新教材2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题八实验第15讲力学实验课件

第15讲力学实验知识网络构建命题分类剖析知识网络构建命题分类剖析命题点一力学基本仪器的使用与读数力学量的测量模型待测量工具使用、读数说明时间

(1)t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无估读．使用时，先读内圈，读数时只读整数，小数由外圈读出，读外圈时，指针是准确的，不用估读长度毫米刻度尺的读数；精确到毫米，估读一位(1)读数：测量值＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)(2)常用精确度：10分度游标尺，精度0.1mm；20分度游标尺，精度0.05mm；50分度游标尺，精度0.02mm测量值＝固定刻度＋可动刻度(带估读值)×0.01mm力力的大小＝精度×指针指示的格数(注意估读)，如分度值为0.1N，则要估读，有两位小数，如分度值为0.2N，小数点后只有一位小数速度加速度[提醒]

(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位．游标卡尺读数不估读．(2)不要把游标尺的边缘当成零刻度线，从而把主尺的刻度读错．(3)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出．(4)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，为便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点或每隔四个点取一个计数点，这样时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s.例1某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图1所示，则工件的长度为________mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图2所示，则工件的直径为________mm.21.724.300解析：根据游标卡尺读数规则可知工件的长度为21mm＋0.02mm×36＝21.72mm；根据螺旋测微器读数规则可知工件的直径为4mm＋0.01mm×30.0＝4.300mm.提升训练1.某同学用如图甲所示的螺旋测微器测小球的直径时，他应先转动________到F靠近小球，再转动________到F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动________(均填仪器部件字母符号)使F固定后读数，正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是________mm.DHG6.700解析：用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm.2．(1)某同学用游标卡尺的________(选填“内测量爪”“外测量爪”或“深度尺”)测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为________cm.(2)该同学随后又用螺旋测微器测得玻璃杯的玻璃厚度如图乙所示，则厚度为________mm.(3)该同学用螺旋测微器测得一小球直径如图丙所示，正确读数后得小球直径为1.731mm，则a＝________，b＝________．深度尺10.032.760200解析：(1)因需测量的是玻璃杯的内高即深度，所以要用游标卡尺的深度尺测量，根据图甲可知，游标卡尺主尺上的整毫米数为100mm，游标尺的精确度为0.1mm，且第3条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则玻璃杯的内高为100mm＋0.1mm×3＝100.3mm＝10.03cm.(2)螺旋测微器的读数规则：测量值＝固定刻度读数(注意半毫米刻度线是否露出)＋精确度(0.01mm)×可动刻度读数(一定要估读)，由图乙可知玻璃厚度为2.5mm＋0.01mm×26.0＝2.760mm.(3)因1.731mm＝1.5mm＋0.01mm×23.1，由螺旋测微器读数规则知a＝20，b＝0.(4)该同学测定一金属杆的长度和直径，示数分别如图丁、戊所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.60.104.20解析：由图丁所示可得金属杆的长度L＝60.10cm.由图戊知，此游标尺为50分度，游标尺上第10条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则该金属杆直径d＝4mm＋0.02×10mm＝4.20mm.命题点二“纸带”类实验1．处理纸带问题的三个关键点情景展示说明(1)区分计时点和计数点(2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源，打点稳定后，再释放纸带(3)实验数据处理可借助图像，充分利用图像斜率、截距等的物理意义2.求加速度的三种方式情景条件情景展示有连续的偶数段数据连续的奇数段数据不连续的两段数据例1在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条纸带如图甲所示．A、B、C、D、E、F、G为计数点(相邻两计数点间有4个点未画出)，相邻计数点间的时间间隔为0.10s，x1＝1.20cm，x2＝1.60cm，x3＝1.98cm，x4＝2.38cm，x5＝2.79cm，x6＝3.18cm.(1)根据题目信息可知，打B点时小车的速度是______m/s，小车的加速度是______m/s2.(结果保留2位有效数字)(2)某同学用以下办法绘制了小车运动的v­-t图像：先把纸带每隔T＝0.10s剪断，得到若干段纸条，长度分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6.再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条的下端对齐，作为时间轴，标出时间．最后连接纸条上端中心位置作一条直线，于是得到v-­t图像(如图乙所示)．①t1处应标为________s；v1处应标为________[此空用第(2)问中的物理量符号表示].②请说明利用纸条长度表示瞬时速度所依据的原理___________________________________________________________.0.140.400.10

匀变速直线运动中某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度．

[教你解决问题——读图]例2[2023·全国甲卷]某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系．让小车左端和纸带相连．右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连．钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带．某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示．

24.0080.0

位移区间ABACADAEAFΔx(cm)6.6014.60ΔxAD34.9047.3066.073.087.394.6解析：根据第(1)小题结果补充表格和补全实验点图像得

70.059.0

b

2k

提升训练1.[2024·浙江省诸暨市高三适应性考试]在“验证机械能守恒定律”的实验中．(1)利用图甲所示装置进行实验，得到图乙所示的纸带，打点计时器频率为50Hz，每两个点取一个计数点，已知重物的质量为300g．则纸带上的A和F两点，打点计时器先打________(填“A”或“F”)点；当打点计时器打D点时重物的速度为________m/s.(保留3位有效数字)A

2.46

C

②利用图丁所示的量程为2.5N和5N的弹簧秤分别进行实验，且两弹簧秤均拉伸到读数为2N处释放，则相同小车获得最终速度的大小________(填“相同”或“不同”)．不同

2．[2023·福建南平三模]某学习小组利用如图甲实验装置探究小车的加速度与力的关系．(1)要用钩码所受的重力作为小车受到的合力，则应先平衡摩擦力，同时使钩码的质量________(选填“远小于”“等于”或“远大于”)小车的质量；(2)保持小车质量不变，改变钩码(质量均为m)的个数n，测出小车对应的加速度a；远小于

(3)作出a­-n图线如图乙所示，则说明在小车质量一定时，加速度与合力成正比；(4)若该图线斜率为k，当地重力加速度为g，则小车的质量M＝________，测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值．

大于

命题点三四个其他探究类实验1．“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验(1)操作：弹簧竖直悬挂；待钩码静止时测出弹簧长度．实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过其弹性限度．(2)作图：画图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧．距离直线过远的点应舍弃．2．“探究两个互成角度的力的合成规律”实验(1)等效：每次拉伸结点的位置O必须保持不变．(2)拉力：记下每次各力的大小和方向．3．“探究平抛运动的特点”实验(1)安装：实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，木板必须处在竖直平面内，且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触．(2)释放：小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，因此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板．

例1[2023·浙江6月]如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系．在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表．钩码个数012…

xA/cm7.758.539.30…

xB/cm16.4518.5220.60…

钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝________cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝________cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp________mg(ΔxA＋ΔxB)(选填“＝”“<”或“>”)．0.781.29<解析：钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝8.53cm－7.75cm＝0.78cm；弹簧B的伸长量ΔxB＝18.52cm－16.45cm－0.78cm＝1.29cm；根据能量守恒定律可知两根弹簧增加的弹性势能等于钩码减少的重力势能和与空气摩擦产生的内能之和ΔEp<(0.1852－0.1645)mg＝0.0207mg又mg(ΔxA＋ΔxB)＝0.0207mg可得ΔEp<mg(ΔxA＋ΔxB)例

2[2023·浙江6月]在“探究平抛运动的特点”实验中(1)用图1装置进行探究，下列说法正确的是________．A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点(2)用图2装置进行实验，下列说法正确的是________．A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下BC解析：(1)用图1所示的实验装置，只能探究平抛运动竖直分运动的特点，故AC错误；在实验过程中，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，故B正确．故选B.(2)为了保证小球做平抛运动，需要斜槽末端水平，为了保证小球抛出时速度相等，每一次小球需要静止从同一位置释放，斜槽不需要光滑，故A错误，C正确；上下调节挡板N时，不必每次等间距移动，故B错误．故选C.

D

例3[2023·浙江1月(节选)]“探究向心力大小的表达式”实验装置如图3所示．①采用的实验方法是________．A．控制变量法B．等效法C．模拟法②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动．此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的____________之比(选填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值________(选填“不变”“变大”或“变小”)．A角速度平方不变

提升训练1.如图为一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直刻度尺．静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00N；竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示．传感器示数FN(N)6.004.003.001.000指针示数x(cm)

14.6015.8118.1919.40(1)补充完整表格中直尺的读数；(2)在以传感器示数FN为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出FN-x图像，并根据图像求得弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)．12.2083.3

2．某研究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，小圆环，刻度尺，三角板，图钉(若干个)．主要实验步骤如下：a．橡皮条的一端与轻质小圆环相连，另一端固定；b．用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环，小圆环运动至O点，记下两弹簧测力计的读数F1和F2及两细绳套的方向；c．用一个弹簧测力计将小圆环拉到O点，记下弹簧测力计的读数F及细绳套的方向；d．在白纸上做出力F、F1和F2的图示，猜想三者的关系，并加以验证．(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是____________________________.(2)某次操作后，在白纸上记录的痕迹如图丁所示，请你在图丁中完成步骤d.保证两次操作力的作用效果相同解析：(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是保证两次操作力的作用效果相同．(2)在白纸上画出各力的大小及方向，并用虚线把F的箭头分别与F1、F2的箭头连接如图，能看到所围成的形状像是一个平行四边形．命题点四力学创新型实验1．力学创新型实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿运动定律设计实验．(2)将实验的基本方法——控制变量法、处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入到实验的综合分析之中．(3)命题情境：常结合力学传感器、手机视频拍照或光电门等最新电子设备采集数据，借助图像的方法得出实验结论．2．创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案．(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析．例1[2023·天津卷(节选)](1)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，接通气垫导轨气源，释放托盘与砝码，并测得：a．遮光片的宽度d；b．遮光片到光电门的距离l；c．遮光片通过光电门的时间Δt；d．托盘与砝码的质量m1，小车与遮光片的质量m2

m1gl

例2[2023·上海卷]如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置，实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力．先测出钩码所受的力为G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt.(1)实验中________测出小车质量m车A．必须B．不必(2)为完成实验还需要测量①______________；②________________________．(3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是____________________________________.(4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1________a2.(选填“大于”“小于”或“等于”)B挡光片宽度d小车释放位置到光电门的距离下落时钩码有向下的加速度，拉力小于重力大于

例3[2023·辽宁卷]某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段．选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验．测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)．将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B.由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP.将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放．当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON.保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2.

一元

①测量误差，因为无论是再精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对准确；②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程中，两个硬币组成的系统合外力不为零．

提升训练1.[2023·辽宁丹东二模]某实验小组做“测量滑块与长木板之间的动摩擦因数”实验时，实验装置如图甲所示．在水平桌面上固定放置一端有定滑轮的长木板，靠近定滑轮的B处有一个光电门．在A处有一上端带遮光条的滑块，A、B之间的距离保持L不变．不计滑轮质量及其与绳子之间的摩擦．(1)实验过程中用游标卡尺测量遮光条的宽度d，游标卡尺读数如图乙所示，读出遮光条的宽度为d＝________mm.2.25解析：遮光条的宽度为：d＝2mm＋0.05mm×5＝2.25mm

2．[2024·广东汕头一模]物理创新实验研究小组用步进电机、圆盘、小物块、手机等制作了圆周运动综合探究平台，探究圆周运动中向心力、向心加速度等各个物理量之间的关系：(1)手机内部自带加速度传感器，可测量向心加速度大小与方向，规定x、y、z三个方向的正方向如图所示．某同学站在转台上将手水平伸直，以不同朝向拿着手机，如图以自己身体为轴旋转，某段时间内测得y轴方向加速度—时间图像如图，x、z轴方向加速度为零，则她可以是________．(填选项前的字母)A．将手机竖起，手机屏幕正对自己旋转B．手机平放在手掌上，屏幕朝上，让底边对着自己旋转C．手机平放在手掌上，屏幕朝上，让侧边对着自己旋转B解析：(1)根据图像可知旋转时有沿y轴负方向的加速度，向心加速度指向圆周运动的圆心，可能是手机平放在手掌上，屏幕朝上，让底边对着自己旋转．故选B.(2)为了测加速度传感器在手机中位置，该同学如图将手机沿径向平放固定在圆盘上，底边正对圆盘转轴，让步进电机带动圆盘旋转，手机的加速度、角速度等值可通过手机appphyphox读取，由an-ω2的图像获得斜率为k(使用国际单位)，再用刻度尺测量手机底边到转轴的长度d，如图，则d＝________m．手机内部加速度传感器到手机底边的长度为________(用题目所给的物理量表示)．0.1016

k－d解析：根据刻度尺的读数规则及图像可知d＝101.6mm＝0.1016m根据公式an＝kω2即旋转半径为k，手机内部加速度传感器到手机底边的长度为k－d.(3)手机中有光照传感器，用手电筒在圆盘固定位置打光，手机旋转时记录光照强度周期性变化如图所示，则手机旋转的周期为________s(保留2位小数)．测得手机的质量m，周期为T，手机视为质点，手机到转轴的距离为r，可求得向心力Fn＝________(用题目所给的物理量表述)．2.03

3．[2023·河北石家庄二模]某同学用如图甲所示装置做探究向心力大小与