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、E、F、
3、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 aF 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)，在小车上加一个砝码
4、，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，s 19.50 cm、s 211.00 cm、s 312.55 cm、s 414.00 cm、s 515.50 cm、s 617.05 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
5、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 FMa 0 ；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)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 甲所示装置测小滑块与桌面
6、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间的动摩擦因数的大小为_
7、。(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：svt，h gt2，解得 vs 。设弹簧被压缩时的弹12 g2h性势能为 Ep，由能量守恒得 Epmgx mv2，而 Ep kx2，联立解得 。12 12 kx2mg s24hx(2)由(1)易得 Epmgx ，对照题给 s2 图像，变形得 s2 4hx。mgs24h 1m 4hE
8、pg 1m由 s2 图像可知，图线斜率 ，图线在纵轴上的截距 b4hx，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，指针的指示值记为 L2，同理可得 L3、L 4和 L5。
9、(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(L3L 0)3mg，k(L 4L 1)3mg，k(L 5L 2)3mg，联立三个式子可得 k 。(3)由于弹簧弹力正比于形变量，而且是在9mg(L3 L4 L5) (L0 L
10、1 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 后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为 50 Hz，长木板下垫
11、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 mAvm Bv_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 10.10 mm。(2)小车碰撞前做匀速直线运动，则图丙的计数点
12、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(m Am B)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 点距离分别为 d1、d 2、d 3，每相邻两计数点的计时间隔为 T，当地重力加速度为
13、 g。(以下所求物理量均用已知符号表达)图 6(1)在打点 AF 的过程中，系统动能的增加量 E k_，系统重力势能的减少量 E p_，比较 E k、E p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 E k (m1m 2)v d3 d12T 12 2F；系统重力势能的减少量 E p(m 2m 1)gd2。(m1 m2)(d3 d1)28T2(2)根据 (m1m 2)v2(m 2m 1)gd，可得 v2 gd，所以若斜率 k g，即12 12 m2
14、 m1m1 m2 m2 m1m1 m26可验证机械能守恒定律。答案 (1) (m 2m 1)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
15、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，x 24.52 cm，x 58.42 cm，x 69.70 cm，则木块加速度大小 a_m/s 2，(保留两位有效数字)图 8(2)根据
16、表中数据，在图 9 中作出 an 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 xaT 2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(8n)mMg(8mM)a，a g，(1 )nmg8m M由图像得 n0 时，ga3 m/s2，0.30(0.28 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
17、.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 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
18、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 FG 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 FG 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 v2v 2as 可得，0v 22g(sh)，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)
