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- 2021-05-25 发布
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第
1
课时 力学实验
第一部分
专题
十 实验及拓展创新
高考命题轨迹
高考命题点
命题轨迹
情境图
长度测量及读数
力的研究
2017
3
卷
22
2018
1
卷
22
2019
3
卷
22
17(3)22
题
18(1)22
题
“
纸带类
”
实验
2016
1
卷
22,3
卷
23
16(1)22
题
16(3)23
题
“
纸带类
”
实验
2019
1
卷
22,2
卷
22
验证动量守恒定律
19(1)22
题
19(2)22
题
拓展创新实验
2015
1
卷
22,2
卷
22
15(1)22
题
15(2)22
题
拓展创新实验
2016
2
卷
22
16(2)22
题
拓展创新实验
2017
1
卷
22
,
2
卷
22
17(1)22
题
17(2)22
题
拓展创新实验
2018
2
卷
23,3
卷
22
18(2)23
题
高考题型
1
长度
测量及读数
内容索引
NEIRONGSUOYIN
高考题型
2
对
力的研究
高考题型
3
“
纸带类
”
实验
高考题型
4
以
“
教材演示实验为背景
”
的拓展创新
高考题型
5
以
“
教材学生实验为背景
”
的拓展创新
长度测量及读数
题型:实验题:
5
年
0
考
高考题型
1
例
1
(2019·
安徽蚌埠市第二次质检
)
用螺旋测微器测量一根导体棒的直径,刻度如图
1
甲所示,读数为
_____________
___
__
mm
;小明用游标为
20
分度的游标卡尺测量某个圆筒的深度,部分刻度如图乙所示,读数为
________ cm.
图
1
4.223(4.222
~
4.225)
2.185
解析
螺旋测微器的固定刻度为
4.0 mm
,可动刻度为
22.3
×
0.01 mm
=
0.223 mm
,所以最终读数为
4.0 mm
+
0.223 mm
=
4.223 mm
;这种
游标卡尺的游标尺刻度是把主尺刻度
19 mm
的长度,分为
20
等份,每等份为
0.95 mm
,游标尺上第
17
个刻度和主尺上
38 mm
刻度对齐,读数为
38 mm
-
17
×
0.95 mm
=
21.85 mm
=
2.185 cm.
拓展训练
1
(2019·
广东揭阳市第一次模拟
)
某同学用频闪照相法
“
研究小球的自由落体运动
”
,选择一张清晰的频闪照片,剪掉前面小球重叠部分进行研究,如图
2.
已知小球在释放位置时,球心与刻度尺的零刻度线对齐
.
根据照片中刻度尺的数据,请读出小球运动到照片中第
5
个像点时下落的高度为
________ m.
图
2
0.212 0
解析
由题图可知,下落的高度
h
=
21.20 cm
=
0.212 0 m.
拓展训练
2
(2019·
山东烟台市第一学期期末
)
图
3
中游标卡尺的读数是
________ mm
,螺旋测微器的读数是
___________________
mm.
图
3
10.50
5.315(5.312
~
5.318)
解析
游标卡尺的主尺读数为:
1.0 cm
=
10 mm
,游标尺上第
10
个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为
10
×
0.05 mm
=
0.50 mm
,所以最终读数为:
10 mm
+
0.50 mm
=
10.50 mm.
螺旋测微器的固定刻度为
5.0 mm
,可动刻度为
31.5
×
0.01 mm
=
0.315 mm
,所以最终读数为
5.0 mm
+
0.315 mm
=
5.315 mm(5.312
~
5.318 mm).
对力的研究
题型:实验题:
5
年
3
考
高考题型
2
例
2
(2019·
安徽蚌埠市第三次质量检测
)
某小组利用橡皮筋
(
弹力满足胡克定律
)
“
验证力的平行四边形定则
”
,如图
4
甲所示,把贴有白纸的木板放在水平桌面上,他们将完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在结点
O
处,另一端分别系上细线,仍保证橡皮筋原长相同,测得原长
L
0
=
4.40 cm.
沿平行于纸面的方向分别通过细线将三根橡皮筋拉至某一长度
(
在弹性限度内
)
,保持状态不变,如图乙所示,记录此时结点的位置和三根橡皮筋另一端的位置,量出三个端点到结点
O
的距离分别为
L
1
=
9.40 cm
,
L
2
=
8.40 cm
,
L
3
=
7.40 cm.
若三根橡皮筋产生的弹力分别为
F
1
、
F
2
、
F
3
,图中已作出
F
1
的图示
.
图
4
(1)
请根据
F
1
的大小比例分别作出
F
2
和
F
3
的图示,并根据平行四边形定则画出
F
2
和
F
3
的合力
F
合
;
(2)
请在图中画出与
F
2
和
F
3
共同作用效果相同的力
F
的图示
.
若
F
合
与
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
见解析
解析
根据题意得出三根橡皮筋的形变量分别为
Δ
x
1
=
9.40 cm
-
4.40 cm
=
5.00 cm
,
Δ
x
2
=
8.40 cm
-
4.40 cm
=
4.00 cm
,
Δ
x
3
=
7.40 cm
-
4.40 cm
=
3.00 cm
,橡皮筋的弹力与形变量成正比,按比例作出平衡时
F
2
和
F
3
的图示、两个力的合力
F
合
的图示,以及共同作用相同的力效果
F
的图示,如图
拓展训练
3
(2019·
河南省八市重点高中联盟第三次模拟
)
一个实验小组在
“
探究弹力和弹簧伸长的关系
”
的实验中:
图
5
(1)
甲同学在做该实验时,通过处理数据得到了图
5
甲所示的
F
-
x
图象,其中
F
为弹簧弹力,
x
为弹簧长度
.
请通过图甲,分析并计算,该弹簧的原长
x
0
=
________ cm
,弹簧的劲度系数
k
=
________ N/m.
该同学将该弹簧制成一把弹簧秤,当弹簧秤的示数如图乙所示时,该弹簧的长度
x
=
________ cm.
8
25
20
解析
当
弹力为零时,弹簧处于原长状态,故原长为
x
0
=
8 cm
,
(2)
乙同学使用两条不同的轻质弹簧
a
和
b
,得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示
.
下列
表述正确的是
_____.
A.
a
的原长比
b
的长
B.
a
的劲度系数比
b
的大
C.
a
的劲度系数比
b
的小
D.
测得的弹力与弹簧的长度成正比
B
解析
在
题图丙中,当弹簧的弹力为零时,弹簧处于原长,故
b
的原长大于
a
的原长,故
A
错误
;
斜率
代表劲度系数,故
a
的劲度系数大于
b
的劲度系数,故
B
正确,
C
错误
;
弹簧
的弹力与弹簧的形变量成正比,故
D
错误
.
(1)
实验步骤如下:
①
弹簧测力计挂在绳套
1
上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的
结点
到达
O
点,记下弹簧测力计的示数
F
;
②
弹簧测力计挂在绳套
1
上,手拉着绳套
2
,缓慢拉橡皮筋
,
使橡皮筋的
结点达到
O
点,此时绳套
1
沿
0°
方向,绳套
2
沿
120°
方向
,
弹簧
测力计的示数为
F
1;
拓展训练
4
(2019·
福建宁德市
5
月质检
)
某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材
“
验证力的平行四边形定则
”
,设计的实验装置如图
6.
固定在竖直木板上的量角器直边水平,橡皮筋一端固定在量角器圆心
O
的正上方
A
点,另一端系绳套
1
和绳套
2.
图
6
③
根据力的平行四边形定则计算绳套
1
的拉力
F
1
′
=
________
;
④
比较
________________
,即可初步验证力的平行四边形定则
.
解析
④
比较
F
1
和
F
1
′
的大小,即可初步验证力的平行四边形定则
.
F
1
与
F
1
′
的大小
(2)
将绳套
1
由
0°
方向缓慢转动到
60°
方向,同时绳套
2
沿
120°
方向不变,此过程中保持橡皮筋的结点在
O
点不动,关于绳套
1
的拉力大小的变化,下列结论正确的是
______.
A.
逐渐增大
B
.
先增大后减小
C.
逐渐减小
D
.
先减小后增大
D
解析
保持
绳套
2
方向不变,绳套
1
从图示位置向下缓慢转动
60°
,此过程中保持橡皮筋的结点在
O
处不动,说明两个细绳拉力的合力不变,作图如下:
由图可知,绳套
1
的拉力先减小后增大,故
A
、
B
、
C
错误,
D
正确
.
“
纸带类
”
实验
题型:实验题:
5
年
2
考
高考题型
3
例
3
(2019·
吉林
“
五地六校
”
合作体联考
)
如图
7
甲所示装置可以进行以下实验:
A.
“
研究匀变速直线运动
”
B.
“
验证牛顿第二定律
”
C.
“
研究合外力做功和物体动能变化关系
”
图
7
(1)
在
A
、
B
、
C
这三个实验中,
________
需要平衡摩擦阻力
.
BC
解析
在
A
、
B
、
C
这三个实验中,
“
验证牛顿第二定律
”“
研究合外力做功和物体动能变化关系
”
都需要平衡摩擦阻力;
(2)
已知小车的质量为
M
,盘和砝码的总质量为
m
,且将
mg
视为细绳对小车的拉力,为此需要满足
m
≪
M
.
前述
A
、
B
、
C
三个实验中,
________
不需要满足此要求
.
解析
已知
小车的质量为
M
,盘和砝码的总质量为
m
,
且
将
mg
视为细绳对小车的拉力,为此需要满足
m
≪
M
.
前述
A
、
B
、
C
三个实验中,实验
A
只需要小车做匀加速运动即可
,
不
需要满足此要求;
A
(3)
如果用此装置做
“
研究合外力做功和物体动能变化关系
”
这个实验,由此可求得如图乙纸带上
(
纸带上除
O
点以外的其他点为连续点且相邻两点时间间隔为
T
)
由
O
点到
D
点所对应的运动过程中,盘和砝码受到的重力所做功的表达式
W
=
________
,
该
小车动能改变量的表达式
Δ
E
k
=
________
_
_.
由于实验中存在系统误差,所以
W
________Δ
E
k
(
选填
“
小于
”“
等于
”
或
“
大于
”
).
mgx
4
大于
解析
纸带
上由
O
点到
D
点所对应的运动过程中,盘和砝码受到的重力所做功的表达式:
W
=
mgx
4
;
由于实验中存在系统误差,所以盘和砝码受到的重力所做功
W
大于小车动能的改变量
Δ
E
k
.
拓展训练
5
(2019·
全国卷
Ⅰ
·22)
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
8
所示
.
已知打点计时器所用交流电的频率为
50 Hz
,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/
s
2
(
保留
2
位有效数字
).
图
8
A
0.233
0.75
解析
根据题述,物块加速下滑,在
A
、
B
、
C
、
D
、
E
五个点中,打点计时器最先打出的是
A
点
.
根据刻度尺读数规则可读出,
B
点对应的刻度为
1.20 cm
,
C
点对应的刻度为
3.15 cm
,
D
点对应的刻度为
5.85 cm
,
E
点对应的刻度为
9.30 cm
,
AB
=
1.20 cm
,
BC
=
1.95 cm
,
CD
=
2.70 cm
,
DE
=
3.45 cm.
拓展训练
6
(
2019·
四川南充市第二次适应性考试
)
“
验证机械能守恒定律
”
的实验装置如图
9
甲所示,图乙为实验所得的一条纸带,在纸带上选取了点迹清晰的连续
7
个点,若只测出了点
4
与点
0
之间的距离为
h
4
以及点
6
与点
0
的距离
h
6
,已知打点周期为
T
,当地重力加速度为
g
.(
以下的三个结论均由题中所给符号表示
)
(1)
打点
5
时重物的
速度
v
=
________
;
图
9
(2)
由已知条件从理论上计算点
5
到点
0
的距离
h
5
=
__________
;
解析
h
6
-
h
4
=
h
45
+
h
56
而
h
56
-
h
45
=
gT
2
,
(3)
若打点
0
时重物的速度为零,则要验证从点
0
到点
5
间重物下落过程中机械能守恒
的
等式
为
_________________________
.
拓展训练
7
(2019·
全国卷
Ⅱ
·22)
如图
10
,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
50 Hz
的交流电源、纸带等
.
回答下列问题:
图
10
(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
).
解析
对
铁块受力分析,由牛顿第二定律有
(2)
某次实验时,调整木板与水平面的夹角
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
11
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
9.80 m/s
2
.
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
11
0.35
解析
两
个相邻计数点之间的时间间隔
由逐差法和
Δ
x
=
aT
2
可得
以
“
教材演示实验为背景
”
的拓展创新
题型:实验题:
5
年
1
考
高考题型
4
例
4
(2019·
广东清远市期末质量检测
)
某校学生
“
验证
F
n
=
m
”
的实验中,设计了如下实验:
(
如图
12)
图
12
第
1
步:先用粉笔在地上画一个直径为
2
L
的圆;
第
2
步:通过力传感器,用绳子绑住一质量为
m
的物块,人站在圆内,手拽住绳子离物块距离为
L
的位置,用力甩绳子,使物块做匀速圆周运动,调整位置,让转动物块的手肘的延长线刚好通过地上的圆心,量出手拽住处距离地面的高度为
h
,记下力传感器的读数为
F
;
第
3
步:转到一定位置时,突然放手,让物块自由抛出去;
第
4
步:另一个同学记下物块的落地点
C
,将通过抛出点
A
垂直于地面的竖直线在地面上的垂足
B
与落地点
C
连一条直线,这条直线近似记录了物块做圆周运动时的地面上的投影圆在
B
处的运动方向,量出
BC
间的距离为
s
.
第
5
步:保持物块做圆周运动半径不变,改变物块做圆周运动的速度,重复上述操作
.
试回答:
(
用题中的
m
、
L
、
h
、
s
和重力加速度
g
表示
)
(1)
放手后,物块在空中运动的时间
t
=
________.
(2)
物块做圆周运动的速度
v
0
=
________.
(3)
物块落地时的速度
v
=
_____
__
_____.
(4)
在误差范围内,有
F
=
________.
解析
绳子
的拉力等于物块做圆周运动的向心力,
拓展训练
8
(2019·
山东青岛二中上学期期末
)
为了测定滑槽对物体的摩擦力所做功的大小,利用刻度尺和如图
13
所示的实验装置进行实验
.
其中,
a
是质量为
m
的小球
(
可视为质点
)
,
b
是固定于桌面的滑槽
(
滑槽末端切线沿水平方向
)
,实验时让小球
a
从滑槽上同一位置
C
点多次由静止释放滑下,落在地面上的平均落地点为
p
点,当地重力加速度为
g
,不计空气阻力
.
则实验时
图
13
(1)
需要测量的物理量
(
用文字和字母表示
)
:
___________________
、
____________
_
_____
、
_____________________.
C
点到桌面的高度
h
1
桌面到地面的高度
h
2
O
点到
p
点的水平距离
x
解析
实验
中需要测量的物理量有:
C
点到桌面的高度
h
1
,桌面到地面的高度
h
2
,
O
点到
p
点的水平距离
x
;
(2)
计算滑槽
b
对小球
a
的摩擦力所做的功的关系式
(
用测得的物理量的字母表示
)
:
W
f
=
__________
_
_.
解析
设
小球离开滑槽时的速度是
v
,在空中的运动时间为
t
,小球离开滑槽后做平抛运动
,
在水平方向上,做匀速直线运动:
x
=
v
t
①
以
“
教材学生实验为背景
”
的拓展创新
题型:实验题:
5
年
4
考
高考题型
5
例
5
(2019·
东北三省四市教研联合体模拟
)
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
)
:
________________
、
________________.
答案
弹簧
的自然长度、总匝数
[
单位长度的匝数、弹簧圈的直径
(
半径
)
、弹簧的粗细、弹簧的横截面积
]
解析
由
题意可知,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、单位长度的匝数等相同;
(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
14
所示,则该钢丝的直径为
________ mm
;
解析
由
题图可知,游标卡尺是
10
分度的,主尺上的读数为
0.1
×
10 mm
=
1 mm
,
游标尺上读数为
0.1
×
4 mm
=
0.4 mm
,故读数为
1 mm
+
0.4 mm
=
1.4 mm
;
图
14
1.4
(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
________
次幂成正比
.
4
劲度系数
k
(N/m)
钢丝的直径
D
(mm)
D
-
1
(mm
-
1
)
D
2
(mm
2
)
D
3
(mm
3
)
D
4
(mm
4
)
1
132
0.9
1.11
0.81
0.73
0.66
2
414
1.2
0.83
1.44
1.73
2.07
3
1 012
1.5
0.67
2.25
3.38
5.06
故弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的
4
次幂成正比
.
拓展训练
9
(2019·
陕西汉中市下学期模拟
)
某同学将带滑轮的滑板放置在水平桌面上,调节滑板上表面水平,将力传感器固定在小车上,然后把绳的一端固定在传感器拉钩上,用来测量绳对小车的拉力,在小车及传感器总质量不变的情况下,探究加速度跟它们所受拉力的关系时,根据测得的数据在坐标系中作出了如图
15
所示的
a
-
F
图象
.
图
15
(1)
由
a
-
F
图象可知小车和传感器的总质量为
______ kg.(
保留两位有效数字
)
0.50
解析
a
-
F
图象中的斜率表示质量的倒数,
(2)
图象不过坐标原点的原因
是
______________________________.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
解析
由
图象可知,当
F
≠
0
时,加速度仍然为零,说明小车与滑板之间有摩擦,未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;
(3)
为使图象过原点可垫高滑板的
________(
填
“
左
”
或
“
右
”
)
侧,使传感器拉钩不挂绳时,小车能做
________(
填
“
加速
”“
匀速
”
或
“
减速
”
)
运动
.
解析
为
使图象过原点必须要平衡摩擦力,可垫高滑板的右侧,使传感器拉钩不挂绳时,小车能做匀速运动
.
右
匀速
例
6
(
2019·
陕西宝鸡市高考模拟检测
(
二
)
)
某同学利用如图
16
甲所示装置来
“
验证机械能守恒定律
”.
将长为
L
的轻绳一端固定在
O
点,另一端拴在一个质量为
m
的正方体小铁块
A
上,在小铁块
A
的上表面边缘放一个小铁片
.
将铁块拉起,使绳拉直且偏离竖直方向成
θ
角时由静止开始释放铁块,当其到达最低点时,受到竖直挡板
P
阻挡而停止运动,之后铁片将飞离铁块
A
做平抛运动
.
(1)
用
20
分度的游标卡尺测量正方体铁块厚度
d
的结果如图乙所示,则
d
=
________ cm
;
图
16
2.350
解析
游标卡尺
的主尺刻度为
23 mm
,游标尺刻度为
10
×
0.05 mm
=
0.50 mm
,
所以
d
=
23 mm
+
0.50 mm
=
23.50 mm
=
2.350 cm
;
(2)
若测得小铁片从水平抛出到落到地面的水平位移
x
和竖直位移
y
,就可求得小铁
片做
平抛运动的初速度
v
0
=
________(
已知重力加速度为
g
).
若假设铁块与小铁片运动到最低点时的速度为
v
,则
v
与
v
0
的大小关系为
v
________
v
0
(
填
“
=
”“
>
”
或
“
<
”
)
;
>
解析
根据
铁片做平抛运动有:
x
=
v
0
t
①
由于存在阻力作用,故根据平抛运动的规律计算的速度小于实际速度;
(3)
该同学在实验中发现,若
θ
角改变,小铁片平抛运动的水平位移
x
随之发生改变
.
于是他多次实验,得到了多组
(
θ
,
x
)
值,通过计算分析得出了
“
铁块与小铁片一起由静止释放到运动到最低点过程中机械能守恒
”
的结论,并作出了
x
2
随
cos
θ
变化的
x
2
-
cos
θ
图象,你认为他作出的
x
2
-
cos
θ
图象应该是图中的
________(
实验中近似认为
v
=
v
0
).
C
又
v
=
v
0
,
h
=
L
(1
-
cos
θ
)
即:
x
2
=-
4
yL
cos
θ
+
4
yL
所以
x
2
-
cos
θ
图象应该是图中的
C.
拓展训练
10
(2019·
山东菏泽市下学期第一次模拟
)
某同学用气垫导轨做
“
验证动能定理
”
实验装置,如图
17
甲所示,重力加速度为
g
,按要求完成下列问题
.
图
17
(1)
实验前先用游标卡尺测出遮光条的宽度,测量示数如图乙所示,则遮光条的宽度
d
=
________ mm.
5.45
解析
游标卡尺
的主尺读数为
5 mm
,游标尺读数为
0.05 mm
×
9
=
0.45 mm
,所以最终读数为
5.45 mm.
(2)
实验中需要的操作是
________.
A.
调节螺钉,使气垫导轨水平
B.
调节定滑轮,使连接滑块的细线与气垫导轨平行
C.
滑块与遮光条的总质量
M
一定要远大于钩码的质量
m
D.
使滑块释放的位置离光电门适当远一些
ABD
解析
调节
螺钉使气垫导轨水平,
A
项正确
;
为了
使细线的拉力等于滑块受到的合外力,调节定滑轮,使连接滑块的细线与气垫导轨平行,
B
项正确
;
对于
系统来说,无需滑块与遮光条的总质量
M
远大于钩码的质量
m
,
C
项错误
;
使
滑块释放的位置离光电门适当远一些,可以减小测量滑块运动位移的相对误差,
D
项正确
.
(3)
按图示安装并调节好装置,开通气源,将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为
Δ
t
,则滑块通过光电门时的速度为
v
=
______
(
用测得的物理量字母表示
).
(4)
若保持钩码质量不变,改变滑块开始释放的位置,测出每次释放的位置到光电门的距离
x
及每次实验时遮光条通过光电门的时间
Δ
t
,通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系,则所作图象关系是
________
时才能符合实验要求
.
A.
x
-
Δ
t
B.
x
-
(Δ
t
)
2
C.
x
-
(Δ
t
)
-
1
D.
x
-
(Δ
t
)
-
2
D
本课结束