中，只有满足砝码盘和盘中砝码的总质量m远小于小车及车中砝码的总质量M时，才能近似认为细绳拉力等于砝码盘和砝码的重力，所以在改变小车质量M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小，故D正确。(3)对砝码盘和砝码：mg－F＝ma①对小车：F＝Ma②联立①②得：mg＝(M＋m)a认为合力F＝mg所以F＝(M＋m)a即a＝1M＋mF，a­F图像是过坐标原点的倾斜直线，直线的斜率表示1M＋m。(4)该实验采用控制变量法，先控制砝码盘和砝码的总重力不变，研究加速度与质量的关系，再控制小车和砝码盘及砝码的质量M＋m不变，研究加速度与力的关系，故选B。答案：(1)s6＋s5＋s4－s3－s2－s19T2(2)D(3)1m＋M(4)B3．(2019·青岛模拟)某同学用如图甲所示的装置，研究细绳对小车的拉力做功与小车动能变化的关系。通过改变动滑轮下所挂钩码的个数可以改变细绳对小车的拉力，实验所用钩码质量均为m。(1)关于本实验，下列说法正确的是________。A．实验时，小车应靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数B．本实验不需要平衡摩擦力C．实验过程中，动滑轮和所挂钩码所受的重力等于弹簧测力计示数的2倍D．实验中不需要满足所挂钩码的总质量远小于小车的质量(2)某次实验时，所挂钩码的个数为2个，记录的弹簧测力计示数为F，小车质量为M，所得到的纸带如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为T，两相邻计数点间的距离分别为s1、s2、s3、s4，该同学分析小车运动过程中的BD段，在操作正确的情况下应该有等式____________成立。解析：(1)实验时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数，故A错误；探究外力做功与速度变化关系的实验，要求合力为拉力，所以要平衡摩擦力，故B错误；实验过程中，设所挂钩码和动滑轮的质量为m′，根据牛顿第二定律可知a＝m′g－2Fm′，动滑轮和所挂钩码所受的重力大于弹簧测力计示数的2倍，故C错误；拉力可以由弹簧测力计测出，不需要满足所挂钩码的总质量远小于小车的质量，故D正确。(2)小车运动过程中的BD段合力做功为W＝F(s2＋s3)，动能的变化量ΔEk＝12MvD2－12MvB2＝12Ms3＋s42T2－12Ms1＋s22T2，所以操作正确的情况下应该有等式F(s2＋s3)＝12Ms3＋s42T2－12Ms1＋s22T2。答案：(1)D(2)F(s2＋s3)＝12Ms3＋s42T2－12Ms1＋s22T24．(2019·长沙模拟)某同学用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。质量均为M的物体A、B通过细绳连在一起，物体B上放置质量为m的金属片C，在其正下方h处固定一个圆环，P1、P2是相距为d的两个光电门。释放后，系统由静止开始运动，当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，数字计时器测出物体B通过P1、P2的时间为t。(1)物体B刚穿过圆环后的速度v＝________。(2)实验中验证下面________(填正确选项的字母)等式成立，即可验证机械能守恒定律(把v当作已知量)。A．mgh＝12Mv2B．mgh＝Mv2C．mgh＝12(2M＋m)v2D．mgh＝12(M＋m)v2(3)本实验中的测量仪器除了图中器材和刻度尺、电源外，还需要________。解析：(1)物块B通过圆环后，将做匀速直线运动，所以通过P1、P2的平均速度就是物块B刚穿过圆环后的速度为v＝dt。(2)由题意可知，A、B、C组成的系统减少的重力势能转化为系统增加的动能，即为：mgh＋Mgh－Mgh＝12(2M＋m)v2，化简为：mgh＝12(2M＋m)v2。故C正确。(3)由mgh＝12(2M＋m)v2知，除了刻度尺、光电门、数字计时器外，还需要天平测量金属片的质量，故还需要天平。答案：(1)dt(2)C(3)天平[核心知识]1．弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1N，则要估读，即有两位小数，如分度值为0.2N，则小数点后只能有一位小数。2．在验证力的平行四边形定则实验中，先用两个弹簧测力计互成角度地拉伸橡皮条，后用一个弹簧测力计拉伸，并且结点位置O必须保持不变，记下每次各力的大小和方向。画力的图示时应选择适当的标度，但利用平行四边形定则求得的合力与用一个弹簧测力计测得的合力一般不完全重合，只要在误差允许的范围内即可。命题角度三“弹簧”“橡皮条”“碰撞”类实验3．验证动量守恒定律的常用方案实验方案实验装置利用气垫导轨完成一维碰撞实验滑块速度的测量v＝ΔxΔt用两摆球碰撞验证动量守恒定律摆球速度的测量v＝2gh实验方案实验装置在光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律小车速度的测量v＝ΔxΔt利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律速度与平抛运动的水平位移成正比[题点全练]1．