1、1热点九 力学实验力学实验的关键是测量速度和加速度，利用打点计时器在与小车(物块)连接在一起的纸带上打出的点迹，可以得到位移、速度、加速度、时间等物理量，小小纸带连接高考重点考查的五个力学实验；研究匀变速直线运动，测定动摩擦因数，探究加速度与力、质量的关系，探究动能定理，验证机械能守恒定律，真可谓“小纸带、大内涵” 。考向一 游标卡尺与螺旋测微器的读取(2018 南阳第三次月考)用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图 1 甲所示，此示数为_mm，用 20 分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为_mm。图 1解析 螺旋测微器的固定刻度读数 6 mm，可动刻度读数为 0.1 m
2、m12.50.125 mm，所以最终读数为 6 mm 0.125 mm6.125 mm；游标卡尺的主尺读数为 6.3 cm，游标尺上第 12 个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为 0.05 mm120.60 mm0.060 cm，所以最终读数为 6.3 cm0.060 cm6.360 cm63.60 mm。答案 6.125 63.60考向二 以纸带为中心的实验“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图 2 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。2图 2(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、
3、E、 F、 G 这些点的间距如图中标出，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/s 2。(结果保留 3 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 a F 图线如图丙所示，此图线不能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
4、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1a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1a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，
5、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 as2 s32T，代入数值得 a1.50 m/s 2。(s4 s5 s6) (s1 s2 s3)9T2(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1b为 F Ma0 ；图丁中图线的函数关系式满足 km b，根据牛顿第二定律得 F( m M)Mb 1aa，可解得 M ， F 。bk 1k答案 (1)1.18 1.50 (2)未计入砝码盘的重力(3) 1k bk考向三 力学创新实验某同学用如图 3
6、甲所示装置测小滑块与桌面间的动摩擦因数。实验过程如下：一轻质弹簧放置在粗糙水平固定桌面 MN 上，弹簧左端固定，弹簧处于原长时，右端恰好在3桌面边缘处，现用一个小滑块压缩弹簧并用销扣锁住。已知当地的重力加速度为 g，弹簧的劲度系数为 k。图 3(1)实验中涉及下列操作步骤：用天平测量出小滑块的质量 m，查出劲度系数为 k 的弹簧的形变量为 x 时的弹性势能的大小为 Ep kx2。12测量桌面到地面的高度 h 和小滑块抛出点到落地点的水平距离 s。测量弹簧压缩量 x 后解开锁扣。计算小滑块与水平桌面间的动摩擦因数。.上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号)。.上述实验测得小滑块与水平桌面
7、间的动摩擦因数的大小为_。(2)再通过更换材料完全相同、但大小和质量不同的滑块重复操作，得出一系列滑块质量 m 与它抛出点到落地点的水平距离 s。根据这些数值，作出 s2 图像，如图乙所示，由1m图像可知，滑块与水平桌面之间的动摩擦因数 _；每次弹簧被压缩时具有的弹性势能大小是_。(用 b， a， x， h， g 表示)解析 (1)由平抛运动规律： s vt， h gt2，解得 v s 。设弹簧被压缩时的弹12 g2h性势能为 Ep，由能量守恒得 Ep mgx mv2，而 Ep kx2，联立解得 。12 12 kx2mg s24hx(2)由(1)易得 Ep mgx ，对照题给 s2 图像，变形
8、得 s2 4 hx 。mgs24h 1m 4hEpg 1m由 s2 图像可知，图线斜率 ，图线在纵轴上的截距 b4 hx ，联立解得滑块与水1m ba 4hEpg平桌面之间的动摩擦因数 ；弹性势能大小为 Ep 。b4hx bg4ha答案 (1). . (2) kx2mg s24hx b4hx bg4ha1某同学想探究弹力和弹簧伸长的关系并测定弹簧的劲度系数 k，实验主要步骤如下：4将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上。弹簧自然下垂时，指针的指示值记为 L0；弹簧下端挂一个钩码时，指针的指示值记为 L1；弹簧下端挂两个钩码时，指针
9、的指示值记为 L2，同理可得 L3、 L4和 L5。(已知每个钩码的质量均为 m，重力加速度为 g)(1)某时刻指针指在刻度尺上的位置如图 4 甲所示，放大如图乙所示，则读数为_m。图 4(2)为充分利用测量数据，该同学用逐差法求得该弹簧劲度系数的表达式k_。(用题中给出的物理量符号表示)(3)考虑到弹簧自身重力的影响， k 测 _k 真 。(选填“” 、 “”或“”)解析 本题考查探究弹力和弹簧伸长的关系实验，需要考生能够利用逐差法求解弹簧劲度系数。(2)根据题意可得 k(L3 L0)3 mg， k(L4 L1)3 mg， k(L5 L2)3 mg，联立三个式子可得 k 。(3)由于弹簧弹力
10、正比于形变量，而且是在9mg(L3 L4 L5) (L0 L1 L2)弹簧自然下垂时记录的指针指示值 L0，已经考虑了弹簧自身重力的影响，故对弹簧劲度系数的测量没有造成误差，即 k 测 k 真 。答案 (1)0.278 6 (2) (3)9mg(L3 L4 L5) (L0 L1 L2)2(1)用 20 分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图甲所示，则钢球直径为_mm。(2)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中的不变量的实验：在小车 A 的前端粘有橡皮泥，推动小车 A 使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图乙所示。在小车 A
11、后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。若已得到打点纸带如图丙所示，并将测得的各计数点之间距离标在图上， A 点是运动起始的第一点，则应选_段来计算 A 的碰前速度，应选_段来计算 A 和 B 碰后的共同速度。(以上两格均填“ AB”“BC”“CD”或“ DE”)5图 5已测得小车 A 的质量 m10.40 kg，小车 B 的质量 m20.20 kg，由以上测量结果可得：碰后 mAv mBv_kgm/s(保留三位有效数字)解析 (1)游标卡尺的读数分为主尺加游标尺读数，主尺读数为 10 mm，游标尺读数为20.05 mm0.10 mm，即钢球直径为
12、10.10 mm。(2)小车碰撞前做匀速直线运动，则图丙的计数点之间应是等距离的，所以应该在 BC段确定小车 A 的碰前速度；碰撞后小车 A、 B 共同做匀速直线运动，所以应该在 DE 阶段求共同速度。碰后的总动量 p( mA mB)v0.6 kgm/s0.417 kgm/s。6.9510 20.1答案 (1)10.10 (2) BC DE 0.4173用如图 6 甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验时接通电源，质量为 m2的重物从高处由静止释放，质量为 m1的重物拖着纸带打出一系列的点，图乙是实验上打出的一条纸带， A 是打下的第 1 个点，量出计数点 E、 F、 G 到 A 点距离分别
13、为 d1、 d2、 d3，每相邻两计数点的计时间隔为 T，当地重力加速度为 g。(以下所求物理量均用已知符号表达)图 6(1)在打点 A F 的过程中，系统动能的增加量 Ek_，系统重力势能的减少量 Ep_，比较 Ek、 Ep大小即可验证机械能守恒定律。(2)某同学根据纸带算出各计数点速度，并作出 d 图像如图丙所示，若图线的斜率v22k_，即可验证机械能守恒定律。解析 (1) F 点的速度 vF ，系统动能的增加量 Ek (m1 m2)v d3 d12T 12 2F；系统重力势能的减少量 Ep( m2 m1)gd2。(m1 m2)(d3 d1)28T2(2)根据 (m1 m2)v2( m2
14、m1)gd，可得 v2 gd，所以若斜率 k g，即12 12 m2 m1m1 m2 m2 m1m1 m26可验证机械能守恒定律。答案 (1) ( m2 m1)gd2 (2) g(m1 m2)(d3 d1)28T2 m2 m1m1 m24某实验小组用如图 7 所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数 ，提供的器材有：带定滑轮的长木板、电火花打点计时器(打点频率为 50 Hz)、交流电源、木块、纸带、米尺、8 个质量均为 20 g 的钩码以及细线等，实验操作过程如下：图 7A长木板置于水平桌面上，带定滑轮的一端伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上并与电源连接，纸带穿过打点计时器并与木块相连，细线一
15、端与木块相连，另一端跨过定滑轮挂上钩码，其余钩码都叠放在木块上；B使木块靠近打点计时器，接通电源，释放木块，打点计时器在纸带上打下一系列点，记下悬挂钩码的个数 n：C将木块上的钩码逐个移到悬挂钩码端，更换纸带，重复实验操作 B；D测出每条纸带对应木块运动的加速度 a，实验数据如下表所示.n 4 5 6 7 8a(m/s2) 0.50 1.30 2.20 3.00 3.90(1)如图 8 是某同学打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6 为计数点，相邻两计数点间还有 4 个打点未画出。从纸带上测出 x13.20 cm， x24.52 cm， x58.42 cm， x69.70 cm，则
16、木块加速度大小 a_m/s 2，(保留两位有效数字)图 8(2)根据表中数据，在图 9 中作出 a n 图像；7图 9由图线得到 _(取 g10 m/s2)，还可求的物理量是_(只需填写物理量名称)。解析 (1)根据 x aT2有 a x5 x6 x1 x28T2m/s21.3 m/s 2。(8.42 9.70 4.52 3.20)10 280.12(2)根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出图像可知：对木块与钩码组成的系统，由牛顿第二定律得 nmg (8 n)m Mg(8 m M)a， a g ，(1 )nmg8m M由图像得 n0 时， g a3 m/s2， 0.30(0.28
17、0.32 均正确)。由图像斜率还可以求出木块的质量。答案 (1)1.3 (2)如图所示 0.30(0.280.32 都正确) 木块的质量5某实验小组利用弹簧测力计和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。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10 甲所示。在 A 端向右拉动木板，待弹簧测力计示数稳定后，将读数记作 F；8丙图 10改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤；实验数据如表所示。G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37
18、1.61如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端 C 处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物 P 连接，保持滑块静止，测量重物 P 离地面的高度 h；滑块由静止释放后开始运动，并最终停在木板上的 D 点(未与滑轮碰撞)，测量 C、 D间的距离 s。完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标纸(图丙)上作出 F G 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)滑块最大速度的大小 v_(用 h、 s、 和重力加速度 g 表示)。解析 (1)根据表中数据描点作出图像。(2)根据 F G 可知，图像的斜率表示滑块和木板间的动摩擦因数，由图可知动摩擦因数为 0.40。(3)滑块在木板上滑动的总距离为 s，由于重物 P 离地面的高度为 h，所以加速过程的距离也为 h，此后的过程中，滑块在滑动摩擦力的作用下做匀减速运动，直到静止。根据运动学公式 v2 v 2 as 可得，0 v22 g (s h)，解得 v 。20 2 g(s h)答案 (1)如图所示9(2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42 均正确)(3) 2 g(s h)
