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高中物理高考 高考物理二轮复习专题专讲课件 第9讲+物理实验（一）（全国通用）
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这是一份高中物理高考 高考物理二轮复习专题专讲课件 第9讲+物理实验（一）（全国通用），共60页。PPT课件主要包含了第11讲力学实验，图10，图11，图12，图15，图16，图17，图18，图19等内容，欢迎下载使用。
1.(2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图1(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200 g，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：
(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________________________________。
解析 (1)把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看出，a－m图线是曲线即非线性。(2)由图象可知，小车受到钩码的拉力作用，但加速度仍为零，可能的原因是小车还受到摩擦力的作用。(3)改进措施：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度；第二，要使小车受到合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量。答案 (1)非线性 (2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车质量
2.(2014·新课标全国卷Ⅱ，23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图2所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2)。
已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm。
(3)图3中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k＝________N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k＝________N/m。
答案 (1)①81.7 ②0.012 2 (2)如图所示
3.(2015·新课标全国卷Ⅰ，22)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＝0.20 m)。
完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图4(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg；(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：
(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9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)
答案 (2)1.40 (4)7.9 1.4
4.(2015·新课标全国卷Ⅱ，22)某同学用图5(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。
(1)物块下滑时的加速度a＝________ m/s2，打C点时物块的速度v＝________ m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。A.物块的质量 B.斜面的高度 C.斜面的倾角
答案 (1)3.25 1.79 (2)C
主要题型：填空题知识热点 (1)命题规律 从近三年高考对力学实验的考查，处处渗透着新课程信息，试题“来源于教材而不拘泥于教材”。试题侧重对学生独立完成实验的能力的考查，实验命题并不回避学生做过的经典实验，只是在经典实验基础上做有限的变化，考查学生独立解决新问题的能力和知识迁移能力，体现新课程倡导的三维目标。
(2)题型特点①“常规实验题”：该小题命题立足教材，侧重考查完成实验的能力。涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排、实验数据的处理、实验误差的分析。②“能力迁移题”：该命题立足迁移，侧重考查设计简单实验方案的能力。突出实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移(图象法和平均值法)等。③“创新实验题”：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也很明显。其实这类题依然是以实验基础为依据，只不过在新的背景、新的命题方式下进行考查。
考向一 “纸带类”实验(一套装置、一条纸带串联力学四个实验)
1.(验证牛顿第二定律)用图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验。
(1)为了减小长木板对小车摩擦力的影响，必须在长木板________(选填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一木块来平衡摩擦力。接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。(2)为了验证小车的加速度与其质量的定量关系，必须采用________法。
(3)A同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到的数据如下表所示：
答案 (1)远离；减小；间隔相等(均匀) (2)控制变量 (3)①如图所示；②在物体受外力不变时，物体的加速度与其质量成反比；③0.06 N
2.(探究小车速度随时间的变化规律)(2015·嘉兴市高三教学测试) (1)如图7所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，按照实验要求应该( )
A.先释放小车，再接通电源B.先接通电源，再释放小车C.同时释放小车和接通电源
(2)本实验必须( )A.要平衡摩擦力B.要求悬挂物的质量远小于小车的质量C.上述两项要求都不需要(3)如图8为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC＝________ m/s，小车的加速度a＝________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0
3. (探究动能定理)某物理兴趣小组利用如图9所示的装置，将质量为m＝1.5 kg的钩码P与质量为M＝5.0 kg的小车Q组成的系统作为研究对象来验证动能定理，其实验步骤如下：(重力加速度g取10 m/s2)
A.将一端带滑轮的木板放在水平桌面上，有滑轮的一端伸出桌边沿B.在木板不带滑轮的一端安装打点计时器，用导线将打点计时器跟频率为50 Hz的交流电源相连C.将小车Q放在木板上打点计时器的附近，纸带穿过打点计时器的限位孔并与小车相连D.细绳的一端与小车Q相连，另一端跨过滑轮与钩码P相连E.接通打点计时器后释放小车Q，打点计时器在纸带上打下一系列点如图10所示。图中A、B、C、…、H是计数点，每相邻两个计数点间有4个记录点未标出，设纸带上两个相邻的计数点之的时间间隔为T。
(1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T＝________s。(2)由图10所示的纸带，通过分析计算可知，小车Q运动中受到的阻力f＝________N。(3)从打点计时器打下B点到打下C点的过程中，对钩码P与小车Q组成的系统，合外力做的功为W＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相关符号表示)；钩码P与小车Q组成的系统动能的改变量ΔEk＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相关符号表示)。(4)该实验中，每次实验所求得的W都略大于ΔEk，引起该实验误差的原因是____________(只需填写一个即可)。
(4)根据实验原理分析，W略大于ΔEk的原因有：钩码P下落过程中受到空气的阻力；计算过程中忽略了滑轮的质量即滑轮获得的动能；滑轮转动过程中受到轴、空气的阻力等。
4.(验证机械能守恒定律)某同学利用如图11所示的装置来验证由小车与钩码组成的系统机械能守恒
(1)现提供如下器材：A.小车 B.钩码 C.一端带滑轮的长木板 D.细绳 E.电火花打点计时器 F.纸带 G.毫米刻度尺 H.游标卡尺 I.低压交流电源 J.220 V交流电源实验中不需要的器材是________(填写器材前的字母)，还需要的器材是________。(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足________。(3)小明和小军同学在做该实验时，小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了，无须满足(2)问中小车质量M和钩码质量m的关系，而小军却否认小明的看法，你认为小明的看法________(选填“正确”或“不正确”)，理由是______________________________________________________________________。
(4)两位同学统一观点后完成实验，得到一条纸带，去掉前面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号为0～6)，测出相关距离如图12所示，要验证在第2点与第5点时系统的机械能相等，则应满足关系式____________________________。(设小车质量M，钩码质量m，打点周期为T)
解析 (1)实验不需要游标卡尺，距离由刻度尺测量，电火花计时器直接使用220 V交流电源，不需要低压交流电源，不需要的器材是H、I，还需要天平测量钩码的质量。(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足M≫m，这样能使摩擦力做的功相对少些，以减少机械能的损失。(3)小明的看法不正确，因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负功，系统机械能不守恒。
考向二 “橡皮条、弹簧”类实验
1.[2015·四川理综，8(1)]某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图13所示，图14是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1＝________ cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝ _____ ______ N (当地重力加速度g＝9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_________，作出F－x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。
解析 刻度尺示数为25.85 cm，注意估读。挂2个钩码时，弹簧弹力等于此时钩码的重力，即F＝2mg＝0.98 N。由于伸长量等于弹簧的长度减去原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。答案 25.85 0.98 弹簧原长
图13 图14
2.(2015·安徽理综，21Ⅰ)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图15所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：
①用铅笔描下结点位置，记为O；②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，________________；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；⑥比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。
解析 ③此步骤中应记录此时拉力的大小和方向，结合②的操作，③中横线应填写：沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。⑥要验证平行四边形定则，需要比较F与F3的大小，方向是否一致，故⑥中横线应填写F和F3答案 ③沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线 ⑥F和F3
3.利用如图16甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量关系的实验”。所用的钩码质量均为30 g。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将4个钩码逐个加挂在弹簧下端，每次挂完钩码待弹簧稳定后测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。(弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10 m/s2)试完成下列问题：
(1)请在如图乙所示坐标纸中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图象。
(2)由图象求得该弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留两位有效数字)。(3)某同学直接利用表中的实验数据，作出了如图丙所示的钩码质量m跟弹簧总长度x之间的函数关系图象，那么该图象斜率所表示的物理意义是__________________________________；该图像在横轴上截距的物理意义是__________________________。
解析 (1)弹簧所受的拉力为钩码的重力，弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图象如图所示。
(3)根据胡克定律有mg＝kx，所以题图丙所示图象斜率的物理意义是弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；图象在横轴上的截距表示弹簧的原长。答案 (1)见解析图 (2)27 (3)弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；弹簧的原长
高频考点十二 力学探究实验
探究型实验通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。
(10分)(2015·江苏单科，11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图17所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。
(1)下列实验操作中，不正确的有________。A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B.纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C.用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，…，8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图18所示。
计算相邻计时点间的平均速度v，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表。请将表中的数据补充完整。
(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是__________________________________。(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验②”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？__________________________________________________________________________________________________________________
答案 (1)CD(2分) (2)39.0(2分) (3)逐渐增大到39.8 cm/s且增加的越来越慢 逐渐增大到等于重力(4分) (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用(2分)
(9分)某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图19，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。
(1)如果测得C、D两点间距s4＝2.70 cm，D、E两点间距s5＝2.90 cm，则据此数据计算在打D点时小车的速度公式________________，小车的速度值vD＝________m/s。(保留三位有效数字)(2)该同学分别算出在打其他点时小车的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，请设计实验数据记录表格填入框中，并在坐标系中作出小车运动的v－t图象，设O点为计时起点。
(3)由所作v－t图象判断，小车所做的运动为__________________。
(3)匀加速直线运动(1分)
1.(2014·新课标全国卷Ⅰ，22)某同学利用图1(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200 g，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：
(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________________________________。
解析 (1)把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看出，a－m图线是曲线即非线性。(2)由图象可知，小车受到钩码的拉力作用，但加速度仍为零，可能的原因是小车还受到摩擦力的作用。(3)改进措施：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度；第二，要使小车受到合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量。答案 (1)非线性 (2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车质量
2.(2014·新课标全国卷Ⅱ，23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图2所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2)。
已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm。
(3)图3中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k＝________N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k＝________N/m。
答案 (1)①81.7 ②0.012 2 (2)如图所示
3.(2015·新课标全国卷Ⅰ，22)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＝0.20 m)。
完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图4(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg；(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：
(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9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)
答案 (2)1.40 (4)7.9 1.4
4.(2015·新课标全国卷Ⅱ，22)某同学用图5(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。
(1)物块下滑时的加速度a＝________ m/s2，打C点时物块的速度v＝________ m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。A.物块的质量 B.斜面的高度 C.斜面的倾角
答案 (1)3.25 1.79 (2)C
主要题型：填空题知识热点 (1)命题规律 从近三年高考对力学实验的考查，处处渗透着新课程信息，试题“来源于教材而不拘泥于教材”。试题侧重对学生独立完成实验的能力的考查，实验命题并不回避学生做过的经典实验，只是在经典实验基础上做有限的变化，考查学生独立解决新问题的能力和知识迁移能力，体现新课程倡导的三维目标。
(2)题型特点①“常规实验题”：该小题命题立足教材，侧重考查完成实验的能力。涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排、实验数据的处理、实验误差的分析。②“能力迁移题”：该命题立足迁移，侧重考查设计简单实验方案的能力。突出实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移(图象法和平均值法)等。③“创新实验题”：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也很明显。其实这类题依然是以实验基础为依据，只不过在新的背景、新的命题方式下进行考查。
考向一 “纸带类”实验(一套装置、一条纸带串联力学四个实验)
1.(验证牛顿第二定律)用图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验。
(1)为了减小长木板对小车摩擦力的影响，必须在长木板________(选填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一木块来平衡摩擦力。接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。(2)为了验证小车的加速度与其质量的定量关系，必须采用________法。
(3)A同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到的数据如下表所示：
答案 (1)远离；减小；间隔相等(均匀) (2)控制变量 (3)①如图所示；②在物体受外力不变时，物体的加速度与其质量成反比；③0.06 N
2.(探究小车速度随时间的变化规律)(2015·嘉兴市高三教学测试) (1)如图7所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，按照实验要求应该( )
A.先释放小车，再接通电源B.先接通电源，再释放小车C.同时释放小车和接通电源
(2)本实验必须( )A.要平衡摩擦力B.要求悬挂物的质量远小于小车的质量C.上述两项要求都不需要(3)如图8为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC＝________ m/s，小车的加速度a＝________ m/s2。(结果保留两位有效数字)
答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0
3. (探究动能定理)某物理兴趣小组利用如图9所示的装置，将质量为m＝1.5 kg的钩码P与质量为M＝5.0 kg的小车Q组成的系统作为研究对象来验证动能定理，其实验步骤如下：(重力加速度g取10 m/s2)
A.将一端带滑轮的木板放在水平桌面上，有滑轮的一端伸出桌边沿B.在木板不带滑轮的一端安装打点计时器，用导线将打点计时器跟频率为50 Hz的交流电源相连C.将小车Q放在木板上打点计时器的附近，纸带穿过打点计时器的限位孔并与小车相连D.细绳的一端与小车Q相连，另一端跨过滑轮与钩码P相连E.接通打点计时器后释放小车Q，打点计时器在纸带上打下一系列点如图10所示。图中A、B、C、…、H是计数点，每相邻两个计数点间有4个记录点未标出，设纸带上两个相邻的计数点之的时间间隔为T。
(1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T＝________s。(2)由图10所示的纸带，通过分析计算可知，小车Q运动中受到的阻力f＝________N。(3)从打点计时器打下B点到打下C点的过程中，对钩码P与小车Q组成的系统，合外力做的功为W＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相关符号表示)；钩码P与小车Q组成的系统动能的改变量ΔEk＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相关符号表示)。(4)该实验中，每次实验所求得的W都略大于ΔEk，引起该实验误差的原因是____________(只需填写一个即可)。
(4)根据实验原理分析，W略大于ΔEk的原因有：钩码P下落过程中受到空气的阻力；计算过程中忽略了滑轮的质量即滑轮获得的动能；滑轮转动过程中受到轴、空气的阻力等。
4.(验证机械能守恒定律)某同学利用如图11所示的装置来验证由小车与钩码组成的系统机械能守恒
(1)现提供如下器材：A.小车 B.钩码 C.一端带滑轮的长木板 D.细绳 E.电火花打点计时器 F.纸带 G.毫米刻度尺 H.游标卡尺 I.低压交流电源 J.220 V交流电源实验中不需要的器材是________(填写器材前的字母)，还需要的器材是________。(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足________。(3)小明和小军同学在做该实验时，小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了，无须满足(2)问中小车质量M和钩码质量m的关系，而小军却否认小明的看法，你认为小明的看法________(选填“正确”或“不正确”)，理由是______________________________________________________________________。
(4)两位同学统一观点后完成实验，得到一条纸带，去掉前面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号为0～6)，测出相关距离如图12所示，要验证在第2点与第5点时系统的机械能相等，则应满足关系式____________________________。(设小车质量M，钩码质量m，打点周期为T)
解析 (1)实验不需要游标卡尺，距离由刻度尺测量，电火花计时器直接使用220 V交流电源，不需要低压交流电源，不需要的器材是H、I，还需要天平测量钩码的质量。(2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可能准确，则小车质量M和钩码质量m的关系应该满足M≫m，这样能使摩擦力做的功相对少些，以减少机械能的损失。(3)小明的看法不正确，因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负功，系统机械能不守恒。
考向二 “橡皮条、弹簧”类实验
1.[2015·四川理综，8(1)]某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图13所示，图14是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1＝________ cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝ _____ ______ N (当地重力加速度g＝9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_________，作出F－x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。
解析 刻度尺示数为25.85 cm，注意估读。挂2个钩码时，弹簧弹力等于此时钩码的重力，即F＝2mg＝0.98 N。由于伸长量等于弹簧的长度减去原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。答案 25.85 0.98 弹簧原长
图13 图14
2.(2015·安徽理综，21Ⅰ)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图15所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：
①用铅笔描下结点位置，记为O；②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，________________；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；⑥比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。
解析 ③此步骤中应记录此时拉力的大小和方向，结合②的操作，③中横线应填写：沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。⑥要验证平行四边形定则，需要比较F与F3的大小，方向是否一致，故⑥中横线应填写F和F3答案 ③沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线 ⑥F和F3
3.利用如图16甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量关系的实验”。所用的钩码质量均为30 g。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将4个钩码逐个加挂在弹簧下端，每次挂完钩码待弹簧稳定后测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。(弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10 m/s2)试完成下列问题：
(1)请在如图乙所示坐标纸中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图象。
(2)由图象求得该弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留两位有效数字)。(3)某同学直接利用表中的实验数据，作出了如图丙所示的钩码质量m跟弹簧总长度x之间的函数关系图象，那么该图象斜率所表示的物理意义是__________________________________；该图像在横轴上截距的物理意义是__________________________。
解析 (1)弹簧所受的拉力为钩码的重力，弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图象如图所示。
(3)根据胡克定律有mg＝kx，所以题图丙所示图象斜率的物理意义是弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；图象在横轴上的截距表示弹簧的原长。答案 (1)见解析图 (2)27 (3)弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；弹簧的原长
高频考点十二 力学探究实验
探究型实验通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。
(10分)(2015·江苏单科，11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图17所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。
(1)下列实验操作中，不正确的有________。A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B.纸带穿过限位孔，压在复写纸下面C.用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，…，8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图18所示。
计算相邻计时点间的平均速度v，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表。请将表中的数据补充完整。
(3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是________________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是__________________________________。(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验②”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？__________________________________________________________________________________________________________________
答案 (1)CD(2分) (2)39.0(2分) (3)逐渐增大到39.8 cm/s且增加的越来越慢 逐渐增大到等于重力(4分) (4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用(2分)
(9分)某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图19，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。
(1)如果测得C、D两点间距s4＝2.70 cm，D、E两点间距s5＝2.90 cm，则据此数据计算在打D点时小车的速度公式________________，小车的速度值vD＝________m/s。(保留三位有效数字)(2)该同学分别算出在打其他点时小车的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，请设计实验数据记录表格填入框中，并在坐标系中作出小车运动的v－t图象，设O点为计时起点。
(3)由所作v－t图象判断，小车所做的运动为__________________。
(3)匀加速直线运动(1分)
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