1、第1讲 力学实验,网络构建,规律方法,(3)用“逐差法”求加速度 如图所示，有连续的偶数段数据：,【典例1】 (2018全国卷，22)如图1(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1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg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9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数
2、为_ N/m(保留3位有效数字)。,读数类实验,图1,答案 3.775 53.7,【典例2】 某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图2所示，则工件的长度为_ mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图3所示，则工件的直径为_ mm。,解析 根据游标卡尺读数规则可知工件的长度为21 mm0.02 mm3621.72 mm；根据螺旋测微器读数规则可知工件的直径为4 mm0.01 mm30.04.300 mm。 答案 21.72 4.300,测量仪器读数的两点注意 (1)需要估读的仪器(关键是确定好最小分度)：刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧测力计。 (2)不需要估读的仪器：游标卡尺、
3、电阻箱、欧姆表(刻度不均匀，可不估读或按半刻度估读)。,1.某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图4甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为_ cm和_ mm。 图4,解析 直尺的最小刻度为0.1 cm，因此读数应为60.08 cm，游标卡尺是50分度，精确到0.02 mm，因此读数为4.20 mm。 答案 60.08 4.20,2.(1)如图5甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为_ mm、_ mm、_ mm。 图5,(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图6所示，则金属丝的直径是_ mm。 图
4、6,解析 (1)甲图读数：整毫米数是17 mm，不足1毫米数是20.1 mm0.2 mm，最后读数是17 mm0.2 mm17.2 mm；乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是70.05 mm0.35 mm，最后读数是23 mm0.35 mm23.35 mm；丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是190.02 mm0.38 mm，最后读数是10 mm0.38 mm10.38 mm。 (2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.00.01 mm，最后的读数是2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。 答案 (1)17.2 23.35 10
5、.38 (2)2.150,【典例】 (2017全国卷，22)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7(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6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) 图7,“纸带类”实验,(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/s
6、2。(结果均保留2位有效数字),解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动。,答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.037,1.如图8所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 图8,(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。 A.重物选用质量和密度较大的金属 B.两限位孔在同一竖直面内上下对齐 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物,(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到
7、了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图9所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。 图9 A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度,(2)由EG的长度可求出打F点的速度v2，打O点的速度v10，但求不出OF之间的距离h，故选项A错误；由BC和CD的长度可求出打C点的速度v2，打O点的速度v10，有OC之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项B正确；由BD和EG的长度可分别求出打
8、C点的速度v1和打F点的速度v2，有CF之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项C正确；AC、BD和EG的长度可分别求出打B、C、F三点的速度，但BC、CF、BF之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项D错误。,(3)不能用自由落体的公式再计算瞬时速度，A、B错误；重物下落的高度是用刻度尺测量的，不是计算的，选项C错误；D为验证机械能守恒定律的实验测量方案，是正确的。 答案 (1)AB (2)BC (3)D,2.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组用如图10甲所示的实验装置进行实验，重物通过滑轮用细绳拉小车，在小车和重物之间接一个轻质微型力传感器，位移传感器(发
9、射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，滑轮左侧细绳与轨道平行，实验中力传感器的示数为F，保持小车包括位移传感器(发射器)的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图乙所示。,图10,(1)图乙中的aF图线不过原点，表明实验之前缺少的一个必要步骤是_ _。 (2)本实验是否需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量？_ (填“是”或“否”)，原因是_ _。 (3)若某同学做该实验时，没有选用位移传感器和力传感器，只是把重物用细绳绕过定滑轮与小车相连，实验获得的aF图线仍是图乙。所挂重物越重，细绳拉小车的力将越大，结合会使aF图线不断延伸
10、，如图丙所示，预测延伸后半部分的图线将会是_(填“”“”或“”)。,解析 (1)刚开始力传感器示数为零，小车保持静止，说明实验前小车在轨道上运动时，没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 (2)不需要使所挂重物的质量远小于小车和位移传感器的总质量，因为小车所受合外力可以通过力传感器直接读出。,答案 (1)平衡摩擦力 (2)否 小车所受合外力可以通过力传感器直接读出 (3),【典例】 (2017全国卷，22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图11(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之
11、外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N。,“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验,()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图11,()F合的大小为_N，F
12、合与拉力F的夹角的正切值为_。 若F合与拉力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。,解析 (1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N (2)()画出力F1、F2的图示，如图所示,()用刻度尺量出F合的线段长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为tan 0.05。 答案 (1)4.0 N (2)()见解析 ()4.0 0.05,1.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，某同学先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺刻度，然后将不同数量的相同的钩码依次悬挂在竖直弹簧下端，并记录好相应读数。 图12,(1)某次测量如图12
13、所示，指针所指刻度尺读数为_cm。 (2)该同学在实验过程中，发现挂前3个钩码时，钩码重力与对应的弹簧伸长量基本成正比关系，但当挂上第4个钩码时，弹簧突然向下伸长很多，和前3组数据对比，明显不再成正比关系，产生这种情况的原因是_ _。 (3)更换新的同种弹簧后进一步探究，在挂上第3个钩码后，在弹簧伸长过程中钩码的机械能将_，弹簧的弹性势能将_。(填“增加”“不变”或“减少”),解析 (1)刻度尺的最小分度值为1 mm，所以读数为14.16 cm。 (2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律。 (3)弹簧伸长，在不超过其弹性限度时，其弹性势能增加，而钩码下降，弹力做负功，机械能
14、减少。 答案 (1)14.16(14.1314.17均可) (2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律 (3)减少 增加,2.某同学用如图13所示的装置通过半径相同的A、B两球(mAmB)的碰撞来验证动量守恒定律，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图13中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹
15、如图14所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐。,(1)碰撞后B球的水平射程应取为_ cm； (2)在以下选项，哪些是本次实验必须进行的测量？_(填选项序号) A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B.A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C.测量A球或B球的直径 D.测量A球和B球的质量(或两球质量之比) E.测量水平槽面相对于O点的高度,(3)实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是( ) A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小 B.释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相
16、对误差越小，两球速度的测量越准确 C.释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小 D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小,解析 (1)如题图所示，用尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是65.7 cm。 (2)小球做平抛运动时飞行时间相同，所以可以用水平位移的大小关系表示速度的大小关系。实验中要测量的数据有：两小球的质量m1、m2，三个落点到O点的距离x1、x2、x。所以选项A、B、D正确。 (3)入射小球的释放点越高，入射小球碰前速度越大，相碰时内力越大，阻力影响越小，可以较好地满足动量守恒的条件，有利于减小误差
17、，故选项C正确。 答案 (1)65.7 (2)ABD (3)C,1.力学创新型实验的特点(1)以基本的力学实验模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。(2)将实验的基本方法控制变量法、处理数据的基本方法图象法、逐差法融入到实验的综合分析之中。,力学创新实验,2.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案。(2)进行实验，记录数据。应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。,【典例】 (2018全国卷，23)某同学用图15(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的
18、细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。,图15,回答下列问题： (1)f4_ N； (2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm图线； (3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f_，fm图线(直线)的斜率的表达式为k_； (4)取g9.80 m/s2，由绘出的fm图线求得_。(保留2位有效数字),解析 (1)对弹
19、簧秤进行读数得2.75 N。 (2)在图象上添加(0.05 kg，2.15 N)、(0.20 kg，2.75 N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答案图所示。 (3)由实验原理可得f(Mm)g，fm图线的斜率为kg。 (4)根据图象求出k3.9 N/kg，代入数据0.40。 答案 (1)2.75 (2)如图所示,(3)(Mm)g g (4)0.40,1.某学习小组利用图16甲所示的装置进行“探究合力一定时，加速度与质量的关系”实验，图中大的定滑轮可绕水平轴转动，绕过定滑轮的轻绳两端分别系有钩码和弹簧测力计，弹簧测力计下端挂装有细砂的小
20、桶。实验的主要步骤如下：用螺旋测微器测量A处金属片的厚度d，其示数如图乙所示。用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数为F0。 释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F1，记下金属片通过光电门的遮光时间t1。,图16,钩码下方再挂一个钩码，用手控制钩码，调整金属片的位置仍在A处静止不动，释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F2，记下金属片通过光电门的遮光时间t2。 重复步骤，进行多次实验。 请回答下列问题： (1)d_mm。 (2)不需要测量下列哪些物理量，也能完成本实验：_。 A.金属片与光电门间的高度差h B.钩码的总质量M C.弹簧测力计、金属片、砂和小桶的总质量m,(3)若用F表示钩码释放后弹
21、簧测力计的示数，则能正确反映“合力一定时，加速度与质量的关系”的是_。,解析 (1)d2.5 mm0.01 mm11.22.612 mm。,答案 (1)2.612 (2)ABC (3)D,2.某学习兴趣小组的同学在探究功与速度变化的关系时，设计了如图17所示的实验，实验步骤如下： 图17,A.将长木板置于水平桌面； B.在一薄木板上标出A、B、C、D、E、F点，使ABBCCDDEEF，然后将薄木板倾斜放置于长木板上并固定，形成斜面，斜面的A点与长木板接触； C.将物块分别从斜面上B、C、D、E、F各点由静止释放，并分别记下物块在长木板上停止的位置A1、A2、A3、A4、A5； D.用刻度尺测量
22、出各停止的位置点与A点间的距离x1、x2、x3、x4、x5。,(1)本实验中释放物块时是否需要平衡物块与薄木板之间的摩擦力？_(填“是”或“否”)。 (2)关于本实验，下列说法正确的是_。 A.实验中探究的是物块在斜面上合力做的功与物块在斜面上运动速度改变的关系 B.实验中探究的是物块在水平长木板上合力做的功与物块在水平长木板上运动速度改变的关系 C.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数必须相同 D.实验中斜面、水平长木板与物块间的动摩擦因数不必相同,(3)将测量数据记录在表格中： 由表格中数据得到的结论为_。,解析 物块在固定斜面上下滑时，沿斜面向下受到重力的分力与摩擦力，二者的合力为
23、恒力，下滑距离加倍时，合力做功加倍。物块在水平长木板上做匀减速运动，直到停止，由v22ax得，v2与x成正比，实验中探究物块在斜面上合力做的功与速度变化的关系，可转变为探究物块在斜面上合力做的功与物块在长木板上滑行距离的关系。 (1)实验中物块沿斜面加速下滑受到恒力作用，故不需要平衡摩擦力。 (2)本实验的目的是探究物块在斜面上加速运动时合力做功与速度变化的关系，选项A正确；斜面与物块间的动摩擦因数和水平长木板与物块间的动摩擦因数不需要相等，选项D正确。,(3)物块从B点释放到运动至斜面底端，合力做功为W，则从C、D、E、F点释放，物块运动到斜面底端，合力做功为2W、3W、4W、5W，由题表中
24、数据可得物块从C、D、E、F点释放后，在水平长木板上滑行的距离为2x1、3x1、4x1、5x1，可见物块在斜面上下滑时合力做的功与物块在水平长木板上滑行的距离成正比，由v22ax得，v2与x成正比，则物块在斜面上下滑时，合力所做的功与物块在斜面上滑行时速度平方的变化成正比。 答案 (1)否 (2)AD (3)在误差允许的范围内，合力所做的功与物块速度平方的变化成正比,1.明明确考查的知识范围现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识。尽管题目千变万化，但通过仔细审题，都能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图。 2.看看清实验题图实验题一般配有相应的示意图、实物图，目的是告知
25、实验仪器(或部分)及其组装情况，让考生探究考查意图。认识这些器材在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程。,高考实验题答题策略做到一“明”、二“看”、三“提取” 又快又准破解实验题,3.提取提取信息试题总是提供诸多信息再现实验情景，因此，解答时必须捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解。一般需要关注如下信息：(1)新的概念、规律、公式一些新颖的非常规实验题、陌生的新知识(概念公式)应用题、新规律验证题，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务。(2)新的表格数据通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系。如正比例、反比例关系，平方还是开
26、方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可以直观反映实验的某种规律。,(3)新的物理图象 实验题本身提供物理图象，但这些图象平时没有接触过，关键要明确图象的物理意义，才能正确分析实验问题。,【例】 (2018北京理综，21)用图18所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。,主要实验步骤如下： a.安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。 b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图19中A、B、C、D、E、F所示。,c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2
27、、v3、v4、v5 d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图20所示。,结合上述实验步骤，请你完成下列任务： (1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母)。 A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码) (2)在图20中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出vt图象。 (3)观察vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_，vt图象斜率的物理意义是_。,解析 (1)打点计时器使用的是低压交流电源，故选A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)。 (2)先标出计数点C对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上。 (3)依据vt图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；vt图象斜率的物理意义是加速度。,答案 (1)A C (2)如图所示,(3)小车的速度随时间均匀变化 加速度 (4)越小越好 有关 (5)如果小球的初速度为0，其速度vt，那么它通过的位移xt2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。,
