1、1第 15 讲力学实验主干体系知识 核心再现及学科素养1.利用纸带求瞬时速度： vnxn xn 12T2.利用纸带求加速度(1)x xn1 xn aT2(2)逐差法： a(6 段x4 x5 x6 x1 x2 x39T2逐差)3.平衡摩擦力4.主要实验方法：控制变量法，替代法.1(2018全国卷，22)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
2、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 标尺的游标为 20 分度，精确度为 0.05 mm，游标的第 15 个刻度与主尺刻度对齐，则读数为 37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm.弹簧形变量 x(3.7751.950)cm1.825 cm，砝码平衡时， mg kx，2所以劲度系数 k N/m53.7 N/m.(保留 3 位有效数字)mgx 0.1009.801.82510 2答案 3.775 53.72(2
3、018全国卷，23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小某次实验所得数据在下表中给出，其中 f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出砝码的质量 m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25滑动摩擦力 f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93回答下列问题：(1)f4_N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出 fm 图线；(3)f 与
4、 m、木块质量 M、木板与木块之间的动摩擦因数 及重力加速度大小 g 之间的关系式为 f_， fm 图线(直线)的斜率的表达式为 k_；(4)取 g9.80 m/s 2，由绘出的 fm 图线求得 _.(保留 2 位有效数字)解析 (1)由图 b 可读出弹簧秤的示数 f42.75 N.(2)fm 图线如图所示(3)摩擦力表达式 f (M m)g，其斜率 k g .(4)图线的斜率 k 3.9 f m 2.93 2.150.25 0.053解得 0.40.答案 (1)2.75(2)如图所示(3) (M m)g g(4)0.403(2018全国卷，22)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间实验
5、步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为 L 的木尺上端，让木尺自然下垂乙把手放在尺的下端(位置恰好处于 L 刻度，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子若夹住尺子的位置刻度为 L1，重力加速度大小为 g，则乙的反应时间为_(用 L、 L1和 g 表示)(3)已知当地的重力加速度大小为 g9.80 m/s2， L30.0 cm， L110.4 cm.乙的反应时间为_s(结果保留 2 位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_.解析 (2)根据自由落体运动的规律，得 L L1 gt2，解得 t .1
6、2 2L L1g(3)将 g9.80 m/s2， L30.0 cm0.300 m， L110.4 cm0.104 m，代入 t得 t 0.20 s.2L L1g(4)建议：多次测量取平均值，初始时乙的手指尽可能接近尺子答案 (2) (3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近2L L1g尺子44(2017高考全国卷，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水滴，图( b)记录了桌面上连续的 6 个水滴的位置(已知
7、滴水计时器每 30 s 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，加速大小为_m/s 2.(结果均保留 2 位有效数字)解析 (1)由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴(时间间隔相同)的位置间的距离逐渐减小，所以由题图(b)可知，小车在桌面上是从右向左运动的(2)滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴，其滴水的时间间隔为 T s.根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图(b)中
8、 A 点位置时的速度大小30 s46 1 23为 vA m/s0.19 m/s.由逐差法可得，小车运动的加速度大小为 a0.117 0.1332Tm/s20.037 m/s 2.0.150 0.117 0.133 0.1004T2答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.037考情分析命题特点与趋势1实验题的考查呈现由基础性向综合性的递进趋势实验命题不避热点，注重陈题翻新，重点实验频频考，其他实验“轮换”考，题目特点设置清晰，上手易得分容易，做好做全较难，能有效区分不同水平考生的实验能力2重在考查实验探究能力，而非实验本身新任务，新情境，原理设计，方法选择，条件控制，数据处理的公式法、列表法、
9、图象法、平均值法和逐差法反复涉及，其中图象法处理实验数据与结果规律性探索是高考的热点和亮点3反映科技进步，实验题引领教育创新频闪照相机或光电计时器替代打点计时器，气垫导轨替代长木板，数字化传感器直接测力或位移等，体现时代特征5解题要领1熟知各种器材的特性2熟悉课本上的实验，抓住实验的灵魂实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析高频考点一 基本仪器的读数备考策略1长度类测量仪器的读数(1)毫米刻度尺的读数，精确到毫米，估读一位(2)游标卡尺的读数：游标尺/mm刻度格数刻度总长度每小格与 1毫米差精确/mm测量结果(游标尺上第 n 个刻线与主尺上的某刻度线正对时)/mm10 9 0.1 0.
10、1 主尺上读的毫米数0.1 n20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数0.05 n50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数0.02 n(3)螺旋测微器的读数：测量值固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数(含估读)0.01 mm.2时间类测量仪器的读数(1)打点计时器：每打两个点的时间间隔为 0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为 t 0.025 s0.1 s.(2)频闪照相机：用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，时间间隔 t (f 为频闪照相机的频率)1f(3)光电计时器：记录遮光时间，时间间隔 t (d 为遮光板宽度， v 为平均速度)d
11、v题组突破11.(2018吉林长春外国语学校二模)图中游标卡尺的读数为_mm，螺旋测微器的读数为_mm.6解析 游标卡尺的读数为 l52 mm7 mm52.35 mm；120螺旋测微器的读数为 d1.5 mm49.00.01 mm1.990 mm.答案 52.35 1.990(1.8991.991 均正确)12.用游标卡尺测得某样品的长度如图甲所示，其读数 L_mm；用螺旋测微器测得该样品的外边长 a 如图乙所示，其读数为 a_mm.解析 根据游标卡尺的读数方法，样品的长度 L20 mm00.1 mm20.0 mm.根据螺旋测微器的读数方法，样品的边长 a1.5 mm23.00.01 mm1.
12、730 mm.答案 20.0 1.730(1.7291.731 均正确)13.请按要求填写：(1)某同学用游标卡尺的_测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为_cm；(2)又用螺旋测微器测得其玻璃厚度如图乙所示，则厚度为_mm；(3)该同学用螺旋测微器又测得一小球直径如图丙所示，正确读数后得小球直径为1.731 mm，则 a_， b_.(4)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图丁、戊所示，则该金属杆的长度和直径分别为_cm 和_mm.7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，根据图甲所示的游标卡尺主尺上的整毫米数为 100 mm，游标尺的精确度为 0.1
13、 mm，且第 3 条刻度线与主尺上的刻度线对齐，可知玻璃杯的内高为 100 mm0.1 mm3100.3 mm10.03 cm.(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(0.01 mm)可动刻度读数(一定要估读)，所以玻璃厚度为 2.5 mm0.01 mm26.02.760 mm.(3)因 1.731 mm1.5 mm0.01 mm23.1，由螺旋测微器读数规则知 a 应为 20， b 应为 0.(4)金属杆长度由刻度尺示数可得，由题图丁得 L60.06 cm.由题图戊知，此游标尺为 50 分度，游标尺上第 10 刻线与主尺上一刻线对齐，则金属杆直径为
14、d4 mm 10 15mm4.20 mm.答案 (1)深度尺 10.03 (2)2.760 (3)20 0(4)60.06 4.20归纳反思游标卡尺和螺旋测微器读数的“三点注意”1螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为 3 位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出2游标卡尺不估读，以毫米为单位，10 分度卡尺，小数点后只有 1 位；20 分度和 50分度卡尺，小数点后有 2 位3注意题目要求的单位是否为 mm，若不是则要先以 mm 为单位读数，然后再换算为题目要求的单位高频考点二 “纸带类”实验的处理备考策略1打点计时器系列实验8力学实验中用到打点计时器的实验有：探究小车速度随时间
15、变化的规律，探究动能定理，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律，验证动量守恒定律2纸带数据的处理方法3平衡摩擦力的方法验证牛顿运动定律、探究做功与速度变化的关系及验证动量守恒定律均可能需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是垫高有打点计时器的一端，给小车一个初速度，小车能匀速下滑4两个关键点(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的(2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源，打点稳定后，再释放纸带题组突破21.甲、乙两位同学在验证机械能守恒定律的实验中，用质量为 200
16、g 的重物拖着纸带自由下落打点计时器在纸带上打出一系列的点他们选取了一条纸带进行测量，如图所示 O 为纸带下落的起始点， A、 B， C 为纸带上选取的三个连续点 O 点至 A、 B、 C 点的距离 sOA、 sOB、 sOC图中已标注，已知打点计时器每隔 T0.02 s 打一个点，当地的重力加速度为 g9.8 m/s 2，那么(1)为计算打 B 点时重物的动能需要先计算出打 B 点时的瞬时速度，甲同学用9v 2 gSOB.乙同学用 vB ，其中所选择方法合理的是_填(“甲”或“乙”)同2BSOC SOA2T学(2)若甲同学不小心将上述纸带从 OA 之间扯断，他们利用 A 点之后的纸带_(填“
17、能”或“不能”)达到验证机械能守恒定律的目的(3)乙同学根据纸带上的测量数据进一步探究下落过程中重物和纸带所受的阻力他计算出的正确结果应该是 f_N.解析 (1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解瞬时速度，不能根据 v 2 gsOB求解瞬时速度，因为这样就默认了加速度为 g，机械能守恒，失去验证的意2B义故正确的方法是乙同学；(2)可以利用 A 点之后的纸带上的某两点，测出这两点的距离，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解瞬时速度，也可验证机械能是否守恒；(3)根据 x aT2，可求出 a ，代入数据解得xBC xABT2 xOC xOB xOB xOAT2a 1
18、02 9.5m/s 2，由 mg f ma 解得阻力23.23 19.20 19.20 15.550.022f mg ma0.29.80.29.50.06N.答案 (1)乙 (2)能 (3)0.0622.(2018山东省青岛市高考模拟检测理科综合能力测试)某同学用如图所示的装置，研究细绳对小车的拉力做功与小车动能变化的关系通过改变动滑轮下所挂钩码的个数可以改变细绳对小车的拉力，实验所用钩码质量均为 m.(1)关于本实验，下列说法正确的是_；A实验时，小车应靠近打点计时器，先释放小车后，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧秤的示数B本实验不需要平衡摩擦力C实验过程中，动滑轮和所挂钩码所受重力等
19、于弹簧秤示数的 2 倍D实验中不需要满足所挂钩码的总质量远小于小车的质量(2)某次实验时，所挂钩码的个数为 2 个，记录的弹簧秤示数为 F，小车质量为 M，所10得到的纸带如图所示，相邻计数点间的时间间隔为 T，两相邻计数点间的距离分别为S1、 S2、 S3、 S4，该同学分析小车运动过程中的 BD 段，在操作正确的情况下应该有等式_成立解析 (1)A.实验时，小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车后，打出一条纸带，同时记录弹簧秤的示数，故 A 错误；B.探究外力做功与速度变化关系的实验，要求合力为拉力，所以要平衡摩擦力，故 B 错误；C.实验过程中，根据牛顿第二定律可知 a，动滑轮和所
20、挂钩码所受的重力大于弹簧秤示数的 2 倍，故 C 错误；D.拉力可以由mg 2Fm弹簧测力计测出，不需要满足所挂钩码的总质量远小于车的总质量，故 D 正确；(2)小车运动过程中的 BD 段合力做功为 W F(S2 S3)，动能的变化量E k Mv 12 2D 12Mv M 2 M 2，2B12(S3 S42T ) 12(S1 S22T )所以操作正确的情况下应该有等式 F(S2 S3) M 2 M 2；12(S3 S42T ) 12(S1 S22T )答案 (1)D (2) F(S2 S3) M 2 M 212(S3 S42T ) 12(S1 S22T )23.(2018济宁市高三第二次模拟)
21、一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量 与对应时间 t 的比值定义为角加速度 .我们用电磁打点计时器、刻度尺、游标卡尺纸带(厚度不计)、(即 t)复写纸来完成下述实验：(打点计时器所接交流电的频率为)50Hz、 A、 B、 C、 D为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出丙实验步骤如下11如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；接通电源打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动(即角加速度恒定)；经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量
22、请回答下列问题：(1)由图乙可知，圆盘的直径为_cm；(2)由图丙可知，打下计数点 D 时，圆盘转动的角速度大小为_rad/s；(结果保留三位有效数字)(3)圆盘转动的角加速度大小为_rad/s 2.(结果保留三位有效数字)解析 (1)根据游标卡尺的读数原理，可得读数应为主尺上的和游标尺上的刻度相加由图乙可知游标尺的分度为 0.05 mm，主尺上为 6.0 cm，游标尺上的第 0 个刻度线和主尺对齐，所以读数为 60 cm0.050 mm6.000 cm，即可得该圆盘的直径 d6.000 cm；(2)由题意知，纸带上每点的时间间隔 T0.10 s，打下计数点 D 时，纸带运动速度大小为：vD
23、m/s0.45m/sxCE2T 14.64 5.6410 220.1此时圆盘转动的角速度为 D rad/s150rad/s；vDr 0.45310 2(3)纸带运动的加速度大小为 a ，设角加速度为 ，则 xDE xBC xCD xAB4T2 ，代入数据解得： 28.0rad/s 2. t vr t答案 (1)6.000 (2)15.0 (3)28.0高频考点三 弹簧、橡皮条问题备考策略力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究弹力与弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、探究做功与小车速度变化的关系1探究弹力和弹簧伸长量的关系(1)实验原理要测出每次悬挂重物的重力大小 G 和弹簧伸长的长度 x，
24、建立 G x 坐标系，描点作图探究(2)操作关键实验中不能挂过多的钩码，使弹簧超过弹性限度；作图象时，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的两12侧2验证力的平行四边形定则(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题组突破31.在“探究弹力和弹簧伸长的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中，实验装置如图甲所示所悬挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定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作出
25、弹簧的长度( x)随钩码个数( n)变化的图象如图乙所示，则：(1)图线与 x 轴的交点的物理意义是_；(2)图线 BC 段偏离了直线，其原因是_；(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比，优点在于_，缺点在于_解析 (1)图线与 x 轴的交点的物理意义表示钩码个数 n0 时弹簧的长度，即为弹簧的原长(2)根据胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力与形变量成正比，因此随着所挂钩码的改变，图象应为一条倾斜直线，图线 BC 段偏离了直线，说明弹簧的弹力与形变量不成正比关系，因此其原因为超出了弹簧的弹性限度(3)当弹簧竖直放置时，弹簧实际自身有重力，会对弹簧产生拉力，因此改为水平放置
26、时可以避免弹簧自身所受重力对实验的影响，但是此时弹簧与桌面、绳子与滑轮间的摩擦却不可避免，成为它的缺点答案 (1)弹簧的原长 (2)超出弹簧的弹性限度(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与桌面、绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差32.(2018山东省潍坊市高三三模)某同学用如图所示装置验证动量守恒：长木板水平固定，弹簧左端固定在挡板上，右端自由伸长到 O 点，滑块 A 右侧粘有橡皮泥，置于长13木板上，左侧恰好位于 O 点操作如下：推动 A 压缩弹簧至某一位置，然后无初速释放，测得停下时 A、 O 间距离 x1；再次推动 A 压缩弹簧至同一位置，另取一滑块 B 放于 O 点，无初速度释
27、放 A， A 与 B 碰后粘在一起运动，测得停下时 A、 O 的距离 x2.请回答下列问题：(1)x1_x2(选填“大于” 、 “小于”或“等于”)；(2)实验中还需要测量的物理量及符号是_，若等式_(用所测物理量符号表示)成立，则碰撞过程动量守恒解析 (1)设滑块压缩弹簧的形变量为 x，第一次弹性势能转化为 A 滑块的动能和一部分热能，经过原长后滑块和弹簧分离， A 的动能(设为 EkA)全部变成摩擦生热，由能量守恒定律可得 Mv Mgx 1，解得 x1 ；第二次到达原长时 A 获得动能相同为 EkA，此后12 2A v2A2 gA 与 B 发生完全非弹性碰撞， MvA( M m)v，此后两
28、滑块一起摩擦生热， (m M)12v2 (M m)gx2，故 x2 ，因 v x2.v22 g MvAM m(2)根据分析可知验证动量守恒的表达式为 MvA( M m)v，代换之后得M ( M m) ，可得验证的表达式为 M (M m) ；故根据表达式还需要2 gx1 2 gx2 x1 x2测量的物理量为滑块 A 质量 M，滑块 B 质量 m.答案 (1)大于 (2)滑块 A 质量 M，滑块 B 质量 m(3)M ( M m)x1 x233.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
29、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 4.0 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
30、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 ；14() 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等四边行定则答案 () F1、 F2和 F 合 如图所示()3.8 0.05归纳反思实验数据处理方法1在探究弹力和弹簧伸长的关系实验中务必注意(1)弹簧发生弹性形变，必须在弹性限度内(2)F kx 中的 x 是弹簧的形变量，是弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧的总长度15(3)F kx 中的 k 为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因
31、素决定，与弹力 F 的大小和伸长量 x 无关2利用作图法处理实验数据在“验证力的平行四边形定则”实验中，由作图法得到的合力 F 与实际测量得到的合力 F不可能完全重合，只要在误差允许范围内 F 与 F重合即可验证平行四边形定则高频考点四 用“图象法”处理实验数据备考策略图象法是处理实验数据的基本方法根据实验过程和实验原理中涉及的物理规律写出相应物理量之间的函数关系，与根据实验数据做出的函数图象进行对比，就可对某些规律进行实验验证或通过图像的斜率、截距进行有关求解与计算题组突破41.某同学在实验室进行测定动摩擦因数的实验第一步：该同学把长木板的一端垫起，并调整至合适的角度，使质量为 m 的滑块
32、P 可沿长木板匀速下滑，如图甲所示；第二步：在图甲装置中长木板上端安装一个定滑轮，如图乙所示，之后将滑块 P 置于长木板底端，通过细绳跨过定滑轮与质量为 2m 的滑块 Q 相连，先接通打点计时器的电源，后将滑块 Q 无初速度释放，两滑块共同做加速运动，得到了一条比较理想的纸带；第三步：从纸带上较为清晰的 A 点开始连续选取 8 个点，用刻度尺测量各点到 A 点的距离 x，并计算第 27 各点的速度 v 及其二次方的数值 v2，以 v2为纵坐标，以 x 为横坐标，描点作图，得到如图丙所示的图象，重力加速度 g 取 10 m/s2.根据上述操作步骤完成下列问题：(1)打 A 点时，滑块 Q 的速度
33、大小为_；(2)长木板倾角的正弦值为_，滑块 P 与长木板间的动摩擦因数为_解析 (1)由运动学公式 v2 v 2 ax，整理得 v2 v 2 ax，结合图象可知 v 4 20 20 20m2/s2，得 v02 m/s.(2)由图甲可知 mgsin mg cos ，滑块 P 沿长木板向上加速时，16有 2mg mgsin mg cos 3 ma，由图丙中直线斜率可知 2a m/s2，则 a m/s2，163 83解得 sin 0.6， 0.75.答案 (1)2 m/s (2)0.6 0.7542.(2018湖北省武汉市高三下学期五月理综训练)某同学用如图(a)所示的实验装置测量木块与木板之间的
34、动摩擦因数 ：将木块从倾角为 的木板上静止释放，与位移传感器连接的计算机描绘出了木块相对传感器的位置随时间变化的规律，如图(b)中的曲线所示图中木块的位置从 x1到 x2、从 x2到 x3的运动时间均为 T.(1)根据图(b)可得，木块经过位置 x2时的速度 v2_，木块运动的加速度a_；(2)现测得 T0.1 s， x14 cm， x29 cm， x316 cm， 37，可求得木块与木板之间的动摩擦因数 _(sin370.6，cos370.8，重力加速度 g 取10m/s2，结果保留 1 位有效数字)(3)若只增大木板的倾角，则木块相对传感器的位置随时间变化的规律可能是图(b)中的曲线_(选
35、填图线序号、或)解析 (1)由题意可知，木块沿木板向下做匀加速直线运动，由于从 x1到 x2、从 x2到x3的运动时间均为 T，所以 v2 ，x3 x12T由匀变速直线运动的规律可知，( x3 x2)( x2 x1) aT2，解得： a ；x3 2x2 x1T2(2)由 a m/s2 2m/s2x3 2x2 x1T2 16 29 410 20.12由牛顿第二定律可知，a gsin37 g cos37，解得： 0.5；(3)由牛顿第二定律可知， a gsin g cos ，当 增大，则加速度增大，由公式 x at2可知，曲线正确12答案 (1) (2)0.5 (3)x3 x12T x3 2x2
36、x1T243.(2018威海市高考模拟考试)用如图所示的装置验证牛顿第二定律图中 A、 B为两个光电门， C 为固定在凹槽上的遮光条实验前(不挂钩码)左右移动小木块使凹槽能17够在长木板上匀速运动设遮光条的宽度为 d，两光电门间的距离为 x.实验时凹槽每次都从同一位置由静止释放，研究对象为凹槽(包括内部的砝码)及钩码组成的系统(1)将钩码逐个拿到凹槽中，记录每次所悬挂钩码的质量 m1、 m2、 m3，释放凹槽，测出对应的加速度 a1、 a2、 a3，则下列哪一图象能正确反映加速度 a 与悬挂钩码的重力 mg 之间的关系_(2)悬挂钩码的质量 m 保持不变，增加或减少槽内的砝码，测出每次对应的加
37、速度，为了能直观反映在合外力一定的情况下，加速度与质量的关系，应做下列哪一图象_(M 表示槽内砝码的总质量)A a M B a mC a D a1M 1M m(3)为了精确测量系统运动的加速度，甲同学固定光电门 B，移动光电门 A，然后释放凹槽，测出遮光条每次经过光电门 A 的时间 t1.乙同学固定光电门 A，移动电门 B 然后释放凹槽，测出遮光条每次经过电门 B 的时间 t2，两位同学根据图象求解系统的加速度甲同学做出的图象应为下图中的_，乙同学做出的图象应为下图中的_若甲同学所做图象的斜率的绝对值为 k，则系统的加速度 a_.解析 (1)由牛顿第二定律，对凹形槽(包括砝码)及钩码系统： m
38、g Ma，即 a mg1M故选 B.(2)若钩码的质量 m 不变，18则 mg( M m)a，解得 a mg ，1M m则为了能直观反映在合外力一定的情况下，加速度与质量的关系，应做 a 图象；故选 D.1M m(3)甲同学固定光电门 B，则经过光电门 B 的速度 vB一定；经过光电门 A 的速度 vA，则 v v 2 ax 即 x，则甲同学做出的图象应为下图中的 B；乙同学固定光dt1 2B 2A 1t21 v2Bd2 2ad2电门 A，则经过光电门 A 的速度 vA一定；经过光电门 B 的速度 vB ，则 v v 2 ax 即dt2 2B 2A x，则乙同学做出的图象应为下图中的 C；甲同
39、学所做图象的斜率的绝对值为1t2 v2Ad2 2ad2k，则 k，系统的加速度 a kd2.2ad2 12答案 (1)B (2)D (3)B (4)C (5)kd22高频考点五 力学实验创新备考策略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(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命题视角考向 1 试题情景的设计与创新例 1 (2018
40、湖北省武昌区高三五月调研考试)如图甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上涂有一段很薄的反光涂层当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号立即转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来19(1)若图乙中示波器显示屏上横向的时间轴上每小格对应的时间为 2.00103 s(即时间轴每大格表示 1.00102 s)，则圆盘的转动周期为_s、转速为_r/s.(结果均保留 3 位有效数字，下同)(2)若测得圆盘直径为 22.00 cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度(弧长)为_cm.解析 (1)从图乙显示圆盘转动一周在横轴上显示 22 格，由题
41、意知道，每格表示2.00103 s，所以圆盘转动的周期为 4.40102 s，则转速为 n1/ T22.7r/s；(2)反光中引起的电流图象在图乙中横坐标上每次一小格，说明反光涂层的长度占圆盘周长的1/22，故圆盘上反光涂层的长度为 3.14cm. d22 3.142222答案 (1)4.4010 2 (2)22.7 (3)3.14考向 2 实验器材的等效与替换例 2 某同学设计了如图所示的装置来探究牛顿第二定律，实验时将拉力传感器固定在水平放置的木板上，与细线相连，细线绕过定滑轮与水瓶相连，已知木板与桌面间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力(1)将质量为 m0的木板右端移至与标识线 MN 对齐，在
42、水瓶中加水直到木板刚要滑动时计下此时传感器的示数 F0，再加一定量的水，当拉力传感器示数为 F1时释放木板，记录木板右端运动到与 MN 间距为 L 的 PQ 处所用时间，为减小误差，多次测量取时间的平均值t，由此可知木板运动的加速度为_(2)保持水瓶中水的质量一定时，通过在木板上叠放重物来改变其质量，这种情况下_(选填“能”或“不能”)探究 m0和 a 的关系(3)在保持 m0一定的情况下，通过改变水瓶中水的质量来改变外力，与用钩码拉动小车相比较，其优点是_A可以改变滑动摩擦力的大小B可以比较准确地测出摩擦力的大小C可以获得更大的加速度以提高实验精确度解析 (1)由题意知木板运动时 L at2
43、，整理可得加速度为 a .12 2Lt2(2)在保持水瓶中水的质量一定的情况下，拉力一定，但由于木板整体的质量不同，对20应的摩擦力也不相同，因此不能探究 m0和 a 的关系(3)不可以改变滑动摩擦力的大小，A 错误；缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较准确地测出滑动摩擦力的大小，B 正确；并没有获得更大的加速度，以提高实验精确度，C 错误答案 (1) (2)不能 (3)B2Lt2考向 3 实验数据的拓展与应用例 3 (2018最新高考信息卷)实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数 ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量为 20g 的钩码若干，打点计时
44、器，电源，纸带，细线等实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的纸带测量木块的加速度(1)正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置 0 到位置 3、位置 6 间的距离，如图乙所示已知打点周期 T0.02s，则木块的加速度 a_m/s 2.(2)将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量 m，测得相应的加速度 a，作出 a m 图象如图丙所示已知当地重力加速度 g9.8 m/s2，则木块与木板间动摩擦因数 _.(保留两位有效数字)(3)实验中_(选填“需要”或“不需要”)满足悬
45、挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量21解析 (1)木块的加速度 a 3.33m/s 2；(2)设x36 x039T2 8.02 3.50 3.5010 290.022木块的质量为 M，根据牛顿第二定律有， mg f( M0.02) a，又 f (M0.02 m)g，可解得加速度 a m g ，由丙图可知，当 m0 时， a g 3.4 m/s2，则木块与1 gM 0.02木板间动摩擦因数 0.34；(3)实验中没有采用细线拉力等于重力，所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量答案 (1)3.33 (2)0.34 (3)不需要考向 4 实验结论的拓展与延伸1由测定加速度延伸为测
46、定动摩擦因数通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数2由测定加速度延伸为测定交流电的频率例 4 (2016高考全国卷)某同学用如图(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
