（新课标）2020高考物理二轮复习 专题九 第1讲 力学实验与创新讲义（含解析）

第1讲 力学实验与创新第1讲力学实验与创新本部分属于高考必考内容，每个实验都有可能考查，但纸带类问题为命题的重点由于实验考查“来源于大纲，而又不拘泥于大纲”的特点，所以在复习中一定要把握实验的灵魂原理，只有在原理性内容掌握之后，才能进行数据的处理和误差分析热点题型一研究匀变速直线运动实验装置图操作要领考查热点研究匀变速直线运动平行：细绳、纸带与长木板平行靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集考装置：器材装配正误考读算：读纸带计数点间位移；计算瞬时速度；计算加速度摩擦力：无须平衡(木板平放或斜放均可)远小于：无须满足(悬挂钩码质量与小车质量) (2019高考全国卷)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示已知打点计时器所用交流电的频率为50 hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出在a、b、c、d、e五个点中，打点计时器最先打出的是_点在打出c点时物块的速度大小为_m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_m/s2(保留2位有效数字)解析根据题述，物块加速下滑，在a、b、c、d、e五个点中，打点计时器最先打出的是a点根据刻度尺读数规则可读出，b点对应的刻度为1.20 cm，c点对应的刻度为3.15 cm，d点对应的刻度为5.85 cm，e点对应的刻度为9. 30 cm，ab1.20 cm, bc1.95 cm, cd2.70 cm, de3.45 cm.两个相邻计数点之间的时间t5 s0.10 s，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出c点时物块的速度大小为vc0.233 m/s.由逐差法可得a，解得a0.75 m/s2.答案a0.2330.75纸带的三大应用(1)由纸带确定时间：要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算(2)求解瞬时速度：利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度如图所示，打n点时的瞬时速度vn. (3)用“逐差法”求加速度如图所示，a. 1.(2018高考北京卷)用图1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2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、v3、v4、v5d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3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3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_(4)描绘vt图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t的要求是_(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”)(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的解析：(1)打点计时器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(4)表示的是t内的平均速度，只有当t趋近于零时，才表示瞬时速度因此若用表示各计数点的瞬时速度，对t的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的x越大，x的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，选取的x大小与速度测量的误差有关(5)如果小球的初速度为0，其速度vt，那么它通过的位移xt，故推出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答案：(1)ac(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热点题型二探究弹力和弹簧伸长之间的关系实验装置图操作要领考查热点探究弹力和弹簧伸长之间的关系操作：弹簧竖直悬挂；待钩码静止时测出弹簧长度作图：坐标轴标度要适中，单位要标注；连线时要使各数据点均匀分布在直线的两侧考装置：器材装配、读数考作图：根据记录数据作相关图线考计算：根据fx或fl或mx图象求k (2018高考全国卷)如图(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，此弹簧的劲度系数为_n/m(保留3位有效数字)解析实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm150.05 mm3.7 cm0.075 cm3.775 cm.托盘中放有质量为m0.100 kg的砝码时，弹簧受到的拉力fmg0.1009.8 n0.980 n，弹簧伸长量为x3.775 cm1.950 cm1.825 cm，根据胡克定律fkx，解得此弹簧的劲度系数k53.7 n/m.答案3.77553.7探究弹力和弹簧伸长之间关系的三点注意(1)实验中的外力是钩码的重力提供，要注意钩码的个数和弹簧秤的限度(2)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧 2.(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是_a弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度b用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态c用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量d用几根不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)若某同学采用的实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图乙中，请作出fl图线由此图线可得出该弹簧的原长l0_ cm，劲度系数k_ n/m.(结果均保留两位有效数字)(3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长l0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l，把ll0 作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是_解析：(1)弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故a正确用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故b正确弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故c错误拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，故d错误(2)作出fl图线，如图所示弹簧处于原长时，弹力为零，故弹簧的原长l05 cm；图象的函数表达式为fk(ll0)，故斜率表示劲度系数，劲度系数k n/m20 n/m.(3)当竖直悬挂时，由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量l1，但此时所挂重物的重力为0(f0)，结合弹簧弹力的特点可得，fk(ll0l1)k(ll0)kl1kxkl1，其图象只可能是c图答案：(1)ab(2)图见解析5.020(3)c热点题型三验证力的平行四边形定则实验装置图操作要领考查热点验证力的平行四边形定则等效：同一次实验中橡皮条拉长后的结点o位置必须保持不变拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力f1、f2 的夹角不要太大或太小作图：选定比例要相同；严格按力的图示要求作平行四边形求合力考读数：弹簧测力计示数考操作：两次拉橡皮条时需将结点o拉到同一位置求合力：根据分力f1、f2 大小与方向用作图法求合力会区分：能区分合力的理论值与实验值 (2018高考天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 n的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有_a橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上b重复实验再次进行验证时，结点o的位置可以与前一次不同c使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度d用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置o、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示其中对于提高实验精度最有利的是_解析(1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，a、d项错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点o必须在同一位置但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点o的位置可以与前一次不同，b项正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，c项正确(2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，a项错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量大，所以b项正确，c、d项错误答案(1)bc(2)b验证力的平行四边形定则中的两点说明(1)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系，两次拉橡皮条时结点o完全重合，以保证力f1，f2 的合力与f的作用效果相同(2)实验过程中要同时记录弹簧测力计的示数及拉力方向 3.(2017 高考全国卷)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(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f14.2 n和f25.6 n.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； 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解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 n.(2)利用平行四边形定则作图；由图可知f合4.0 n，从f合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，则可得出f合与拉力f的夹角的正切值为0.05.答案：(1)4.0(2)f1、f2和f合如图所示4.00.05热点题型四验证牛顿第二定律实验装置图操作要领考查热点验证牛顿第二定律平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无须重新平衡)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无须满足此要求)其他：细绳与长木板平行；小车靠近打点计时器的位置释放；实验时先接通电源，后释放小车考装置：器材安装正误；平衡摩擦力的方法、标准；质量控制要求测定a：根据纸带或光电门数据计算加速度求结论：描点作af或a图象，并得出结论判成因：给定异常af图象，判断其可能成因 “探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示，已知打点计时器所用电源频率为50 hz，试回答下列问题(1)实验中在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，a、b、c、d、e、f、g这些点的间距如图中标示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出根据测量结果计算：打c点时小车的速度大小为_ m/s；小车运动的加速度大小为_ m/s2.(结果保留三位有效数字)(2)平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力f的实验数据作出的af图线如图丙所示，此图线不通过原点的主要原因是_(3)在某次利用上述已调整好的装置进行实验时，保持砝码盘中砝码个数不变，小车自身的质量保持不变(已知小车的质量远大于砝码盘和盘中砝码的质量)，在小车上加一个砝码，并测出此时小车的加速度a，调整小车上的砝码，进行多次实验，得到多组数据，以小车上砝码的质量m为横坐标，相应加速度的倒数为纵坐标，在坐标纸上作出如图丁所示的m关系图线，实验结果验证了牛顿第二定律如果图中纵轴上的截距为b，图线的斜率为k，则小车受到的拉力大小为_，小车的质量为_解析(1)纸带上两相邻计数点的时间间隔为t0.10 s，s19.50 cm、s211.00 cm、s312.55 cm、s414.00 cm、s515.50 cm、s617.05 cm，由匀变速直线运动中，物体在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可知打c点时小车的速度大小为vc，代入数值得vc1.18 m/s，小车的加速度大小为a，代入数值得a1.50 m/s2.(2)平衡摩擦力后，f0时就产生了加速度，说明未计入砝码盘的重力(3)当小车上无砝码时，小车加速度为a0，设小车的质量为m，则小车受到的拉力为fma0；图丁中图线的函数关系式满足kmb，根据牛顿第二定律得f(mm)a，可解得m，f.答案(1)1.181.50(2)未计入砝码盘的重力(3)验证牛顿第二定律的两点体会(1)图象法处理实验数据一直是高考考查的热点，一般会要求根据数据画出图象，根据图象分析误差原因或根据图象斜率和截距等得出相关物理量(2)在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比，那么，x就应与成正比，可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理 4.某物理课外小组利用图甲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n5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：(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n1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余nn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st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n2时的st图象如图乙所示；由图乙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n12345a/(ms2)0.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出an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(5)利用an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g9.8 ms2)(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)aan图线不再是直线ban图线仍是直线，但该直线不过原点can图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析：(3)实验中小车做匀加速直线运动，由于小车初速度为零，结合匀变速直线运动规律有sat2，结合图乙得加速度a0.39 m/s2.(5)由(4)知，当物体质量一定，加速度与合外力成正比，得加速度a与n成正比，即an图象为过原点的直线an图象的斜率k0.196 m/s2，平衡摩擦力后，下端所挂钩码的总重力提供小车的加速度，nm0g(mnm0)a，解得an，则k，可得m0.45 kg.(6)若未平衡摩擦力，则下端所挂钩码的总重力与小车所受摩擦力的合力提供小车的加速度，即nm0gm(nn)m0g(mnm0)a，解得ang，可见图线截距不为零，其图线仍是直线，图线斜率相对平衡摩擦力时有所变大，b、c项正确答案：(3)0.39(0.370.41均可)(4)an图线如图(5)0.45(0.430.47均可)(6)bc热点题型五探究平抛运动实验装置图操作要领考查热点探究平抛运动实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)方木板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直小球每次必须从斜槽上同一位置滚下坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点考装置：斜槽安装要求、小车释放要求求初速度考图象 图甲是“研究平抛运动”的实验装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有_a安装斜槽轨道，使其末端保持水平b每次小球释放的初始位置可以任意选择c每次小球应从同一高度由静止释放d为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接(2)实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点o为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图乙中yx2图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是_(3)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，o为平抛的起点，在轨迹上任取三点a、b、c，测得a、b两点竖直坐标y1为5.0 cm、y2为45.0 cm，a、b两点水平间距x为40.0 cm.则平抛小球的初速度v0为_m/s，若c点的竖直坐标y3为60.0 cm，则小球在c点的速度vc为_m/s.(结果保留两位有效数字，g取10 m/s2)解析(1)要保证小球从斜槽末端水平抛出，则斜槽末端必须水平；要保证小球每次抛出的速度都相同，则小球必须从同一高度由静止释放，故选项a、c符合要求，选项b错误平抛运动的轨迹应为平滑曲线，故选项d错误(2)由平抛运动规律可得，竖直方向：ygt2，水平方向：xv0t，则yx2，即yx2，故选项c正确(3)根据图线数据，利用运动规律分析由平抛运动可得y1gt，y2gt解得t10.1 s，t20.3 s，故初速度v02.0 m/sc点在竖直方向的分速度v2gy3则c点的速度vc4.0 m/s.答案(1)ac(2)c(3)2.04.0 5.如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移保持水平槽口距底板高度h0.420 m不变改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中v0/(ms1)0.7411.0341.3181.584t/ms292.7293.0292.8292.9d/cm21.730.338.646.4(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成_关系，与_无关(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理 s289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms.经检查，实验及测量无误，其原因是_.(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，重新做了这个实验，竟发现测量值t依然大于自己得到的理论值t理，但二者之差在3 ms7 ms，且初速度越大差值越小对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是_.解析：(1)给出的四组数据，d与v0的比值分别为0.293、0.293、0.293、0.293，可见，水平位移与初速度成正比，与时间无关(2)重力加速度应取当地的真实值，或取9.8 m/s2，不能取10 m/s2.(3)测量值大于理论计算值的原因可能有两个，一是光电门传感器置于槽口的内侧，将小球水平运动的时间记录在内了，二是空气阻力的影响，使运动时间比理论值偏大由题意知初速度越大差值越小，故导致偏差的原因是光电门传感器置于槽口的内侧答案：(1)正比时间(2)重力加速度取值不正确(3)光电门传感器置于槽口的内侧热点题型六验证机械能守恒定律实验装置图操作要领考查热点验证机械能守恒定律安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近打点计时器处释放速度：应用vn，不能用vn或vngt计算考装置：器材选择、装配正误考运算：下落速度的计算；减少重力势能与增加动能的计算考图象：h或h图象的斜率判断机械能守恒 (2019临沂模拟)某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 hz，得到如图乙所示的纸带选取纸带上打出的连续五个点a、b、c、d、e，测出a点距起点o的距离为s019.00 cm，点a、c间的距离为s18.36 cm，点c、e间的距离为s29.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m1 kg.(1)下列做法正确的有_a图甲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s，则以为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的_(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是_(写出一条即可)解析(1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，选项a、b正确；实验时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项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，以减小长度的测量误差，选项d错误(2)重物减少的重力势能为epmg(s0s1)2.68 j，由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下c点时重物的速度为vc2.28 m/s.(3)物体自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgsmv2，即gsv2，所以s图线应是一条过原点的倾斜直线，选项c正确(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能答案(1)ab(2)2.682.28(3)c(4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)验证机械能守恒的三种方法(1)利用起始点和第n点计算，代入ghn和v，如果在实验误差允许的范围内，ghnv，则说明机械能守恒定律是正确的(2)任取两点a、b测出hab，算出ghab和(vv)的值，如果在实验误差允许的范围内，ghabvv，则说明机械能守恒定律是正确的(3)图象法，从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h图线若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒 6.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20 hz、30 hz和40 hz.打出纸带的一部分如图(b)所示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s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/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.解析：(1)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出b点时重物下落的速度vb；打出c点时重物下落的速度vc.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a(vcvb)f.(2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg，由牛顿第二定律得，mg0.01mgma，解得a0.99g.由0.99g，解得f40 hz.答案：(1)(2)40热点题型七验证动量守恒定律实验装置图操作要领考查热点验证动量守恒定律安装：斜槽末端切线必须沿水平方向起点：斜槽末端上方l处速度：应用小球平抛的水平位移替代考装置：器材安装、小球选取、o点确定考测量：小球质量的测量和小球平抛运动的水平位移的测量考结论：根据实验数据判断两球碰撞过程中动量是否守恒 某同学用如图甲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甲中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次图甲中o点是水平槽末端r在记录纸上的竖直投影点b球落点痕迹如图乙所示，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ba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，故选项c正确答案(1)65.7(2)abd(3)c抛体法验证动量守恒定律的三点注意(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球(2)安装：如例7图甲所示安装实验装置调整固定斜槽使斜槽底端水平(3)找点：用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面圆心就是小球落点的平均位置 7.(2020山东等级考模拟)2019年9月，我国成功完成了76 km/h高速下列车实车对撞实验，标志着我国高速列车被动安全技术达到了世界领先水平某学习小组受此启发，设计了如下碰撞实验，探究其中的能量损耗问题，实验装置如图甲所示实验准备了质量分别为0.20 kg、0.20 kg、0.40 kg的滑块a、b、c，滑块a右侧带有自动锁扣，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连，滑块b、c左侧均带有自动锁扣，打点计时器的电源频率f50 hz.调整好实验装置后，在水平气垫导轨上放置a、b两个滑块，启动打点计时器，使滑块a以某一速度与静止的滑块b相碰并粘合在一起运动，纸带记录的数据如图乙所示；用滑块c替代滑块b，重复上述实验过程，纸带数据如图丙所示根据纸带记录的数据，滑块a与b碰撞过程系统损失的动能为_j，滑块a与c碰撞过程系统损失的动能为_j(计算结果均保留2位有效数字)根据实验结果可知，被碰物体质量增大，系统损失的动能_(填“增大”“减小”或“不变”)解析：由纸带可得出a与b碰撞前的速度为；碰撞后的速度为；则可计算出碰前系统总动能e0.9 j，碰后系统的总动能e0.45 j，可得碰撞过程中系统损失的动能为0.45 j；同理可计算出，a与c碰撞过程中损失的动能为0.60 j；由计算结果可知，系统损失的动能增大答案：0.450.60增大热点题型八创新实验常见的两种创新方式1.实验仪器的创新与改进(1)光电计时器：比较精确的测量物体运动的瞬时速度，取代传统实验中的纸带法.(2)气垫导轨：可以减少接触面的摩擦阻力，取代传统实验中利用倾斜长木板平衡摩擦力的方法，不需要再平衡摩擦力.(3)力传感器：精确的测力工具，取代弹簧测力计的使用，可以详细地描述力的变化情况，减小误差.2.实验情景的创新(1)利用打点计时器或光电门结合运动学规律求出滑块加速度，再利用牛顿第二定律得到动摩擦因数，是常见的实验情景的创新例如用如图甲所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数. (2)如图乙所示的装置，利用小球由静止向下摆动的过程验证机械能守恒定律是实验情景的创新.(3)如图丙所示的装置，利用凹形桥模拟器和托盘秤测量玩具小车到达凹形桥最低点的速度是实验情景的创新. (2019高考全国卷)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_(填正确答案标号)a米尺b秒表c光电门d天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法答：_.(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g_m/s2.(保留2位有效数字)解析利用数码相机的连拍功能，通过每隔一定时间的拍摄确定小球位置，所以还必须使用的器材是米尺，将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺，用米尺测量小球位置间的距离，利用逐差法由公式xat2，可得ag9.7 m/s2.答案(1)a(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7 8.(2019高考全国卷)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 hz的交流电源、纸带等等回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数_(用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使30.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_(结果保留2位小数)解析：(1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma，解得.(2)两个相邻计数点之间的时间间隔t5 s0.10 s，由逐差法和xat2，可得a1.97 m/s2，代入，解得0.35.答案：(1)(2)0.35 (建议用时：60分钟)1. 如图所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_(2)实验中需要测量的物理量有：_(3)为完成该实验，设计实验步骤如下：a以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，f)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；b记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；c将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；d依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；e以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；f解释函数表达式中常数的物理意义；g整理仪器请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_.解析：(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量；(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)；(3)根据完成实验的合理性可知先后顺序为cbdaefg.答案：(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)cbdaefg2在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了a、b、c、d、e、f、g共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f50 hz的交流电源(1)打下e点时纸带的速度ve_(用给定字母表示)；(2)若测得d665.00 cm，d319.00 cm，物体的加速度a_ m/s2；(3)如果当时交变电流的频率f50 hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比_(选填“偏大”或“偏小”)解析：(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为5t，利用匀变速直线运动的推论得ve.(2)根据匀变速直线运动的推论xat2 可得a3.00 m/s2.(3)如果在某次实验中，交流电的频率f50 hz，则实际打点周期变小，根据运动学公式xat2 得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏小答案：(1)(2)3.00(3)偏小3在用如图所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度a与合力f的关系(1)除了电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中必须使用的有_(选填选项前的字母)a220 v、50 hz的交流电源b电压可调的直流电源c刻度尺d秒表e天平(附砝码)(2)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是_a调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行b在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上c在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上(3)某同学得到了如图所示的一条纸带，由此得到小车加速度的大小a_ m/s2.(4)在本实验中认为细线的拉力f等于砝码和砝码盘的总重力mg，由此造成的误差是_(选填“系统误差”或“偶然误差”)设拉力的真实值为f真，小车的质量为m，为了使5%，应当满足的条件是_解析：(1)打点计时器接交流电源，处理纸带时要用刻度尺测出计数点间的距离，还要用到天平测砝码和砝码盘的质量，故选a、c、e.(2)在平衡摩擦力时，不能挂盘；要保证细线和纸带与木板平行，先接通电源，再释放小车，若纸带做匀速直线运动，则纸带上的点间距是均匀的，即说明平衡了摩擦力，故选a、c.(3)由图知ac6.40 cm，ce8.80 cm，ceaca(2t)2，得a15 m/s2.(4)小车在做匀加速直线运动时，砝码和砝码盘也在做匀加速直线运动，细线的拉力f一定小于砝码和砝码盘的总重力mg，此误差不可避免，为系统误差；小车与砝码和砝码盘都在做加速度为a的匀加速直线运动，对砝码和砝码盘有mgf真ma，对小车有f真ma，代入5%，得5%.答案：(1)ace(2)ac(3)15(4)系统误差5%4某同学用如图甲所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”弹簧测力计a挂于固定点p，下端用细线挂一重物m，弹簧测力计b的一端用细线系于o点，手持另一端向左拉，使结点o静止在某位置分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录o点的位置和拉线的方向(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为n，图乙中的示数为_n.(2)下列实验要求中不必要的是_(填写选项前对应的字母，下同)a细线应尽可能长一些b应测量重物m所受的重力c细线ao与bo之间的夹角应尽可能大于90d改变拉力的大小与方向，进行多次实验，每次都要使o点静止在同一位置(3)图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法正确的是_a