（新教材适用）高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第17讲常考力学实验题型5力学创新实验教师用书

题型5力学创新实验1.力学创新实验的特点(1)以基本的力学实验模型为载体，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——图像法、逐差法融入到实验的综合分析之中。2.力学创新实验的分类(1)第一类是通过实验和实验数据的分析得出物理规律。这类实验题目需认真分析实验数据，根据数据特点掌握物理量间的关系，得出实验规律。(2)第二类是给出实验规律，选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。这类实验题目需从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器，设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。3.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，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。〔真题研究5〕(2023·湖北高考卷)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n＝0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m。(1)实验中，拉动木板时_不必__(填“必须”或“不必”)保持匀速。(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝_mB－μ(mA＋nm0)__。(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝_0.40__(保留2位有效数字)。【解析】(1)木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关，则实验拉动木板时不必保持匀速。(2)对木块、砝码以及重物B分析可知μ(mA＋nm0)g＋mg＝mBg解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。(3)根据m＝mB－μmA－μm0·n，结合图像可知μm0＝eq\f(59－19,5)g＝8g，则μ＝0.40。〔方法技巧〕测定动摩擦因数实验一般结合在“研究匀变速直线运动”“验证牛顿运动定律”或“探究动能定理”等实验中考查。实验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数。实验方法创新思维实验原理将研究运动物体转化为研究静止物体利用F弹＝Ff＝μFN求μ让物块先做加速运动，当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动减速运动中，利用逐差法求加速度，利用F＝μmg＝ma进一步求μ将动摩擦因数的测量转化为角度的测量利用a＝gsinθ－μgcosθ求μ(a通过逐差法求解)将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量利用veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ax和动力学知识得到μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg)将动摩擦因数的测量转化为速度测量，并营造多过程切入水平滑动情境A→B过程中，机械能守恒；C→D过程中，物块Q做平抛运动；B→C过程中，对物块Q只有摩擦力做功，利用Wf＝EkC－EkB，进一步求μ〔对点训练〕1.(2023·辽宁高考卷)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。(1)在本实验中，甲选用的是_一元__(填“一元”或“一角”)硬币；(2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为eq\r(2μgs0)(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g)；(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝eq\f(m2,m1)(用m1和m2表示)，然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：_存在空气阻力；硬币大小不能忽略，不可视为质点等(答案合理即可)__。【解析】(1)甲碰撞乙，为了使碰撞后甲的速度方向不变，则甲的质量应该大于乙的质量，已知一元硬币的质量大于一角硬币的质量，所以甲选用的是一元硬币。(2)对甲，从O到P做匀减速直线运动，设甲到O点时的速度大小为v0，加速度a＝eq\f(μm1g,m1)＝μg，由公式v2＝2ax得，veq\o\al(2,0)＝2μgs0，故v0＝eq\r(2μgs0)。(3)根据动量守恒定律可得，m1v0＝m1v1＋m2v2，由(2)得v0＝eq\r(2μgs0)，同理可得v1＝eq\r(2μgs1)，v2＝eq\r(2μgs2)，所以m1eq\r(s0)＝m1eq\r(s1)＋m2eq\r(s2)，故eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝eq\f(m2,m1)。(4)存在空气阻力；硬币大小不能忽略，不可视为质点等。2.(2023·辽宁大连模拟)小明同学用如图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＝eq\f(d,t)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ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。(1)用ΔEp＝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_B__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ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算钢球动能变化的大小。利用游标卡尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为_3.80__mm。某次测量中，计时器的示数为0.002s，则钢球的速度为v＝_1.90__m/s。(计算结果保留三位有效数字)(3)下表为该同学的实验结果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ΔEp与ΔEk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_见解析__。【解析】(1)根据题意可知，小球下落的高度h是初末位置球心之间的高度差。故选B。(2)由图可知，游标为20分度，且第16