19届高考物理二轮复习讲义 专题10实验及拓展创新 第1课时 力学实验.docx

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19届高考物理二轮复习讲义专题10实验及拓展创新第1课时力学实验

年份

试卷

题号

考点

情境图

2014

Ⅰ卷

22

验证牛顿第二定律

22题

23题

23

测定电源的电动势和内阻

Ⅱ卷

22

伏安法测电阻

22题

23题

23

探究弹簧的劲度系数与长度的关系

2015

Ⅰ卷

22

测定小车通过凹形桥最低点的速度

22题

23题

23

改装和校准毫安表

Ⅱ卷

22

测定物块与斜面的动摩擦因数

22题

23题

23

半偏法测电压表的内阻

2016

Ⅰ卷

22

验证机械能守恒定律

22题

23题

23

组装由热敏电阻控制的报警系统

Ⅱ卷

22

探究弹簧的弹性势能

22题

23题

23

半偏法测电压表的内阻

Ⅲ卷

22

研究影响安培力的因素

22题

23题

23

验证牛顿第二定律

2017

Ⅰ卷

22

用自制“滴水计时器”研究直线运动

22题

23题

23

研究小灯泡的伏安特性

Ⅱ卷

22

研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系

22题

23题

23

测定毫安表的内阻

Ⅲ卷

22

验证力的平行四边形定则

22题

23题

23

多用电表的原理和使用

2018

Ⅰ卷

22

测量弹簧的劲度系数

22题

23题

23

探究热敏电阻的温度特性

Ⅱ卷

22

电表的改装问题

22题

23题

23

测量木块与木板间的动摩擦因数

Ⅲ卷

22

人反应时间的测定

23题

23

电阻的测量

第1课时　力学实验

高考题型1　长度测量及读数

例1

　（2018·四川省泸州市二诊）对于如图1所示长度测量工具，请按要求正确读出数据．

图1

（1）刻度尺测得纸带A、B两点间的距离是________cm；

（2）螺旋测微器的读数是________mm.

答案　

（1）6.25　

（2）5.705

解析　

（1）由题图可知，毫米刻度尺的最小分度为0.1cm，故A、B间的距离为6.25cm；

（2）螺旋测微器的固定刻度为5.5mm，可动刻度为20.5×0.01mm＝0.205mm，所以最终读数为5.5mm＋0.205mm＝5.705mm.

拓展训练1

　（2018·闽粤期末大联考）

（1）用游标为20分度的游标卡尺测量某金属丝长度如图2甲所示，由图可知其长度为________mm；

（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，由图可知其直径为________mm.

图2

答案　50.15　4.698

解析　

（1）游标卡尺主尺读数为50mm，游标读数为0.05×3＝0.15mm，所以最终读数为50.15mm，即为物体的长度．

（2）螺旋测微器固定刻度读数为4.5mm，可动刻度读数为0.01×19.8mm＝0.198mm，所以金属丝的直径为4.698mm.

高考题型2　力的研究

例2

　（2018·全国卷Ⅰ·22）如图3（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．

图3

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1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg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9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m.

答案　3.775　53.7

解析　标尺的游标为20分度，精确度为0.05mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37mm＋15×0.05mm＝37.75mm＝3.775cm.

放入砝码后，弹簧再次伸长的长度x＝（3.775－1.950）cm＝1.825cm，

由胡克定律知，mg＝kx，

所以劲度系数k＝

＝

N/m≈53.7N/m.

拓展训练2

　（2018·福建省泉州市模拟三）某同学探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数k.主要实验步骤如下：

将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上．当弹簧自然下垂时，指针的指示值记作L0；弹簧下端挂一个砝码时，指针的指示值记作L1；弹簧下端挂两个砝码时，指针的指示值记作L2……；挂七个砝码时，指针的位置如图4所示，指针的指示值记作L7.已知每个砝码的质量均为50g，测量记录表如下：

图4

代表符号

L0

L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

刻度数值/cm

1.70

3.40

5.10

6.85

8.60

10.30

12.10

（1）实验中，L7的值还未读出，请你根据图4将这个测量值填入记录表中．

（2）为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了四个差值：

d1＝L4－L0，d2＝L5－L1，d3＝L6－L2，d4＝L7－L3.

（3）根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为ΔL＝____________.

（4）计算弹簧的劲度系数k＝________N/m.（g取9.8m/s2）

答案　

（1）13.85（13.83～13.87均可）　（3）

　（4）28

解析　

（1）刻度尺的最小分度值为1mm，刻度尺读数L7＝13.85cm

（3）根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：

ΔL＝

＝

（4）根据胡克定律有：

m0g＝kΔL，充分利用测量数据，k＝

＝

N/m＝28N/m.

例3

　（2018·河南省郑州市第三次质量预测）实验小组的同学利用弹簧测力计在水平放置的方木板上做“验证共点力的合成规律”的实验．

图5

（1）同学们用坐标纸记下某次橡皮筋的结点位置O以及两弹簧测力计施加的拉力的大小和方向，如图5所示．图中每个正方形小格边长均表示1.0N，利用作图法可知F1与F2的合力大小为________N．（结果保留两位有效数字）

（2）实验时，第一次用两个弹簧测力计、第二次用一个弹簧测力计将橡皮筋的结点拉到同一位置，其目的是为了________．

（3）不改变测力计1的示数F1的大小，逐渐减小两个弹簧测力计之间的夹角．为使结点O位置保持不变，则另一测力计2的示数将________（填“增大”“减小”或“不变）．

答案　

（1）6.5　

（2）使力的作用效果相同　（3）减小

解析　

（1）以表示两力的线段作为邻边作平行四边形，平行四边形的对角线是两力的合力，合力如图所示，图中每个正方形小格边长均代表1.0N，F1与F2的合力大小：

F≈6.5N；

（2）使合力与两个分力同时作用时的作用效果相同

（3）结合O位置保持不变，合力不变，不改变测力计1的示数F1的大小，逐渐减小两个弹簧测力计之间的夹角，如图所示，以O点为圆心，F1为半径的圆弧上各点到F顶点的距离逐渐减小，测力计2的示数将减小．

拓展训练3

　（2018·河南省南阳、信阳等六市二模）某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧秤通过细线悬吊一个钩码，当钩码静止时，弹簧秤的示数为2.00N；再用两个弹簧秤a和b通过两细线互成角度地将该钩码悬吊，其中b弹簧秤一端固定，a弹簧秤所拉细线如图6甲所示水平向左，待钩码静止时，b弹簧秤的示数如图乙所示．

图6

（1）图乙中b弹簧秤的示数为________N；可求出a弹簧秤的拉力为________N；

（2）保持a弹簧秤及其所拉的细线方向不变，将b及其所拉的细线以O为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转至竖直方向的过程中，b的示数________．（选填“变大”“变小”或“不变”）

答案　

（1）2.50　1.50　

（2）变小

高考题型3　“纸带类”实验

例4

　（2018·广东省广州市4月模拟）打点计时器接在50Hz的交流电源上时，每隔________s打一个点．做匀变速直线运动的小车拖动纸带穿过打点计时器，纸带上记录的点如图7所示，A、B、C、D、E为5个计数点，相邻两计数点间有4个点未标出．已知纸带与A点相近的一端跟小车相连，由此可知，小车的加速度大小为______m/s2，方向与小车运动方向________（填“相同”或“相反”）；打C点时，小车的瞬时速度________m/s.（计算结果均保留三位有效数字）

图7

答案　0.02　0.740　相反　0.472

解析　打点计时器接在50Hz的交流电源上时，每隔0.02s打一个点，因相邻两计数点间有4个点未标出，则T＝0.1s．已知纸带与A点相近的一端跟小车相连，由此可知，小车的加速度大小为a＝

＝

m/s2＝－0.740m/s2，负号说明方向与小车运动方向相反；AB中间时刻的速度v1＝

m/s＝0.583m/s，则打C点时，小车的瞬时速度vC＝v1－a（T＋0.5T）＝（0.583－0.740×0.15）m/s＝0.472m/s.

例5

　（2018·广东省惠州市第三次调研）在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图8甲所示的实验装置．操作如下：

（1）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应________（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）已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码的总重力，应该满足的条件是m________M（填“远小于”“远大于”或“等于”）．

（3）图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度的倒数

与盘和砝码的总质量m之间的实验关系图象．若牛顿第二定律成立，则小车的质量M＝________kg（g取10m/s2）．

图8

答案　

（1）增大　间距相等　

（2）远小于　（3）0.08

拓展训练4

　（2018·福建省永安一中、德化一中、漳平一中联考）甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图9甲、乙、丙所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律．已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题：

图9

（1）甲、乙、丙实验装置中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的是___________；

（2）实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是______________；

（3）实验时，若甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的a－F图线如图丁中A、B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是_____________．

（4）实验时，乙组同学得到的一条纸带如图戊所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，D、E、F为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，D、E间的距离为x1，E、F间的距离为x2，则小车的加速度a＝______（用字母表达）．若电源频率低于50Hz而未被发觉时，则乙组同学所测得的加速度值与真实值比较将________（选填“偏大”“偏小”或“无影响”）．

答案　

（1）甲、乙、丙　

（2）甲　（3）C、A、B　（4）

　偏大

例6

　（2018·河南省开封市第三次模拟）某同学验证动能定理的实验装置如图10所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门的挡光时间为t，d表示遮光片的宽度，L表示A、B两点间的距离．滑块与导轨间没有摩擦，用g表示重力加速度．

图10

（1）该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图11所示，遮光片的宽度d＝________cm.

图11

（2）该同学首先调整导轨倾角，易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在滑块上．让滑块恰好在A点静止．剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为________（用题目中所给的物理量符号表示）．

（3）为验证从A→B过程中滑块所受合外力做功与滑块动能变化的关系，需要验证的关系式为______________（用题目所给物理量符号表示）．

答案　

（1）1.14　

（2）mg　（3）mgL＝

解析　

（1）宽度d＝（11＋0.4）mm＝11.4mm＝1.14cm

（3）本实验需验证mgL＝

Mv2，而到达B点的速度v＝

，代入可得mgL＝

M

2.

例7

　（2018·安徽省宣城市第二次调研）用如图12甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图乙所示给出的是实验中获取的一条纸带：

0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．已知m1＝50g、m2＝150g，则（g取9.8m/s2，结果保留两位有效数字）

图12

（1）在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝______J，系统势能的减少量ΔEp＝________J；

（2）若某同学作出的

v2－h图象如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝________m/s2.

答案　

（1）0.58　0.59　

（2）9.7

解析　

（1）打第5个点时的速度为：

v5＝

＝

m/s＝2.4m/s

系统的初速度为零，所以动能的增加量为：

ΔEk＝

mv52－0＝

×（0.05＋0.15）×2.42J＝0.576J≈0.58J；

重力势能的减小量ΔEp＝（m2－m1）gh＝（0.15－0.05）×9.8×（0.384＋0.216）J＝0.588J≈0.59J；

（2）由机械能守恒可知，（m2－m1）gh＝

（m1＋m2）v2，即有：

v2＝

gh，所以作出的

v2－h图象中图象的斜率表示

g，由题图可知，斜率k＝4.85，故当地的实际重力加速度g＝9.7m/s2.

高考题型4　验证动量守恒定律

例8

　（2018·河南省驻马店市第二次质检）如图13所示实验装置，某同学用两个半径相同的a、b小球，按照以下步骤做弹性正碰实验．

图13

①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，使小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；

②将木板水平向右移动一定距离并固定，再使小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置，得到痕迹B；

③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，重复多次，并使用与第二步同样的方法分别标出碰撞后两个小球落点的平均位置，得到两球撞在木板上的痕迹A和C.

（1）为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1________m2.（选填“大于”“小于”或“等于”）

（2）完成本实验，必须测量的物理量有________．

A．小球a开始释放的高度h

B．木板水平向右移动的距离l

C．A球和B球的质量m1、m2

D．O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2、y3

（3）若

（2）所给选项的物理量均已知，如果满足条件____________（用测量量表示），则表示两小球发生的是弹性碰撞．

答案　

（1）大于　

（2）D　（3）

＋

＝

解析　（3）碰撞后水平位移相等，那么用竖直位移表示初速度．v＝

＝

，若两小球发生弹性碰撞，则满足m1v0＝m1v1＋m2v2，

m1v02＝

m1v12＋

m2v22，联立可得：

v0＋v1＝v2，即：

＋

＝

，所以上式是弹性碰撞的条件．

拓展训练5

　（2018·黑龙江省哈尔滨市三模）某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：

在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图14所示，在小车后连接着纸带，电火花计时器使用的电源频率为50Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．

图14

（1）若已得到的打点纸带如图15所示，并测得各计数点间距（标在图上）．A为运动起点，则应该选择________段来计算A碰前的速度，应选择________段来计算A和B碰后的共同速度．（以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”）

图15

（2）已测得小车A的质量m1＝0.40kg，小车B的质量m2＝0.20kg，由以上测量结果可得碰前m1v0＝________kg·m/s；碰后（m1＋m2）v共＝________kg·m/s.（结果保留三位有效数字），由此得出结论________________________________________________________________________．

答案　

（1）BC　DE　

（2）0.420　0.417　小车A与小车B组成的系统，在误差允许范围内，相互作用前后系统的总动量保持不变．

解析　

（1）A与B碰后粘在一起，速度减小，相等时间内的点间距减小，可知通过BC段来计算A的碰前速度，通过DE段计算A和B碰后的共同速度．

（2）A碰前的速度：

v0＝

＝

m/s＝1.05m/s

碰后共同速度：

v共＝

＝

m/s＝0.695m/s

碰前动量：

p1＝m1v0＝0.4×1.05kg·m/s＝0.420kg·m/s

碰后的总动量：

p2＝（m1＋m2）v共＝0.6×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s

可知小车A与小车B组成的系统，在误差允许范围内，相互作用前后系统的总动量保持不变．

高考题型5　拓展创新实验

例9

　（2018·全国卷Ⅱ·23）某同学用图16（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下表中给出，其中f4的值可从图（b）中弹簧秤的示数读出.

砝码的质量m/kg

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

滑动摩擦力f/N

2.15

2.36

2.55

f4

2.93

图16

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f－m图线；

（3）f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f－m图线（直线）的斜率的表达式为k＝________；

（4）取g＝9.80m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝________.（保留2位有效数字）

答案　

（1）2.75

（2）见解析图

（3）μ（M＋m）g　μg　（4）0.40

解析　

（1）由题图（b）可读出弹簧秤的示数f4＝2.75N.

（2）f－m图线如图所示．

（3）摩擦力表达式f＝μ（M＋m）g，其斜率k＝μg.

（4）图线的斜率k＝

＝

＝3.9

解得μ≈0.40.

拓展训练6

　（2018·全国卷Ⅲ·22）甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：

（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺．

（2）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________（用L、L1和g表示）．

（3）已知当地的重力加速度大小为g＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反应时间为________s．（结果保留2位有效数字）

（4）写出一条能提高测量结果准确程度的建议：

____________________.

答案　

（2）

　（3）0.20　（4）多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子

解析　

（2）根据自由落体运动的规律，得L－L1＝

gt2，解得t＝

.

（3）将g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝

得t＝0.20s.

（4）建议：

多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子．

拓展训练7

　某同学利用如图17所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤．实验操作如下：

图17

①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；

②在重锤1上加上质量为m的小钩码；

③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；

④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t.

请回答下列问题：

（1）步骤④可以减小对下落时间t测量的________（选填“偶然”或“系统”）误差．

（2）实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________．

A．使H测得更准确

B．使重锤1下落的时间长一些

C．使系统的总质量近似等于2M

D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等

（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差．现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？

（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0.用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝____________________.

答案　

（1）偶然　

（2）B　（3）在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落　（4）

解析　

（1）对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差．

（2）设系统运动的加速度为a，则根据牛顿第二定律得

（M＋m）g－Mg＝（2M＋m）a

即a＝

，

而H＝

at2，在H一定时，a越小，则t越长，这时测量出时间t的误差越小．因此实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B正确．

（3）由于摩擦阻力的影响，会产生系统误差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量使轻拉重锤1时能观察到其匀速下落．

（4）根据牛顿第二定律得

（M＋m）g－Mg＝（2M＋m＋m0）a

又有H＝

at2

联立①②解得g＝

.

专题强化练

1．（2018·河北省衡水金卷五）在实验室中用螺旋测微器测量金属丝的直径，螺旋测微器的读数部分如图1甲所示，由图可知，金属