2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 實驗技能與創(chuàng)新 第1講 力學(xué)實驗學(xué)案.docx

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第1講　力學(xué)實驗 [做真題明考向]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　真題體驗　透視命題規(guī)律 授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第71頁 [真題再做] 1.(2018高考全國卷Ⅰ，T22)如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置，簡化為圖中的指針． 現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)．當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時，移動游標(biāo)，再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)． 解析：標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度，精確度為0.05mm，游標(biāo)的第15個刻度與主尺刻度對齊，則讀數(shù)為37mm＋150.05mm＝37.75mm＝3.775cm. 彈簧形變量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825cm， 砝碼平衡時，mg＝kx，所以勁度系數(shù) k＝＝N/m≈53.7 N/m. 答案：3.775　53.7 2．(2018高考全國卷Ⅲ，T22)甲、乙兩同學(xué)通過下面的實驗測量人的反應(yīng)時間．實驗步驟如下： (1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準(zhǔn)備用手指夾住下落的尺． (2)甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時間為________(用L、L1和g表示)． (3)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反應(yīng)時間為________s．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)寫出一條能提高測量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議：___________________________________. 解析：(2)根據(jù)自由落體運動的規(guī)律，得L－L1＝gt2，解得t＝. (3)將g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝得t＝0.20s. (4)建議：多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子． 答案：(2) 　(3)0.20　(4)多次測量取平均值；初始時乙的手指盡可能接近尺子 3．(2017高考全國卷Ⅰ，T22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間．實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖(a)所示．實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車．在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置．(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴) (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的． (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動．小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________ m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)由于小車在水平桌面上運動時必然受到阻力作用，做勻減速直線運動，相鄰水滴(時間間隔相同)的位置間的距離逐漸減小，所以由題圖(b)可知，小車在桌面上是從右向左運動的．(2)滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴，其滴水的時間間隔為T＝＝s．根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，可得小車運動到題圖(b)中A點位置時的速度大小為vA＝≈0.19m/s.由逐差法可得，小車運動的加速度大小為a＝≈0.037m/s2. 答案：(1)從右向左　(2)0.19　0.037 4.(2018高考全國卷Ⅱ，T23)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)．跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼．緩慢向左拉動水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大?。炒螌嶒炈脭?shù)據(jù)在下表中給出，其中?4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出． 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動摩擦力?/N 2.15 2.36 2.55 ?4 2.93 回答下列問題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出?m圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，fm圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝________； (4)取g＝9.80m/s2，由繪出的fm圖線求得μ＝________.(保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)由圖(b)可讀出彈簧秤的示數(shù)f4＝2.75N. (3)摩擦力表達(dá)式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg. (4)圖線的斜率k＝＝＝3.9N/kg. 解得μ≈0.40. 答案：(1)2.75 (2)如圖所示 (3)μ(M＋m)g　μg (4)0.40 [考情分析] ■命題特點與趨勢——怎么考 1．實驗題的考查呈現(xiàn)由基礎(chǔ)性向綜合性的遞進(jìn)趨勢．實驗命題不避熱點，注重陳題翻新，重點實驗頻繁考，其他實驗“輪換”考，題目特點設(shè)置清晰，上手得分容易，但做好做全較難，能有效區(qū)分不同水平考生的能力． 2．重在考查實驗探究能力，而非實驗本身．新任務(wù)，新情境，原理設(shè)計，方法選擇，條件控制，數(shù)據(jù)處理的公式法、列表法、圖象法、平均值法和逐差法反復(fù)涉及，其中圖象法處理實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果規(guī)律性探索是高考的熱點和亮點． 3．實驗題反映科技進(jìn)步，引領(lǐng)教育創(chuàng)新．頻閃照相機或光電計時器替代打點計時器，氣墊導(dǎo)軌替代長木板，數(shù)字化傳感器直接測力或位移等，體現(xiàn)時代特征． ■解題要領(lǐng)——怎么做 1．熟知各種器材的特性． 2．熟悉課本上的實驗，抓住實驗的靈魂——實驗原理，掌握數(shù)據(jù)處理的方法，熟知兩類誤差的分析方法． [建體系記要點]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　知識串聯(lián)　熟記核心要點 授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第72頁 [網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建] [要點熟記] 1．系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密、實驗方法粗略或?qū)嶒炘聿煌晟贫a(chǎn)生的誤差．系統(tǒng)誤差總是同樣偏大或偏小．系統(tǒng)誤差可以通過更新儀器、完善原理和精確實驗方法來減?。? 2．偶然誤差：由各種偶然因素如測量、讀數(shù)不準(zhǔn)確、作圖不規(guī)范造成的誤差．偶然誤差表現(xiàn)為重復(fù)做同一實驗時總是時大時小．偶然誤差可用多次測量求平均值或作圖的方法來減?。? 3．有效數(shù)字：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字．有效數(shù)字從左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.0125為三位有效數(shù)字，中學(xué)階段一般取2位或3位有效數(shù)字． 4．利用紙帶求瞬時速度的方法 在勻變速直線運動中，利用物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求解． 測出與第n點相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)的距離xn和xn＋1，由公式vn＝算出． 5．利用紙帶求加速度的方法 (1)利用a＝求解：在已經(jīng)判斷出物體做勻變速直線運動的情況下可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a. (2)利用vt圖象求解：畫出vt圖象，圖線的斜率為物體做勻變速直線運動的加速度． (3)利用光電門求加速度 若兩個光電門之間的距離為L，則利用速度與位移的關(guān)系可求加速度，即a＝. [研考向提能力]　　　　　　　　　　　　　　　考向研析　掌握應(yīng)試技能 授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第73頁 考向一　游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) 游標(biāo)卡尺(不估讀) (1)讀數(shù)：測量值＝主尺讀數(shù)(mm)＋精度游標(biāo)尺上對齊刻線數(shù)值(mm)． (2)常用精確度：10分度游標(biāo)，精度0.1mm； 20分度游標(biāo)，精度0.05mm； 50分度游標(biāo)，精度0.02mm 螺旋測微器(需估讀) 測量值＝固定刻度＋可動刻度(帶估讀值)0.01mm 1．(1)用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖甲、乙所示．測量方法正確的是________(選填“甲”或“乙”)． (2)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，圖丙所示的示數(shù)為________mm. 解析：(1)題圖甲中夾小球的兩個測量爪為外測量爪，測物體的外徑，所以甲正確． (2)由螺旋測微器的讀數(shù)方法，可知金屬絲的直徑d＝6.5mm＋20.00.01mm＝6.700mm. 答案：(1)甲　(2)6.700(6.699～6.701均正確) 2．圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為________mm，螺旋測微器的讀數(shù)為________mm. 解析：游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為l＝52mm＋7mm＝52.35mm； 螺旋測微器的讀數(shù)為d＝1.5mm＋49.00.01mm＝1.990mm. 答案：52.35　1.990(1.899～1.991均正確) 游標(biāo)卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時應(yīng)注意的問題 (1)10分度的游標(biāo)卡尺，以mm為單位，小數(shù)點后只有1位.20分度和50分度的游標(biāo)卡尺以mm為單位，小數(shù)點后有2位． (2)游標(biāo)卡尺在讀數(shù)時先讀主尺數(shù)據(jù)，再讀游標(biāo)尺數(shù)據(jù)，最后兩數(shù)相加．游標(biāo)卡尺讀數(shù)不估讀． (3)不要把游標(biāo)尺的邊緣當(dāng)成零刻線，從而把主尺的刻度讀錯． (4)螺旋測微器讀數(shù)時，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出；要準(zhǔn)確到0.01mm，估讀到0.001mm，即結(jié)果若用mm為單位，則小數(shù)點后必須保留三位數(shù)字． 考向二　“紙帶類”問題的處理 1．常規(guī)計時儀器的測量方法 計時儀器 測量方法 秒表 秒表的讀數(shù)方法：測量值(t)＝短針讀數(shù)(t1)＋長針讀數(shù)(t2)，無估讀 打點計時器 (1)t＝nT(n表示打點的時間間隔的個數(shù)，T表示打點周期)； (2)打點頻率(周期)與所接交流電的頻率(周期)相同 2.兩個關(guān)鍵點 (1)區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點．計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點．要注意“每五個點取一個計數(shù)點”與“每隔四個點取一個計數(shù)點”的取點方法是一樣的． (2)涉及打點計時器的實驗均是先接通打點計時器的電源，待打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶． 3．紙帶的三大應(yīng)用 (1)判斷物體運動性質(zhì)． ①若Δx＝0，則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運動． ②若Δx不為零且為定值，則可判定物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動． (2)求解瞬時速度． 做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．如圖所示，求打某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移xn和xn＋1，則打n點時的速度vn＝. (3)用“逐差法”求加速度． 如圖所示 因為a1＝，a2＝，a3＝ 所以a＝＝. 3．在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學(xué)得到一條用打點計時器打下的紙帶，如圖所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，圖中每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，打點計時器接頻率f＝50Hz的交流電源． (1)打下E點時紙帶的速度vE＝________(用給定字母表示)； (2)若測得d6＝65.00cm，d3＝19.00cm，物體的加速度a＝________m/s2； (3)如果當(dāng)時交變電流的頻率f>50Hz，但當(dāng)時做實驗的同學(xué)并不知道，那么測得的加速度值和真實值相比________(選填“偏大”或“偏小”)． 解析：(1)由于圖中每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為5T，利用勻變速直線運動的推論得vE＝＝. (2)根據(jù)勻變速直線運動的推論Δx＝aT2可得a＝＝＝3.00m/s2. (3)如果在某次實驗中，交流電的頻率f>50Hz，則實際打點周期變小，根據(jù)運動學(xué)公式Δx＝aT2得，測量的加速度值和真實的加速度值相比偏小． 答案：(1)　(2)3.00　(3)偏小 4．(2017高考江蘇卷)利用如圖甲所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系．小車的質(zhì)量為M＝200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10.0g，打點計時器的電源為50Hz的交流電． (1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖乙所示．選擇某一點為計數(shù)點“0”，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點．用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，記錄在紙帶上．計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1＝________m/s. (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W.利用Ek＝Mv2算出小車的動能，并求出動能的變化量ΔEk.計算結(jié)果見下表. W/(10－3J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 ΔEk/(10－3J) 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在如圖丙所示的方格紙上作出ΔEkW圖象． (4)實驗結(jié)果表明，ΔEk總是略小于W.某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的，用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F＝________N. 解析：(1)小車能夠做勻速運動，表明已平衡摩擦力． (2)每隔4個計時點取一個計數(shù)點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1s，v1＝＝0.228m/s. (3)描點畫圖，如圖所示． (4)根據(jù)牛頓第二定律，對整體有mg＝(m＋M)a，對鉤碼有mg－FT＝ma，聯(lián)立可解得小車受到的實際拉力FT＝g＝0.093N. 答案：(1)小車做勻速運動　(2)0.228　(3)如圖(解析圖)所示　(4)0.093 5．某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中動量的變化規(guī)律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動，他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，打點計時器的工作頻率為50Hz，長木板下墊著小木片以平衡摩擦力． (1)若已得到如圖乙所示的打點紙帶，測得各計數(shù)點間距離并標(biāo)在圖上，點1為打下的第一個點，則應(yīng)選________段來計算小車A的碰前速度，應(yīng)選________段來計算小車A和小車B碰后的共同速度．(均選填“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”) (2)已測得小車A的質(zhì)量mA＝0.40kg，小車B的質(zhì)量mB＝0.20kg，由以上的測量結(jié)果可得，碰前兩小車的總動量為________kgm/s，碰后兩小車的總動量為________ kgm/s，由此可得出的實驗結(jié)論是_____________________________________________________. 解析：(1)因小車做勻速運動，應(yīng)取紙帶上點跡均勻的一段來計算速度，碰前2～3段點跡均勻，碰后4～5段點跡均勻，故取2～3段計算碰前小車A的速度，4～5段計算碰后小車A、B的共同速度． (2)碰前小車A的速度vA＝＝m/s＝1.05 m/s，其動量pA＝mAvA＝0.420kgm/s；碰后兩小車的共同速度為vAB＝＝m/s＝0.695 m/s，其總動量pAB＝(mA＋mB)vAB＝0.417kgm/s，由計算結(jié)果可知，在實驗允許的誤差范圍內(nèi)碰撞前后總動量不變． 答案：(1)2～3　4～5　(2)0.420　0.417　在實驗允許的誤差范圍內(nèi)碰撞前后總動量不變 考向三　“橡皮條、彈簧類”實驗 1．橡皮條、彈簧的彈力大小與伸長量之間的關(guān)系滿足胡克定律，實驗的數(shù)據(jù)處理中一般選用圖象法． 2．胡克定律描述的是在彈性限度內(nèi)，橡皮條(彈簧)的彈力與形變量成正比，如果超出彈性限度，正比關(guān)系不再成立． 3．圖象法處理數(shù)據(jù)的要求 (1)作圖一定要用坐標(biāo)紙，坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)有效數(shù)字的位數(shù)和結(jié)果的需要來定． (2)要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在坐標(biāo)軸上每隔一定的間距按有效數(shù)字的位數(shù)標(biāo)明數(shù)值． (3)圖上的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點合理地分布在線的兩側(cè)． (4)作圖時常通過選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸使圖象線性化，即“變曲為直”． (5)有些時候，為了使坐標(biāo)紙有效使用范圍增大，坐標(biāo)原點可以不從“0”開始． 6．在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗中： (1)以下說法正確的是________． A．彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度 B．用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C．用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量 D．用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等 (2)若某同學(xué)采用的實驗裝置如圖甲所示，所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右恒定的拉力．實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度． ①有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在圖乙中，請作出FL圖線． ②由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (3)若某同學(xué)把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是________． 解析：(1)彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度，否則彈簧會損壞，故A正確．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，要保證彈簧位于豎直位置，使鉤碼的重力等于彈簧的彈力，要待鉤碼平衡時再讀數(shù)，故B正確．彈簧的長度不等于彈簧的伸長量，故C錯誤．拉力與伸長量之比是勁度系數(shù)，由彈簧決定，同一彈簧的勁度系數(shù)是不變的，不同的彈簧的勁度系數(shù)一般不同，故D錯誤． (2)①作出FL圖線，如圖所示． ②彈簧處于原長時，彈力為零，故彈簧的原長L0＝5cm；圖象的函數(shù)表達(dá)式為F＝k(L－L0)，故斜率表示勁度系數(shù)，勁度系數(shù)k＝＝N/m＝20 N/m. (3)當(dāng)豎直懸掛時，由于自身重力的影響彈簧會有一段伸長量L1，但此時所掛重物的重力為0(F＝0)，結(jié)合彈簧彈力的特點可得，F(xiàn)＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其圖象只可能是C圖． 答案：(1)AB　(2)①圖見解析?、?.0　20　(3)C 7．(2017高考全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在桌面上，如圖(a)所示．將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長． (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標(biāo)原點O.此時拉力F的大小可由測力計讀出．測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點．此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N. (ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)點為作用點，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合； (ⅱ)F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________． 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則． 解析：(1)由測力計的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為4.0N．(2)(ⅰ)利用平行四邊形定則作圖；(ⅱ)由圖可知F合＝4.0N，從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線，頂點的橫坐標(biāo)對應(yīng)長度為1mm，頂點的縱坐標(biāo)長度為20mm，則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05. 答案：(1)4.0 (2)(ⅰ)如圖所示　(ⅱ)4.0　0.05 考向四　“光電門類”實驗 1．光電門的結(jié)構(gòu) 光電門是一個像門樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與計時裝置連接． 2．光電門的原理 當(dāng)物體通過光電門時光被擋住，計時器開始計時，當(dāng)物體離開時停止計時，這樣就可以根據(jù)物體大小與運動時間計算物體運動的速度． (1)計算速度：如果擋光片的寬度為d，擋光時間為Δt，則物體經(jīng)過光電門時的瞬時速度v＝. (2)計算加速度：利用兩光電門的距離L及a＝計算加速度． 8.如圖所示，為測量做勻加速直線運動小車的加速度，將寬度均為b的擋光片A、B固定在小車上，測得二者間距為d. (1)當(dāng)小車勻加速經(jīng)過光電門時，測得兩擋光片A、B先后經(jīng)過光電門的時間為Δt1和Δt2，則小車加速度a＝________________. (2)為減小實驗誤差，可采取的方法是________． A．增大兩擋光片的寬度b B．減小兩擋光片的寬度b C．增大兩擋光片之間的間距d D．減小兩擋光片之間的間距d 解析：(1)本題考查測量勻加速直線運動的加速度實驗及誤差分析．小車經(jīng)過A點時的瞬時速度 vA＝， 小車經(jīng)過B點時的瞬時速度 vB＝， 由公式2ad＝v－v， 解得加速度a＝＝[－]． (2)為了減小實驗誤差，可采取的措施有通過減小兩擋光片的寬度b來更加精確地獲得小車經(jīng)過A和B點時的瞬時速度，或通過增大兩擋光片之間的距離d來增加小車運動的時間來減小時間的測量誤差，故選B、C. 答案：(1)[－] (2)BC 9．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證牛頓第二定律，實驗裝置如圖甲所示．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送給計算機．滑塊在細(xì)線的牽引下向左做加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到電壓U隨時間t變化的圖象． (1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的Δt1________Δt2(選填“>”“＝”或“<”)時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平． (2)用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d＝________mm. (3)滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要對滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)驗證牛頓第二定律，還應(yīng)測出兩光電門間距離L和________________________(寫出物理量的名稱及符號)． (4)若上述物理量間滿足關(guān)系式________________________________________，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)滿足牛頓第二定律． 解析：(1)檢驗氣墊導(dǎo)軌水平的方法是輕推滑塊，看滑塊是否做勻速直線運動，故應(yīng)使Δt1＝Δt2. (2)本題中固定刻度的讀數(shù)為8mm(半毫米刻度線未露出)，可動刻度上與固定刻度水平線所對的讀數(shù)為47.5(要估讀一位)，所以遮光條的寬度d＝8.475mm. (3)對滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律得mg＝(m＋M)a，結(jié)合題中Δt1、Δt2、d、L及v＝v＋2aL可以測量加速度，故還需要測量滑塊P和遮光條的總質(zhì)量M. (4)對鉤碼Q，由牛頓第二定律得mg－F＝ma，對滑塊，由牛頓第二定律得F＝Ma，兩式聯(lián)立得mg＝(m＋M)a， 其中加速度為a＝[()2－()2] 即只需要證明mg＝[()2－()2]． 答案：(1)＝　(2)8.475(在8.474～8.476之間均正確)　(3)滑塊P和遮光條的總質(zhì)量M　(4)mg＝[()2－()2] [限訓(xùn)練通高考]　　　　　　　　　　　　　　　　科學(xué)設(shè)題　拿下高考高分 單獨成冊　對應(yīng)學(xué)生用書第149頁 (45分鐘) 1．用螺旋測微器測圓柱體的直徑時，示數(shù)如圖甲所示，此示數(shù)為________mm，用20分度的游標(biāo)卡尺測量某物體的厚度時，示數(shù)如圖乙所示，此示數(shù)為________mm. 解析：螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)6mm，可動刻度讀數(shù)為0.01mm12.5＝0.125mm，所以最終讀數(shù)為6mm＋0.125mm＝6.125mm；游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為6.3cm＝63mm，游標(biāo)尺上第12個刻度與主尺上某一刻度對齊，因此游標(biāo)讀數(shù)為0.05mm12＝0.60mm，所以最終讀數(shù)為63mm＋0.60mm＝63.60mm. 答案：6.125(0.002均可)　63.60 2．(2017高考全國卷Ⅱ)某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系．使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器． 實驗步驟如下： ①如圖(a)，將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢茫罨瑝K從斜面上方由靜止開始下滑； ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt； ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示]，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出　Δt圖，如圖(c)所示． 完成下列填空： (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為＝________. (2)由圖(c)可求得，vA＝________cm/s，a＝________ cm/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 解析：(1)由于滑塊做勻變速運動，在擋光片通過光電門的過程中，由運動學(xué)公式得Δt＝vAΔt＋a(Δt)2，則＝vA＋aΔt.(2)由＝vA＋aΔt結(jié)合題圖(c)可知，圖線與縱軸的交點的縱坐標(biāo)即為vA，將圖線延長與縱軸相交，得vA＝52.1cm/s，圖線的斜率等于a，即a＝cm/s2，求得a＝16.4 cm/s2. 答案：(1)vA＋Δt　(2)52.1　16.4 3．在“驗證動量守恒定律”的實驗中，氣墊導(dǎo)軌上放置著帶有遮光板的滑塊A、B，遮光板的寬度相同，測得滑塊的質(zhì)量分別為m1和m2.如圖a所示，實驗中，用細(xì)線將兩個滑塊拉近使輕彈簧壓縮，然后燒斷細(xì)線，輕彈簧將兩個滑塊彈開，測得滑塊A、B通過光電門的時間分別為t1、t2. (1)圖b所示為甲、乙兩同學(xué)用螺旋測微器測遮光板寬度d時所得的不同情景．由該圖可知甲同學(xué)測得的示數(shù)為________mm，乙同學(xué)測得的示數(shù)為________mm. (2)用測量的物理量表示動量守恒應(yīng)滿足的關(guān)系式為________(用m1、m2、t1、t2、d表示)，被壓縮彈簧開始貯存的彈性勢能Ep＝________. 解析：(1)題圖b中甲測得的螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為3.5mm，可動刻度讀數(shù)為0.01mm0.5＝0.005mm，所以最終讀數(shù)為3.5mm＋0.005mm＝3.505mm.同理，乙的讀數(shù)為3mm＋0.485mm＝3.485mm. (2)根據(jù)動量守恒定律可知，設(shè)向右為正方向，則應(yīng)滿足的表達(dá)式為0＝－m1v1＋m2v2，即m1v1＝m2v2，根據(jù)光電門的性質(zhì)可知v1＝，v2＝，代入上式可得＝，根據(jù)功能關(guān)系可知，壓縮彈簧貯存的彈性勢能等于后來滑塊A、B獲得的動能，則有Ep＝m1v＋m2v＝()2＋()2. 答案：(1)3.505(3.503～3.507均可)　3.485(3.483～3.487均可)　(2)＝　()2＋()2 4．(2016高考全國卷Ⅱ)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實驗裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能． (1)實驗中涉及下列操作步驟： ①把紙帶向左拉直?、谒墒轴尫盼飰K?、劢油ù螯c計時器電源　④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)． (2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果．打點計時器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為______m/s.比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大． 解析：(1)實驗中應(yīng)先向左推物塊使彈簧壓縮，測量彈簧的壓縮量，然后把紙帶向左拉直，先接通打點計時器電源，等打點穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，使其向右滑動，因此步驟為④①③②.(2)由于物塊離開彈簧時的速度最大，因此M紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為v＝＝1.29m/s.由于彈簧壓縮量越大，彈性勢能越大，因此推開物塊后，彈簧彈性勢能轉(zhuǎn)化成物塊的動能越多，物塊離開彈簧后獲得的速度越大，打的點間距越大，因此M紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大． 答案：(1)④①③②　(2)1.29　M 5．利用氣墊導(dǎo)軌驗證動能定理，實驗裝置示意圖如圖所示． 實驗主要步驟如下： ①在水平桌面上放置氣墊導(dǎo)軌，將它調(diào)至水平； ②用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d； ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離L； ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待托盤靜止不動時，釋放滑塊，從固定在滑塊上的拉力傳感器讀出細(xì)線拉力的大小F，從數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，通過光電門2的時間Δt2； ⑤用天平稱出滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M. 回答下列問題： (1)以滑塊(包含遮光條和拉力傳感器)為研究對象，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式__________(用測量的物理量的字母表示)，則可認(rèn)為驗證了動能定理； (2)關(guān)于本實驗，某同學(xué)提出如下觀點，其中正確的是________； A．理論上，遮光條的寬度越窄，遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度 B．牽引滑塊的細(xì)繩應(yīng)與導(dǎo)軌平行 C．需要考慮托盤和砝碼受到的空氣阻力對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響 D．托盤和砝碼的總質(zhì)量m必須遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M (3)不計空氣阻力，已知重力加速度g和實驗測得的物理量，根據(jù)“mg－F＝ma”，可以計算托盤和砝碼的總質(zhì)量m.若不考慮遮光條寬度的影響，計算出托盤和砝碼的總質(zhì)量為m1；若考慮遮光條寬度的影響，計算出托盤和砝碼的總質(zhì)量為m2，則m1________m2(選填“大于”“等于”或“小于”)． 解析：(1)滑塊經(jīng)過兩光電門的速度分別為v1＝、v2＝，對滑塊運用動能定理有FL＝M()2－M()2. (2)理論上，遮光條的寬度越窄，通過光電門的時間越短，遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度，故A正確；牽引滑塊的細(xì)繩應(yīng)與導(dǎo)軌平行，若不平行，則細(xì)繩對滑塊拉力方向就在不停變化，其做功變?yōu)樽兞ψ龉?，?dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確，故B正確；本實驗的研究對象是滑塊，故不需要考慮托盤和砝碼受到的空氣阻力做功，故C錯誤；該實驗細(xì)繩拉力直接可以用傳感器測量，故托盤和砝碼的總質(zhì)量m不用必須遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M，故D錯誤． (3)不考慮遮光條寬度的影響，設(shè)滑塊的加速度為a1，則()2－()2＝2a1L 考慮遮光條寬度的影響，設(shè)滑塊的加速度為a2，則 ＝v1＋a2，＝v2＋a2，2a2L＝v－v 聯(lián)立以上幾式得 2a2L＝()2－()2－a[(Δt1)2－(Δt2)2] 故2a1L>2a2L，a1>a2，由m＝，得m1>m2. 答案：(1)FL＝M()2－M()2　(2)AB　(3)大于 6.某實驗小組的同學(xué)制作了一個彈簧彈射裝置，輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接)，壓縮彈簧并鎖定，然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內(nèi)壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑)，金屬管水平固定在離地面一定高度處，如圖所示．解除彈簧鎖定，則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射．現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，并探究彈射過程所遵循的規(guī)律，實驗小組配有足夠的基本測量工具，并按下述步驟進(jìn)行實驗： ①用天平測出兩球質(zhì)量分別為m1、m2；②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h；③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄下兩球在水平地面上的落點M、N. 根據(jù)該小組同學(xué)的實驗，回答下列問題： (1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需要測量的物理量有________． A．彈簧的壓縮量Δx B．兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2 C．小球直徑 D．兩球從彈出到落地的時間t1、t2 (2)根據(jù)測量結(jié)果，可得彈性勢能的表達(dá)式為_______________________________ ________________________________________________________________________. (3)用測得的物理量來表示，如果滿足關(guān)系式________________，則說明彈射過程中系統(tǒng)動量守恒． 解析：(1)彈簧彈出兩球過程中，系統(tǒng)機械能守恒，要測定壓縮彈簧的彈性勢能，可轉(zhuǎn)換為測定兩球被彈出時的動能，實驗中顯然可以利用平拋運動測定平拋初速度以計算初動能，因此在測出平拋運動下落高度的情況下，只需測定兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2，所以選B.(2)平拋運動的時間t＝，初速度v0＝，因此初動能Ek＝mv＝，由機械能守恒定律可知，壓縮彈簧的彈性勢能等于兩球平拋運動的初動能之和，即Ep＝＋.(3)若彈射過程中系統(tǒng)動量守恒，則m1v01＝m2v02，代入初速度得m1x1＝m2x2. 答案：(1)B　(2)Ep＝＋ (3)m1x1＝m2x2 7．某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則． 實驗步驟：①將彈簧測力計固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向． ②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧測力計的掛鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧測力計示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧測力計的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)．每次將彈簧測力計示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示： F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F＝2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′. ④在掛鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在掛鉤上，如圖乙所示．用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使掛鉤的下端達(dá)到O點，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB.完成下列作圖和填空： (1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙中畫出Fl圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm. (2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，則FOA的大小為________N. (3)根據(jù)給出的標(biāo)度，在圖丁中作出FOA和FOB的合力F′的圖示． (4)通過比較F′與________的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論． 解析：(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出Fl圖線，圖線的橫截距即表示橡皮筋原長，因此l0＝10.0cm. (2)橡皮筋總長l＝OA＋OB＝13.60cm，根據(jù)Fl圖線，可讀出橡皮筋長度l＝13.60cm時橡皮筋的拉力為1.80N. (3)根據(jù)平行四邊形定則作圖，對角線表示合力F′. (4)若F′與FOO′在誤差范圍內(nèi)大小相等、方向相同，就表明力的平行四邊形定則是正確的． 答案：(1)如圖所示　10.0(9.8、9.9、10.1均正確) (2)1.80(1.70～1.90均正確) (3)如圖所示 (4)FOO′