（浙江专用版）2020版高考物理复习专题七实验题题型强化第16讲力学和光学实验讲义.docx

力学和光学实验专题定位1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验，抓住实验的灵魂实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析.3.利用所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，完成新的实验设计第16讲力学和光学实验1纸带的三大应用 (1)利用逐差法求解平均加速度(如图)a1，a2，a3a(2)利用平均速度求瞬时速度：vn1(3)利用速度时间图象求加速度2光电门的应用(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间t内的平均速度看做遮光条经过光电门的瞬时速度，即v.(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a.3实验的技巧(1)要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法(2)要清楚钩码(或沙桶)与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整(3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧例1(2019新高考研究联盟二次联考)如图甲所示，某同学用力传感器探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系(1)实验中使用的电火花计时器，应接_电源A交流46VB交流220V(2)该同学将实验器材如图甲所示连接后，沙桶的质量_(填“需要”或“不需要”)远小于小车及传感器总质量，实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，则_(填“需要”或“不需要”)先平衡摩擦力(3)先接通电源，小车由静止释放，获得的一条纸带如图乙，每打5个点取一个计数点，x13.62cm，x45.12cm，由图中数据可求得：2、3两点的距离(即x3)约为_cm.(结果保留三位有效数字)(4)在实验中，甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象分别为图中的直线和直线，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是_(多选)A实验前甲同学没有平衡摩擦力B甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端抬得过高了C实验前乙同学没有平衡摩擦力D乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的右端抬得过高了答案(1)B(2)不需要需要(3)4.62(4)BC解析(1)电火花计时器，需接220V交流电源(2)实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，不需要沙桶的质量远小于小车及传感器的总质量，但必须平衡摩擦力，否则细线的拉力不是合力(3)相邻0.1s内位移差x0.50cm，又x4x3x故x3x4x5.12cm0.50cm4.62cm.(4)图线表明F0时a0，说明平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得太高了；图线表明a0时F0，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足拓展训练1(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(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30s内共滴下46个小水滴)(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.(结果均保留两位有效数字)答案(1)从右向左(2)0.190.038解析(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(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(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为Tss，所以A点位置的速度为vAm/s0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a，解得a0.038m/s2，故加速度的大小为0.038 m/s2.拓展训练2(2019山东临沂市质检)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50Hz，得到如图甲所示的纸带选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，如图乙，测出A点距起点O的距离为h019.00cm，点A、C间的距离为h18.36cm，点C、E间的距离为h29.88cm，g取9.8m/s2，测得重物的质量为m1kg.(1)下列做法正确的有_A图中两限位孔必须在同一竖直线上B实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直C实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源D数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是_J，打下C点时重物的速度大小是_m/s.(结果保留三位有效数字)(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离h，则以为纵坐标、以h为横坐标画出的图象应是下面的_答案(1)AB(2)2.682.28(3)C解析(1)题图甲中两限位孔必须在同一直线上，故A正确；实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故D错误(2)重物减少的重力势能为：Epmghmg(h0h1)1kg9.8m/s2(19.008.36)102m2.68J，打下C点时重物的速度大小vC2.28m/s.(3)在验证机械能守恒定律的实验中，有：mv2mgh，则有：v2gh，g是常数，所以图线为过原点的倾斜直线，故C图正确1模型介绍力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、探究做功与小车速度变化的关系2探究求合力的方法(1)实验原理使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同(2)操作关键每次拉伸时结点位置O必须保持不变；记下每次各力的大小和方向；画力的图示时应选择适当的标度例2(2019台州3月一模)如图甲，是“探究功与速度变化的关系”的部分实验装置图则(1)先使小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑，那么，应把垫块_(“左移”或“右移”)；(2)图乙是正确平衡摩擦力后在实验中得到的一条纸带，那么，在A、B、C三个计数点中应测量_点的速度才符合实验要求；(3)关于该实验的注意事项，下列说法正确的是_；A每根橡皮筋的规格必须相同B打点计时器接通电源的同时必须释放小车C每次实验，小车必须从同一位置由静止释放D改变橡皮筋的条数后，必须重新平衡摩擦力(4)以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得速度的平方v2为横坐标，得到如图丙所示的关系图根据你所学的知识，图象斜率的物理意义是_答案(1)左移(2)C(3)AC(4)小车质量的一半拓展训练3(2019河南省九师联盟质检)某同学在做“验证平行四边形定则”的实验中，遇到了以下问题请帮助该同学解答(1)物理学中有很多物理方法，本实验采用的是_A类比实验法B等效替代法C控制变量法D极限法(2)在做实验之前，该同学发现有一只弹簧测力计如图甲所示，则在使用前应该对弹簧测力计_(3)如图乙所示的四个力中，力_(填图中字母)是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的(4)该同学已经作出了两个分力的力的图示，如图丙所示，方格中每边的长度表示0.5N，请帮助该同学用作图法作出合力F的图示，并求出合力的大小为_N(结果保留两位有效数字)答案(1)B(2)校零(3)F(4)如图所示35解析(1)“验证平行四边形定则”的实验中采用的是等效替代法，故选B.(2)在使用前应该对弹簧测力计进行校零(3)由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋时，力的方向与OA重合，可知题图乙所示的四个力中，力F是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的(4)合力F的图示如图；由图可知合力的大小为3.5N.1创新型实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，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2创新型实验的处理(1)根据题目情景，抽象出相应的力学模型、运动过程，根据相应规律列出关系式，从而明确实验的理论依据(2)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分析例3(2019山东济南市上学期期末)空间站中不能利用天平测量质量，为此某同学为空间站设计了如图(a)所示的实验装置，用来测量小球质量图中弹簧固定在挡板上，光滑轨道B处装有光电门，可以测量出小球经过光电门的时间该同学设计的主要实验步骤如下：用游标卡尺测量小球的直径d将弹簧左端固定在挡板上小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录压缩量x由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t改变弹簧的压缩量，重复步骤、多次分析数据，得出小球的质量已知弹簧弹性势能Epkx2，k为劲度系数，x为形变量该同学使用了一个已知劲度系数为k0的弹簧进行了上述实验，请回答下列问题(1)步骤中游标卡尺示数情况如图(b)所示，小球的直径d_cm；(2)某一次步骤中测得小球通过光电门的时间t为5.00ms，则此次小球离开弹簧的速度v_m/s；(3)根据实验步骤中测得的物理量，则可得小球的质量m_.(用实验步骤、中测得的物理量表示)答案(1)1.14(2)2.28(3)解析(1)小球的直径为：11mm40.1mm11.4mm1.14cm.(2)由于小球离开弹簧后做匀速直线运动，小球经过光电门时的速度与离开弹簧时的速度相等，故小球离开弹簧时的速度为v2.28m/s；(3)由能量守恒定律可知：Epk0x2mv2，解得：m.拓展训练4(2019余姚市4月选考)某同学“探究钩码加速度与合外力的关系”的实验装置如图所示，一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，用轻绳绕过定滑轮及光滑的动滑轮将滑块与弹簧测力计相连实验中保持钩码的质量不变，在滑块上增加砝码进行多次测量，每一次滑块均从同一位置P由静止释放，在钩码带动下滑块向右运动，此过程中，记录弹簧测力计的示数F和光电门的遮光时间t，用弹簧测力计测得钩码受到的重力为G，用刻度尺测得P与光电门间的距离为s，用螺旋测微器测得滑块上窄片的宽度为d.(1)实验中_(选填“需要”或“不需要”)平衡滑块受到的滑动摩擦力(2)钩码的加速度大小a_(用含有d、t、s的表达式表示)(3)根据实验数据绘出的下列图象中最符合本实验实际情况的是_答案(1)不需要(2)(3)A拓展训练5(2019四川宜宾市第二次诊断)某实验小组利用如图甲所示器材测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验步骤：用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧测力计相连，如图所示在A端向右水平拉动木板，待弹簧测力计示数稳定后，将读数记作F；改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤；实验数据如下表所示：次数力123456G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61(1)根据表中数据在图乙给定的坐标纸上作出FG图线(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数_(保留两位有效数字)(3)在A端向右水平拉动木板速度的大小对动摩擦因数的测量_(选填“会”或“不会”)产生影响答案(1)如图所示(2)0.40(0.390.41均可)(3)不会例4(2019金华十校高三期末)小明同学用如图甲所示的装置做“探究碰撞中的不变量”实验他在水平放置的气垫导轨左端安装了一个弹射装置，滑块甲被弹射装置锁定若打开控制开关，滑块甲可被弹射装置向右弹出他还在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰撞架(图中未画出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小滑块乙静置于两个光电门之间，滑块甲和滑块乙装有相同宽度的挡光片(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙所示，则d_cm.(2)为使碰撞后两滑块能先后通过光电门2，则下列哪组滑块能使实验效果更好？_.AM甲50gM乙50gBM甲50gM乙100gCM甲100gM乙50g(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲通过光电门1的时间为t1，滑块乙通过光电门2的时间为t2，滑块甲通过光电门2的时间为t3，则：只要等式_在误差允许的范围内成立，则可说明碰撞过程中动量守恒只要等式_在误差允许的范围内成立，则可说明这次碰撞为弹性碰撞(注：以上2个等式必须用题目中所给的字母表示)答案(1)2.040(2)C(3)M甲M甲M乙或M甲()2M甲()2M乙()2或拓展训练6(2019宁波市3月模拟 )利用传感器可以方便地采集实验数据，用来做物理实验(1)如图甲所示，小梅同学用手机中磁传感器来探究单摆的运动她将一小块磁铁吸附在单摆小球下方，成为一个“有磁性的重物”，测量出悬点与摆球上端的绳长L，将手机放置在悬点正下方，打开手机中磁传感器软件，将细线拉开一定小角度(5)，手机中屏幕显示手机所在处磁感应强度随时间变化图象(如图乙所示)，则该单摆周期为_s(保留3位有效数字)多次调节绳长并测出绳长和对应周期，_(填“能”或“不能”)测出当地重力加速度(2)光传感器可以记录空间中的光强分布，小军同学用光传感器研究光的干涉和衍射实验中光强分布情况(如图丙)，某次实验中，得到了如图丁所示的光强分布图，则缝屏所用的为_(填“单缝”或“双缝”)，若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹将_(填“变宽”“变窄”或“不变”)答案(1)1.850.05能(2)单缝不变拓展训练7(2019绍兴市3月选考)小周用插针法测定某种玻璃三棱镜的折射率，所作的光路图如图甲所示，ABC为三棱镜的横截面，光线DO1、O2E分别为入射、出射光线，N1N2为法线，P1、P2、P3、P4为四枚大头针，为偏向角(1)根据图甲求得这种玻璃的折射率为_(结果保留两位有效数字)；(2)如图乙是实验过程中的立体图，图中a和b是_(填“大头针”或“大头针的像”)；(3)换用折射率较小的玻璃三棱镜做实验，仍保证顶角BAC和入射角不变，那么偏向角将_(填“增大”“减小”或“不变”)答案(1)1.7(2)大头针的像(3)减小专题强化练1(2019杭州市高三期末)(1)小梁同学想探究小车在做匀变速直线运动中，速度随时间变化的规律于是他采用了如图甲所示的实验装置图(局部)则图中明显存在的错误有_(填字母)A未平衡摩擦力B细绳未与轨道平行C钩码的质量未远小于小车质量(2)在做“探究做功与物体速度变化关系”的实验中，小周同学采用了如图乙所示的装置如图丙所示，在提供的橡皮筋中，你认为最不宜使用的一根橡皮筋是_(填字母)；经过其他步骤的正确操作之后，该同学得到了如图丁所示的vW关系图，为进一步认清功与速度的关系，你认为下一步应该作出v与W的何种关系图_(填字母)A.WBvCvW2DvW3答案(1)B(2)EB2(2019宁波市3月模拟)老师正在准备“探究求合力的方法”这一实验(1)课代表需要帮老师从图甲中选择必要的仪器完成实验，需要仪器是_(填序号)；(2)图乙是某同学四次测量操作的照片，其中操作最合理的是_(填序号)；(3)图丙是某小组同学正确操作后在白纸上得到的实验记录，请找出其中的实际合力，并根据标度作出这个合力的图示答案(1)BCEG(2)C(3)如图所示3(2019浙南名校联盟期末)如图(a)所示，甲同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，乙同学准备做“探究功与速度变化的关系”实验，丙同学准备做“验证机械能守恒”实验(1)若甲同学用如图(b)所示电火花计时器做实验，此计时器要接下面的哪种电源_(选填“A”或“B”)A46V交流电源B220V交流电源(2)关于三位同学的实验，下列说法正确的是()A甲同学在实验前需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，逐步调节木板的倾斜程度，若小车能在木板上保持静止，则摩擦力已平衡好B乙同学实验时，每次都要从同一位置由静止释放小车C乙同学可以利用纸带上任意两计时点的距离求所需的速度D丙同学可以利用vgt求出打下某计时点时重物的瞬时速度(3)三个同学经正确操作后各自获得了一条纸带，如图(c)是某位同学实验中打出的一条纸带的一部分(单位：cm)，纸带上标出了连续的几个计数点，相邻计数点之间还有1个点没有画出；我们通过分析可得出，这条纸带是_同学得到的(选填“甲”“乙”或“丙”)，使用的是_装置(选填“A”“B”或“C”)(c)答案(1)B(2)B(3)乙B4(2019教育绿色评价联盟4月模拟)采用如图甲所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验(1)实验时需要下列哪个器材_A弹簧测力计B重垂线C打点计时器(2)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹下列的一些操作要求，正确的是_(多选)A每次必须由同一位置静止释放小球B每次必须严格地等距离下降记录小球位置C小球运动时不应与木板上的白纸相接触D记录的点应适当多一些(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图乙所示的频闪照片在测得x1、x2、x3、x4后，需要验证的关系是_已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是_A.B.C.D.答案(1)B(2)ACD(3)x2x1x3x2x4x3D解析(1)该实验需要使用重垂线确定y轴位置，B选项正确，弹簧秤和打点计时器不需要使用(2)每次必须由同一位置静止释放小球，保证每次轨迹都相同，A正确；为了提高实验精度，使曲线更接近于真实平抛运动轨迹，应尽量多地记录点，不需要每次等距离下降，B错误，D正确；小球运动时如果和白纸相接触，就会有摩擦力影响，小球轨迹不再是平抛运动轨迹，所以不能接触，C正确(3)若小球在水平方向匀速运动，每两张照片间的水平间距应相等，即x2x1x3x2x4x3；使用距离较远的点进行计算，误差会较小，D正确5(2019江苏通州区、海门市、启东联考)在“探究小车所受外力做功与动能变化关系”的实验中，现有如图甲、乙两种方案：(1)实验操作过程中可能用到如下步骤，两套装置必须同时用到的实验步骤是_A平衡摩擦力B测量小车质量C通过纸带计算速度时，选用等间距部分D重复实验时，小车从靠近打点计时器的同一位置释放(2)某同学利用图乙的装置，按正确步骤进行实验，绘制WEk的图象时，_(选填“需要”或“不需要”)测量W的具体数值(3)某同学利用图甲的装置平衡摩擦力后进行实验，小车质量为M、钩码的总质量为m(mM)，打出的纸带如图丙所示，计算出打B、E点时小车的速度分别vB、vE，重力加速度为g，探究B到E过程小车所受外力做功与动能变化关系，若外力做功与小车动能变化相等，则数学表达式为_(用M、m、g、x、vB、vE表示)(4)利用图甲的装置，某小组实验结果显示，合外力做功总是略小于小车动能的变化，请分析出现这种情况的可能原因是_答案(1)AB(2)不需要(3)mgxMvMv(4)平衡摩擦力过度或倾角过大解析(1) 两套装置中都应保持细线的拉力即为小车所受的合外力，所以都应平衡摩擦力，故A正确；由于要探究小车的合外力做功与小车动能的变化，所以应测量小车的质量，故B正确；图甲小车做匀加速直线运动，图乙中先加速后匀速，所以不能同时用到，故C错误；重复实验时，小车从靠近打点计时器，并不一定要同一位置释放，故D错误(2)图乙的装置中小车的合力即为橡皮筋的弹力，只要探究橡皮筋加倍，小车的动能是否加倍，并不要测量W的数值(3)由于钩码的总质量远远小于小车的质量，所以小车的合力近似等于钩码的总重力，所以小车从B到E外力做的功为mgx，小车从B到E动能的变化为：EkMvMv，若外力做功与小车动能变化相等，则数学表达式为mgxMvMv.(4)合外力做功总是略小于小车动能的变化，说明除了拉力对小车做功外还有其他力对小车做功，即小车的重力沿斜面向下的分力大于阻力，也即平衡摩擦力过度或倾角过大6.(2019云南保山市市级统一检测)如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O.接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点