高考物理总复习 必考部分 专题十四 实验与探究习题课件.ppt

专题十四实验与探究 高考物理 新课标 专用 考点一基本仪器的使用 五年高考 自主命题 省 区 市 卷题组 1 2015浙江理综 15 6分 如图所示 气垫导轨上滑块经过光电门时 其上的遮光条将光遮住 电子计时器可自动记录遮光时间 t 测得遮光条的宽度为 x 用近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度 为使更接近瞬时速度 正确的措施是 a 换用宽度更窄的遮光条b 提高测量遮光条宽度的精确度c 使滑块的释放点更靠近光电门d 增大气垫导轨与水平面的夹角 答案a实质上是滑块通过光电门时的平均速度 所以要使瞬时速度的测量值更接近于真实值 可将遮光条的宽度减小一些 所以b c d项错误 a项正确 2 2015海南单科 11 6分 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度 测量结果如图 a 和 b 所示 该工件的直径为cm 高度为mm 图 a 图 b 答案1 2206 860 解析图 a 为20分度的游标卡尺 其精度为0 05mm 主尺读数为12mm 游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐 故测量结果为12mm 4 0 05mm 12 20mm 1 220cm 螺旋测微器的精度为0 01mm 由图 b 知固定刻度读数为6 5mm 可动刻度读数为 36 0 故工件的高度为6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm 3 2014重庆理综 6 1 某照明电路出现故障 其电路如图1所示 该电路用标称值12v的蓄电池为电源 导线及其接触完好 维修人员使用已调好的多用电表直流50v挡检测故障 他将黑表笔接在c点 用红表笔分别探测电路的a b点 断开开关 红表笔接a点时多用电表指示如图2所示 读数为v 说明正常 选填 蓄电池 保险丝 开关 小灯 图1 图2 红表笔接b点 断开开关时 表针不偏转 闭合开关后 多用电表指示仍然和图2相同 可判定发生故障的器件是 选填 蓄电池 保险丝 开关 小灯 答案 11 5 11 2 11 8之间的值均可 蓄电池 小灯 解析 由题图2可知 直流50v挡的分度值为1v 故按 十分之一 估读法可知读数应为11 5v左右 由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值 说明a c两点与电源之间是通路 只能是此电路之外的保险丝 开关 小灯中出现了断路故障 但故障的具体位置不能确定 同理可知 两表笔接c b时测得结果仍等于电源电动势 说明多用电表 开关 保险丝 蓄电池形成了一闭合回路 故只能是与多用电表并联的小灯发生了断路故障 4 2014广东理综 34 1 8分 某同学设计的可调电源电路如图 a 所示 r0为保护电阻 p为滑动变阻器的滑片 闭合电键s 用电压表测量a b两端的电压 将电压表调零 选择0 3v挡 示数如图 b 电压值为v 在接通外电路之前 为了保证外电路的安全 滑片p应先置于端 要使输出电压u变大 滑片p应向端滑动 若电源电路中不接入r0 则在使用过程中 存在的风险 填 断路 或 短路 答案 1 30 a b 短路 每空2分 解析 由图 b 知电压表0 3v挡的分度值为0 1v 故由 十分之一 估读法可得读数为1 30v 因外电路并联在ap间 要使外电路接通时获得的电压最小以保证电路安全 应使滑片p先置于a端 输出电压u等于a p间的电压 故p向b端滑动时a p间分得的电压增大 输出电压增大 当p滑到b端时 若电源电路中不接入r0而输出电路所接负载的阻值极小 则电源就有可能被短路 5 2013山东理综 21 1 图甲为一游标卡尺的结构示意图 当测量一钢笔帽的内径时 应该用游标卡尺的 填 a b 或 c 进行测量 示数如图乙所示 该钢笔帽的内径为mm 答案a11 30 11 25或11 35 解析测量内径时应该用游标卡尺上的内测量爪a 游标卡尺的读数 主尺上的读数 游标尺上的读数 本题主尺上读数为11mm 游标尺上读数为6 0 05mm 0 30mm 故读数为11 30mm 6 2013安徽理综 21 1 1 根据单摆周期公式t 2 可以通过实验测量当地的重力加速度 如图1所示 将细线的上端固定在铁架台上 下端系一小钢球 就做成了单摆 用游标卡尺测量小钢球直径 示数如图2所示 读数为mm 图1 图2 在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中 利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图3所示 校零时的读数为mm 合金丝的直径为mm 图3 答案 18 6 0 0070 638 解析 根据游标卡尺的读数方法 小钢球的直径 18 6 0 1 mm 18 6mm 校零时的读数为0 007mm合金丝的直径 0 5 14 5 0 01 0 007 mm 0 638mm 教师专用题组 2012课标 22 5分 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度 该螺旋测微器校零时的示数如图 a 所示 测量金属板厚度时的示数如图 b 所示 图 a 所示读数为mm 图 b 所示读数为mm 所测金属板的厚度为mm 答案0 010 0 009或0 011也对 6 870 6 869或6 871也对 6 860 6 858 6 862 解析依据螺旋测微器读数的基本原理 0 5毫米以上的值在固定刻度上读出 而在可动刻度上要估读到千分之一毫米 则图 a 读数为0 010mm 图 b 读数为6 870mm 评析本题考查螺旋测微器的读数原理及系统误差的处理方法 模型常见 但要求考生细心 慎重 加上对系统误差的处理近几年在高考中较少出现 故本题为难度中等 区分度中等的题目 考生应对这类题给予关注 考点二力学实验 a组统一命题 课标卷题组 1 2017课标 22 5分 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 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 记录了桌面上连续的6个水滴的位置 已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴 图 a 图 b 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 s2 结果均保留2位有效数字 答案 1 从右向左 2 0 190 037 解析本题考查研究匀变速直线运动 1 由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动 故相邻水滴间的距离逐渐减小 结合图 b 可知小车向左运动 2 由题意知 30s内滴下46滴水 共45个时间间隔 故相邻两滴水的时间间隔t s s 由匀变速直线运动中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得va mm s 0 19m s 由逐差法得小车运动的加速度为a mm s2 0 037m s2 方法技巧 纸带 的处理处理 纸带 时 对于匀变速直线运动 求某点的瞬时速度需利用 求加速度时应利用 x at2 当需要考虑减小偶然误差时 应采用逐差法求加速度 2 2017课标 22 6分 某同学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 使用的器材有 斜面 滑块 长度不同的矩形挡光片 光电计时器 实验步骤如下 如图 a 将光电门固定在斜面下端附近 将一挡光片安装在滑块上 记下挡光片前端相对于斜面的位置 令滑块从斜面上方由静止开始下滑 当滑块上的挡光片经过光电门时 用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t 用 s表示挡光片沿运动方向的长度 如图 b 所示 表示滑块在挡光片遮住光线的 t时间内的平均速度大小 求出 将另一挡光片换到滑块上 使滑块上的挡光片前端与 中位置相同 令滑块由静止开始下滑 重复步骤 多次重复步骤 利用实验中得到的数据作出 t图 如图 c 所示 图 c 完成下列填空 1 用a表示滑块下滑的加速度大小 用va表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小 则 与va a和 t的关系式为 2 由图 c 可求得 va cm s a cm s2 结果保留3位有效数字 答案 1 va t 2 52 116 3 解析本题考查匀变速直线运动中平均速度 瞬时速度和加速度之间的关系 挡光片通过光电门的平均速度等于 t时间段的中间时刻的速度由v v0 at可知 va a即 va a t 由图象的截距可知va 52 12cm s 52 1cm s其斜率k a 故物体的加速度a 2k 16 3cm s2 易错警示在匀变速直线运动中 平均速度等于这段时间内中间时刻速度 而不是中间位置速度 也不是挡光片末端通过光电门时的速度 因此 va a 而不是 va a t 3 2017课标 22 6分 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1mm 的纸贴在水平桌面上 如图 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f1 4 2n和f2 5 6n 用5mm长度的线段表示1n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 a f合的大小为n f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 图 b 答案 1 4 0 2 f1 f2和f合如图所示 4 00 05 解析 1 测力计的分度值为0 2n f的大小为4 0n 2 图见答案 分别以f1 f2为邻边作平行四边形 并作出对角线 即得f合 表示f合的线段的长度为20 0mm f合 1n 4 0n f合与拉力f的夹角的正切值为tan 0 05 4 2016课标 22 5分 某同学用图 a 所示的实验装置验证机械能守恒定律 其中打点计时器的电源为交流电源 可以使用的频率有20hz 30hz和40hz 打出纸带的一部分如图 b 所示 图 a 该同学在实验中没有记录交流电的频率f 需要用实验数据和其他题给条件进行推算 1 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落 利用f和图 b 中给出的物理量可以写出 在打点计时 图 b 器打出b点时 重物下落的速度大小为 打出c点时重物下落的速度大小为 重物下落的加速度大小为 2 已测得s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 当地重力加速度大小为9 80m s2 实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1 由此推算出f为hz 答案 1 s1 s2 f s2 s3 f s3 s1 f2 2 40 解析 1 匀变速直线运动中 某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 vb s1 s2 f 同理vc s2 s3 f 加速度a s3 s1 f2 2 由牛顿第二定律可知 mg 0 01mg maa 0 99g 又由 1 问知 a 联立得f 40hz 解题指导 1 考查通过处理纸带求瞬时速度和加速度的方法 2 要求推算打点计时器所用电源的频率 问题新颖 但应注意到加速度表达式中 加速度与频率的相关性 只要知道加速度就可求出频率 由给出的受力情况 根据牛顿第二定律可求出加速度 再代入第 1 问中加速度的表达式求出频率 5 2016课标 22 6分 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 实验装置如图 a 所示 轻弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一物块接触而不连接 纸带穿过打点计时器并与物块连接 向左推物块使弹簧压缩一段距离 由静止释放物块 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 图 a 1 实验中涉及下列操作步骤 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩 并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是 填入代表步骤的序号 2 图 b 中m和l纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果 打点计时器所用交流电的频率为50hz 由m纸带所给的数据 可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m s 比较两纸带可知 填 m 或 l 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大 图 b 答案 1 2 1 29m 解析 1 实验步骤中 一定要注意接通打点计时器电源之后再松手释放物块 若次序搞反 可能造成物块已离开桌面但打点计时器还没有开始工作 2 从纸带上看 最后两个数据2 58cm 2 57cm相差不大 表示物块已经脱离弹簧 所以速度v 10 2m s 1 29m s 同理可计算出打下l纸带时物块脱离弹簧的速度要小一些 审题指导通过打点计时器打下的纸带可分析物体的运动过程 本题中 从前面几个数据可以看出相等时间内的位移逐渐增大 表明此阶段物块在弹簧弹力作用下加速运动 从后面两个数据可以看出相等时间内的位移几乎不变 表明此阶段物块已经脱离了弹簧 近似做匀速直线运动 6 2016课标 23 10分 某物理课外小组利用图 a 中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系 图中 置于实验台上的长木板水平放置 其右端固定一轻滑轮 轻绳跨过滑轮 一端与放在木板上的小滑车相连 另一端可悬挂钩码 本实验中可用的钩码共有n 5个 每个质量均为0 010kg 实验步骤如下 图 a 1 将5个钩码全部放入小车中 在长木板左下方垫上适当厚度的小物块 使小车 和钩码 可以在木板上匀速下滑 2 将n 依次取n 1 2 3 4 5 个钩码挂在轻绳右端 其余n n个钩码仍留在小车内 用手按住小车并 使轻绳与木板平行 释放小车 同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s 绘制s t图象 经数据处理后可得到相应的加速度a 3 对应于不同的n的a值见下表 n 2时的s t图象如图 b 所示 由图 b 求出此时小车的加速度 保留2位有效数字 将结果填入下表 4 利用表中的数据在图 c 中补齐数据点 并作出a n图象 从图象可以看出 当物体质量一定时 物体的加速度与其所受的合外力成正比 图 b 图 c 5 利用a n图象求得小车 空载 的质量为kg 保留2位有效数字 重力加速度取g 9 8m s 2 6 若以 保持木板水平 来代替步骤 1 下列说法正确的是 填入正确选项前的标号 a a n图线不再是直线b a n图线仍是直线 但该直线不过原点c a n图线仍是直线 但该直线的斜率变大 答案 3 0 39 2分 在0 37 0 49范围内都给分 4 如图所示 3分 5 0 45 3分 在0 43 0 47范围内都给分 6 bc 2分 选对一个给1分 有选错的不给这2分 解析 3 由s at2得 a 在s t图象中找一点坐标 代入公式即可求出a 5 对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律 nmg m nm a 则a a n图象的斜率k 从而可解出m 6 对于已平衡摩擦力的情况 对整体应用牛顿第二定律 nmg m nm a 则a n 对于木板水平的情况 对整体应用牛顿第二定律 nmg m n n m g m nm a 整理得 a n g 比较 可见 b c均正确 解题指导利用图象处理实验数据是实验中最常用的方法 解决本题的基本对策是写出图象对应的函数 困难便迎刃而解 易错点拨 3 5 中的计算结果一定要按照有效数字的位数要求填写 画a n图象时 所画直线要符合以下要求 让尽可能多的点落在直线上 不能落在直线上的点要均匀分布于直线的两侧 一定要利用直尺画线 7 2015课标 22 6分 0 395 某同学用图 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50hz 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 2分 1 79 2分 2 c 2分 解析 1 a 3 25m s2vc 1 79m s 2 因为a mgsin mgcos m gsin gcos 所以 欲求出 还需知道斜面倾角 故选c项 思路点拨 利用 s at2求加速度 利用 求解打c点时物块的速度 对物块受力分析 在沿斜面方向由牛顿第二定律列式分析动摩擦因数 8 2015课标 22 6分 0 396 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 20m 完成下列填空 1 将凹形桥模拟器静置于托盘秤上 如图 a 所示 托盘秤的示数为1 00kg 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 80m s2 计算结果保留2位有效数字 答案 2 1 40 2分 4 7 9 2分 1 4 2分 解析 2 示数为1 40kg 注意估读 4 小车经过凹形桥最低点时对桥的压力n g m桥g 1 81 1 00 9 80n 7 9n 小车通过最低点时受到的支持力n n 7 9n 小车质量m车 1 40kg 1 00kg 0 40kg 由n m车g m车 解得v 1 4m s 思路点拨 秤的分度值为0 1kg 读数时应估读到分度值的下一位 对桥的压力是玩具小车对桥施加的力 而秤的示数等于桥对秤的压力 9 2014课标 22 6分 0 643 某同学利用图 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200g 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 图 a 图 b 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 答案 1 非线性 2 存在摩擦力 3 调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量 解析 1 将图 b 中各点连线 得到的是一条曲线 故a与m的关系是非线性的 2 由图 b 可知 当钩码质量不为零时 在一定范围内小车加速度仍为零 即细绳对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度 故可能的原因是存在摩擦力 3 若将钩码所受重力作为小车所受合力 则应满足三个条件 一是摩擦力被平衡 二是绳平行于轨道平面 此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力 设绳的拉力为t 由mg t ma t ma有t g 可见当m m时才有t mg 故第三个条件为m m 10 2013课标 22 8分 0 567 某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究 一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一小球接触而不固连 弹簧处于原长时 小球恰好在桌面边缘 如图 a 所示 向左推小球 使弹簧压缩一段距离后由静止释放 小球离开桌面后落到水平地面 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 图 a 回答下列问题 1 本实验中可认为 弹簧被压缩后的弹性势能ep与小球抛出时的动能ek相等 已知重力加速度大小为g 为求得ek 至少需要测量下列物理量中的 填正确答案标号 a 小球的质量mb 小球抛出点到落地点的水平距离s c 桌面到地面的高度hd 弹簧的压缩量 xe 弹簧原长l0 2 用所选取的测量量和已知量表示ek 得ek 3 图 b 中的直线是实验测量得到的s x图线 从理论上可推出 如果h不变 m增加 s x图线的斜率会 填 增大 减小 或 不变 如果m不变 h增加 s x图线的斜率会 填 增大 减小 或 不变 由图 b 中给出的直线关系和ek的表达式可知 ep与 x的次方成正比 图 b 答案 1 abc 3分 选对但不全的给1分 有选错的 不给这3分 2 2分 3 减小增大2 3分 每空1分 解析弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能 即ep ek m 小球离开桌面后做平抛运动 由平抛运动规律 水平位移s v0t 竖直高度h gt2 得v0 s 动能ek m 因此a b c正确 弹簧的弹性势能ep 由理论推导可知ep k x 2即k x 2 s x 因此当h不变时 m增加 其斜率减小 当m不变时 h增加其斜率增大 由图线知s x 由ek表达式知ek s2 则由ep ek知ep x 2 即ep与 x的二次方成正比 思路点拨轻弹簧说明不用考虑弹簧的质量和动能 光滑水平桌面说明没有摩擦力 开始时弹簧处于原长说明压缩弹簧的弹性势能全部转化为小球的初始动能 小球离开桌面后做平抛运动 b组自主命题 省 区 市 卷题组 1 2017北京理综 21 18分 如图1所示 用质量为m的重物通过滑轮牵引小车 使它在长木板上运动 打点计时器在纸带上记录小车的运动情况 利用该装置可以完成 探究动能定理 的实验 图1 1 打点计时器使用的电源是 选填选项前的字母 a 直流电源b 交流电源 2 实验中 需要平衡摩擦力和其他阻力 正确操作方法是 选填选项前的字母 a 把长木板右端垫高b 改变小车的质量在不挂重物且 选填选项前的字母 的情况下 轻推一下小车 若小车拖着纸带做匀速运动 表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响 a 计时器不打点b 计时器打点 3 接通电源 释放小车 打点计时器在纸带上打下一系列点 将打下的第一个点标为o 在纸带上依次取a b c 若干个计数点 已知相邻计数点间的时间间隔为t 测得a b c 各点到o点的距离为x1 x2 x3 如图2所示 图2 实验中 重物质量远小于小车质量 可认为小车所受的拉力大小为mg 从打o点到打b点的过程中 拉力对小车做的功w 打b点时小车的速度v 4 以v2为纵坐标 w为横坐标 利用实验数据作出如图3所示的v2 w图象 由此图象可得v2随w变化的表达式为 根据功与能的关系 动能的表达式中可能包含v2这个因子 分析实验结果的单位关系 与图线斜率有关的物理量应是 图3 5 假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响 若重物质量不满足远小于小车质量的条件 则从理论上分析 图4中正确反映v2 w关系的是 图4 答案 1 b 2 ab 3 mgx2 4 v2 kw k 4 5 5 0 m2 s 2 j 1质量 5 a 解析本题考查 探究动能定理 实验 1 打点计时器使用的是交流电源 2 把长木板右端垫高 利用小车的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力 在不挂重物且计时器打点的情况下 小车沿斜面能匀速运动 表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响 3 w fs mgx2 vb 4 由图知 图线为一条纵截距为零 斜率k 4 5 5 0 m2 s 2 j 1的直线 其函数表达式为v2 kw 根据动能定理w mv2得v2 w 故斜率k 与质量有关 5 根据功能关系有w m m v2 所以v2 w v2 w 图a正确 易错警示该实验虽然利用 验证牛顿第二定律 的实验装置来 验证动能定理 但不要把m不远小于小车质量的实验图线变化情况 类比到这个实验中而错选d图线 2 2017江苏单科 10 8分 利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系 小车的质量为m 200 0g 钩码的质量为m 10 0g 打点计时器的电源为50hz的交流电 图甲 1 挂钩码前 为了消除摩擦力的影响 应调节木板右侧的高度 直至向左轻推小车观察到 2 挂上钩码 按实验要求打出的一条纸带如图乙所示 选择某一点为o 依次每隔4个计时点取一个计数点 用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x 记录在纸带上 计算打出各计数点时小车 的速度v 其中打出计数点 1 时小车的速度v1 m s 图乙 3 将钩码的重力视为小车受到的拉力 取g 9 80m s2 利用w mg x算出拉力对小车做的功w 利用ek mv2算出小车动能 并求出动能的变化量 ek 计算结果见下表 请根据表中的数据 在方格纸上作出 ek w图象 4 实验结果表明 ek总是略小于w 某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的 用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力f n 答案 1 小车做匀速运动 2 0 228 3 如图所示 4 0 093 解析本题考查恒力做功与动能变化的关系 1 平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡 故在此状态下小车获得速度后能匀速运动 2 由题意知相邻计数点间时间间隔t 0 1s 由 得v1 m s 0 228m s 3 首先确定标度 为充分利用方格纸 依据给定数据范围及方格纸上格数多少 确定纵坐标 横坐标皆从2 0 10 3j开始 且每小格表示0 1 10 3j 然后描点 连线 图象见答案 4 对钩码有mg f ma 对小车有f ma 联立可得 f g 9 8n 0 093n 方法指导作图法处理实验数据利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用 为此 坐标可以不从零开始 连线的原则是作出平滑的曲线或直线 使尽可能多的点落在所连出的图线上 不在线上的点 要使它们尽量对称地分布在线的两侧 显著偏离线的点要舍去 3 2017天津理综 9 2 如图所示 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 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锤b 两限位孔在同一竖直面内上下对正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 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50hz的交流电源上 按正确操作得到了一条完整的纸带 由于纸带较长 图中有部分未画出 如图所示 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 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 答案 ab bc 解析本题考查 验证机械能守恒定律 实验 选用质量大的金属锤 可保证下落过程中纸带竖直不松弛 金属锤密度大 体积就小 下落过程中所受阻力小 上下限位孔对正 可减小摩擦 本实验中要验证mv2 mgh 即验证v2 2gh 不用测量重物的质量 实验时用手抓紧纸带上端 接通电源 打点计时器工作稳定后 再松手释放纸带 不用用手托住重物 本实验中 需要测某点的瞬时速度和从起始点到该点的距离 或者两点的速度及其间距 符合要求的选项有b c 试题评析如何减小实验误差和如何处理数据是实验题目的两大高频考点 考生在平时实验中 要充分思考这方面问题的处理办法 做到心中有数 在考试中就可游刃有余 4 2016天津理综 9 2 某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动 实验中 必要的措施是 a 细线必须与长木板平行b 先接通电源再释放小车c 小车的质量远大于钩码的质量 d 平衡小车与长木板间的摩擦力 他实验时将打点计时器接到频率为50hz的交流电源上 得到一条纸带 打出的部分计数点如图所示 每相邻两个计数点间还有4个点 图中未画出 s1 3 59cm s2 4 41cm s3 5 19cm s4 5 97cm s5 6 78cm s6 7 64cm 则小车的加速度a m s2 要求充分利用测量的数据 打点计时器在打b点时小车的速度vb m s 结果均保留两位有效数字 答案 ab 0 800 40 解析 若细线与长木板不平行 随着小车逐渐靠近滑轮 细线与水平方向的夹角增大 小车所受合力随之变化 因此小车的加速度发生变化 即小车不做匀变速直线运动 故细线必须与长木板平行 a选项必要 先接通电源 待打点计时器稳定工作后再释放小车 点迹按匀变速运动规律显现在纸带上 若先释放小车再接通电源 则开始阶段点迹不规律 误差较大 故b项必要 该实验研究小车的匀变速直线运动 与小车所受到的合力及合力大小的计算无关 故c d项不必要 交流电的频率为f 50hz 相邻两计数点间的时间间隔t 0 1s 由逐差法可求小车的加速度 a m s2 0 80m s2vb m s 0 40m s 解题指导 在研究匀变速直线运动的实验中 只需保证小车做匀变速直线运动 与加速度的大小和决定其大小的因素无关 因此没必要要求小车的质量远大于钩码的质量及平衡摩擦力 为了减小误差 计算加速度时应用逐差法 b点为a c的中间时刻点 在匀变速直线运动中 中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度 5 2016四川理综 8 6分 用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能 将弹簧放置在水平气垫导轨上 左端固定 右端在o点 在o点右侧的b c位置各安装一个光电门 计时器 图中未画出 与两个光电门相连 先用米尺测得b c两点间距离s 再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置a 静止释放 计时器显示遮光片从b到c所用的时间t 用米尺测量a o之间的距离x 1 计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是 2 为求出弹簧的弹性势能 还需要测量 a 弹簧原长b 当地重力加速度 c 滑块 含遮光片 的质量 3 增大a o之间的距离x 计时器显示时间t将 a 增大b 减小c 不变 答案 1 2 c 3 b 解析 1 滑块离开弹簧后做匀速运动 则速度的大小为 2 弹簧的弹性势能完全转化成滑块的动能 即ep弹 mv2 故除了测量速度外 还要测量滑块 含遮光片 的质量 3 增大x 弹簧弹性势能增大 滑块离开弹簧后的速度增大 故从b到c所用的时间减小 6 2015福建理综 19 1 6分 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 其示数为7 73cm 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度 此时弹簧的伸长量 l为cm 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力 关于此操作 下列选项中规范的做法是 填选项前的字母 a 逐一增挂钩码 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 b 随意增减钩码 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量 l与弹力f的关系图线 图线的ab段明显偏离直线oa 造成这种现象的主要原因是 答案 6 93 a 超过弹簧的弹性限度 解析 l 14 66cm 7 73cm 6 93cm 应逐一增挂钩码 不能随意增减 a项正确 弹簧下端钩码对弹簧的拉力过大 使弹簧形变量超过了弹簧的弹性限度 弹簧的伸长量不再是线性变化 7 2015广东理综 34 1 8分 某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度 请完成以下主要实验步骤 按图 a 安装实验器材并连接电源 竖直提起系有重物的纸带 使重物 填 靠近 或 远离 计时器下端 使重物自由下落 关闭电源 取出纸带 换新纸带重复实验 图 b 和 c 是实验获得的两条纸带 应选取 填 b 或 c 来计算重力加速度 在实验操作和数据处理都正确的情况下 得到的结果仍小于当地重力加速度 主要原因是空气阻力和 答案 靠近接通电源释放纸带 b 纸带与限位孔间的摩擦 解析 重物靠近打点计时器下端 可在纸带上打下更多的点 提高纸带利用率 为了能在纸带上打下尽可能多的点 且避免因打点计时器在接通电源后工作状态不稳而引起的误差 要求先接通电源 待计时器工作稳定后再释放纸带 比较图 b 与 c 可知 图 b 中重物做匀加速运动 而图 c 中重物先加速后减速 故应选用 b 由ma mg f知a g 测得a g的原因是阻力f的存在 而除了空气阻力外 纸带与限位孔间的摩擦也是阻力的主要来源 另外 两限位孔不在同一竖直线上 纸带不竖直等因素也会增大阻力 8 2015山东理综 21 10分 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 实验步骤 将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上 使其轴线沿竖直方向 如图甲所示 将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上 另一端用圆珠笔尖竖直向下拉 直到弹簧秤示数为某一设定值时 将橡皮筋两端的位置标记为o1 o2 记录弹簧秤的示数f 测量并记录o1 o2间的距离 即橡皮筋的长度l 每次将弹簧秤示数改变0 50n 测出所对应的l 部分数据如下表所示 图甲 找出 中f 2 50n时橡皮筋两端的位置 重新标记为o o 橡皮筋的拉力记为foo 在秤钩上涂抹少许润滑油 将橡皮筋搭在秤钩上 如图乙所示 用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端 使秤钩的下端达到o点 将两笔尖的位置标记为a b 橡皮筋oa段的拉力记为foa ob段的拉力记为fob 图乙完成下列作图和填空 1 利用表中数据在图丙中画出f l图线 根据图线求得l0 cm 图丙 2 测得oa 6 00cm ob 7 60cm 则foa的大小为n 3 根据给出的标度 作出foa和fob的合力f 的图示 图丁 4 通过比较f 与的大小和方向 即可得出实验结论 答案 1 如图甲所示10 0 9 8 9 9 10 1均正确 图甲 2 1 80 1 70 1 90均正确 3 如图乙所示 图乙 4 foo 解析 1 根据表格数据 作出f l图线 图线的横截距即表示橡皮筋原长 因此l0 10 0cm 2 橡皮筋总长l oa ob 13 60cm 根据f l图线 可读出橡皮筋长度l 13 60cm时橡皮筋的拉力为1 80n 3 根据平行四边形定则作图 对角线表示合力f 4 若f 与foo 在误差范围内大小相等 方向相同 就表明力的平行四边形定则是正确的 9 2015四川理综 8 1 6分 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1所示 图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺 分度值是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50g 挂2个钩码时 弹簧弹力f2 n 当地重力加速度g 9 8m 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 答案25 850 98弹簧原长 解析刻度尺的分度值是1mm 读数要估读到0 1mm 所以读数是25 85cm 两个钩码的重力g2 2mg 2 50 0 001 9 8n 0 98n 所以弹簧弹力f2 0 98n 弹簧的伸长量 弹簧长度 弹簧的原长 所以需要测量不挂钩码时弹簧的长度 即需要测量弹簧的原长 10 2015安徽理综 21 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 如图所示 请将以下的实验操作和处理补充完整 用铅笔描下结点位置 记为o 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 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 按照力的图示要求 作出拉力f1 f2 f3 根据力的平行四边形定则作出f1和f2的合力f 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 答案 见解析 f和f3 解析 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 为了验证力的平行四边形定则 需比较合力f与拉力f3的一致程度 1 2016江苏单科 11 10分 某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律 一根细线系住钢球 悬挂在铁架台上 钢球静止于a点 光电门固定在a的正下方 在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条 将钢球拉至不同位置由静止释放 遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出 取v 作为钢球经过a点时的速度 记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t 计算并比较钢球在释放点和a点之间的势能变化大小 ep与动能变化大小 ek 就能验证机械能是否守恒 c组教师专用题组 图甲 1 用 ep mgh计算钢球重力势能变化的大小 式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离 a 钢球在a点时的顶端b 钢球在a点时的球心c 钢球在a点时的底端 2 用 ek mv2计算钢球动能变化的大小 用刻度尺测量遮光条宽度 示数如图乙所示 其读数为cm 某次测量中 计时器的示数为0 0100s 则钢球的速度为v m s 图乙 3 下表为该同学的实验结果 他发现表中的 ep与 ek之间存在差异 认为这是由于空气阻力造成的 你是否同意他的观点 请说明理由 4 请你提出一条减小上述差异的改进建议 答案 1 b 2 1 50 1 49 1 51都算对 1 50 1 49 1 51都算对 3 不同意 因为空气阻力会造成 ek小于 ep 但表中 ek大于 ep 4 分别测出光电门和球心到悬点的长度l和l 计算 ek时 将v折算成钢球的速度v v 解析 1 要考虑钢球重力势能的改变量大小 需要测量钢球球心下降的高度h 因此要测量钢球在释放点和a点时球心之间的竖直距离 选项b正确 2 刻度尺的读数为1 50cm 钢球的速度v m s 1 50m s 3 由动能定理可知 mgh wf ek 即 ep wf ek ep ek 所以空气阻力会造成 ep ek 但表中为 ek ep 因此不同意他的观点 4 钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动 但运动半径不同 因此分别测出光电门和球心到悬点的长度l和l 遮光条在光电门处的速度v 则钢球的速度v l 可以减小表中差异 解题指导 1 钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差 因此应测球心间的竖直距离 3 因存在空气阻力 因此重力势能的改变量应大于动能的改变量 4 不同半径 同一圆心的圆周运动 其线速度不同 故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度 2 2015重庆理综 6 1 同学们利用如图所示方法估测反应时间 首先 甲同学捏住直尺上端 使直尺保持竖直状态 直尺零刻度线位于乙同学的两指之间 当乙看见甲放开直尺时 立即用手指捏直尺 若捏住位置的刻度读数为x 则乙同学的反应时间为 重力加速度为g 基于上述原理 某同学用直尺制作测量反应时间的工具 若测量范围为0 0 4s 则所用直尺的长度至少为cm g取10m s2 若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线 则每个时间间隔在直尺上对应的长度是的 选填 相等 或 不相等 答案80不相等 解析由x gt2得乙同学的反应时间为t 当t 0 4s时 x 10 0 42m 0 8m 80cm 因为x gt2 即x与t不是成线性关系 故对应相同的时间间隔发生的位移不相等 3 2015浙江理综 21 10分 甲同学准备做 验证机械能守恒定律 实验 乙同学准备做 探究加速度与力 质量的关系 实验 1 图1中a b c d e表示部分实验器材 甲同学需在图中选用的器材 乙同学需在图中选用的器材 用字母表示 图1 2 乙同学在实验室选齐所需器材后 经正确操作获得如图2所示的两条纸带 和 纸带 的加速度大 填 或 其加速度大小为 图2 答案 1 abbde 2 2 5 0 2 m s2 解析 1 做 验证机械能守恒定律 实验时 需在图中选用 a重锤 b电火花打点计时器 做 探究加速度与力 质量的关系 实验时 需在图中选用 b电火花打点计时器 d小车 e钩码 2 在纸带 中 x1 1 0mm 在纸带 中 x2 0 5mm 所以 x1 x2再由 x at2可得纸带 的加速度大 其值为a m s2 2 5m s2 4 2015江苏单科 11 10分 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1所示 打点计时器的电源为50hz的交流电 图1 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 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2所示 图2计算相邻计时点间的平均速度 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 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 是为了说明什么 对比实验 和 的结果可得到什么结论 答案 1 cd 2 39 0 3 逐渐增大到39 8cm s逐渐增大到等于重力 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 解析 1 本实验的目的是研究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律 故实验中必须保证小磁铁除受重力 磁力外不受其他力的作用 故铜管需竖直地固定在限位孔正下方以保证磁铁在下落过程中不与铜管摩擦与碰撞 a正确 纸带穿过限位孔可以保证纸带的正确方位 置于复写纸下面可以保证打点清晰 b正确 释放纸带前应手提纸带上端使纸带竖直 小磁铁静止 故c错误 释放小磁铁前应先接通打点计时器的电源 待其工作稳定后方可放开纸带 d错误 2 由图2可得 cm s 39 0cm s 3 由表中数据可以看出 磁铁运动的速度在相等时间内的增量逐渐减小 最终保持39 8cm s的速度不变 即磁铁运动中加速度逐渐减小 最终为零 则由mg f ma知阻尼作用逐渐增大直到等于重力 5 2014浙江理综 21 10分 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 时 某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究 1 某次测量如图2所示 指针示数为cm 图1图2 2 在弹性限度内 将50g的钩码逐个挂在弹簧下端 得到指针a b的示数la和lb如表所示 用表中数据计算弹簧 的劲度系数为n m 重力加速度g 10m s2 由表中数据 填 能 或 不能 计算出弹簧 的劲度系数 答案 1 15 95 16 05 有效数字位数正确 2 12 2 12 8能 解析 1 刻度尺的分度值为0 1cm 读数时需估读到0 01cm 2 表中对la的测量有四组数据 应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧 增加的长度 l0 0 04m故k 12 5n m通过计算lb la可得出a b两指针间的长度 进而计算出增加一个钩码时弹簧 增加的长度 从而计算出其劲度系数 6 2014重庆理综 6 2 为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律 同学们设计了如图甲所示的实验装置 他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计 不计质量及长度