2018年全國(guó)卷高考物理總復(fù)習(xí)《力學(xué)實(shí)驗(yàn)》專題突破

2018年全國(guó)卷高考物理總復(fù)習(xí)《力學(xué)實(shí)驗(yàn)》專題突破考點(diǎn)定位】力學(xué)實(shí)驗(yàn)共涉及幾個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)操作，主要分布在必修一和必修二。依次為研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、驗(yàn)證牛頓第二定律、探究動(dòng)能定理和驗(yàn)證機(jī)械能守恒，這些實(shí)驗(yàn)的方案有共性，但數(shù)據(jù)處理又不盡相同?？键c(diǎn)一、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)1、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4?6v學(xué)生交流電源和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220v的交流電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理是每個(gè)相同的時(shí)間段打下一個(gè)點(diǎn)，所以紙袋上面相鄰點(diǎn)跡間隔都相等，若交流電頻率為50hz,則相鄰點(diǎn)跡間隔均為50秒即0.02秒。②使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，先接通電源，帶打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶，也就是先接通電源再釋放紙帶。若打出的點(diǎn)跡為短線或不清晰應(yīng)調(diào)整振針和復(fù)寫紙的距離。③分析紙帶時(shí)應(yīng)該選取間隔較大的部分進(jìn)行分析，這樣可以減小誤差。2、數(shù)據(jù)處理：①瞬時(shí)速度根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于平均速度即—sV二v二-；我們?cè)谟?jì)算各個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí)可以以這個(gè)點(diǎn)為中間時(shí)刻，取相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間tt2的距離為路程s，時(shí)間則為2個(gè)打點(diǎn)間隔0.04S。如果每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)或者每5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則一個(gè)打點(diǎn)間隔變?yōu)镺.02x5=0」s。②如果分析的結(jié)果是相鄰點(diǎn)跡的速度變化量都相等即v-v二v-v二v-v二v-v，21324354則說(shuō)明運(yùn)動(dòng)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。也可以用橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度做v-t圖像，若為傾斜的直線則為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。。若沒(méi)有圖像則根據(jù)得到3、加速度的計(jì)算：根據(jù)v-1圖像，可得斜率即加速度即a二孚。若沒(méi)有圖像則根據(jù)得到At的紙帶處理如下：的紙帶處理如下：根據(jù)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)的位移之差都相等即As二at2，可得s-s=s-s=s-s=s-s=s-s=at2，若分別求加速度最后再求平均值則會(huì)出2132435465a+a+a+a+as一s+s一s+s一s+s一s+s一ss一s現(xiàn)a二2345二132435465—-6十；最終仍TOC\o"1-5"\h\z55t25t2然只用了2組數(shù)據(jù)，誤差較大。所以選擇使用s-s—s-s—s-s—3at2,最終求得的415263\o"CurrentDocument",宀s一s+s一s+s一s加速度a—-635241。9t2考點(diǎn)二、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系1、實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)：如下圖所示，首先測(cè)出彈簧下端沒(méi)有掛鉤碼時(shí)自然伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度即原長(zhǎng)記做l，依次增加所掛鉤碼數(shù)量，依次記錄鉤碼數(shù)量和彈簧的長(zhǎng)度llll01234尺尺2、數(shù)據(jù)處理：以彈力大小即鉤碼重力為縱軸，以彈簧長(zhǎng)度為橫軸，做圖像，則圖像與縱軸的焦點(diǎn)即原長(zhǎng)，斜率即彈簧的勁度系數(shù)。也可以用彈力做縱軸，以彈簧伸長(zhǎng)量為橫軸，彈簧伸長(zhǎng)量即彈簧長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)l；此時(shí)描點(diǎn)作圖理論上應(yīng)該過(guò)原點(diǎn)，若不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，原因是0彈簧自身重力導(dǎo)致測(cè)量的原長(zhǎng)不準(zhǔn)確。3、注意事項(xiàng)：申不要超過(guò)彈簧的彈性限度@測(cè)量長(zhǎng)度一定要處于平衡狀態(tài)考點(diǎn)三、驗(yàn)證力的平行四邊形1、實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是等效替代法，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別使得橡皮筋產(chǎn)生相同的效果，那么一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力就是原來(lái)2個(gè)力的合力。2、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：①記錄力的方向時(shí)一定要記下細(xì)繩套的兩個(gè)點(diǎn)，然后連線即為拉力的方向，為減小誤差，細(xì)繩可以適當(dāng)長(zhǎng)些，力的大小根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)嚴(yán)格按照相同比例轉(zhuǎn)化為線段長(zhǎng)度來(lái)表示。②同一實(shí)驗(yàn)中，兩次橡皮繩拉到節(jié)點(diǎn)位置O必須保證相同。③為便于作圖，兩個(gè)力的夾角不宜過(guò)大也不易過(guò)小。④平行四邊形的對(duì)角線一定是按照平行四邊形定則求出的合力，而稍有偏差的才是真正的合力即一個(gè)測(cè)力計(jì)的拉力，由于實(shí)驗(yàn)誤差二者會(huì)稍有偏差?？键c(diǎn)四、驗(yàn)證牛頓第二定律1、研究方法為控制變量法，即先控制質(zhì)量不變，驗(yàn)證axF，再控制合力F不變，探究1ax—m2、實(shí)驗(yàn)開始前，首先要平衡摩擦力的影響，木板左端適當(dāng)墊高，不掛砝碼時(shí)輕推小車能夠自由滑動(dòng)為宜。若沒(méi)有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不夠，會(huì)導(dǎo)致做出的a-F不過(guò)原點(diǎn)且與橫軸力F有交點(diǎn)，如果摩擦力平衡過(guò)頭，則會(huì)導(dǎo)致做出的a-F不過(guò)原點(diǎn)且與縱軸加速度a有交點(diǎn)。3、本實(shí)驗(yàn)以鉤碼重力作為小車受到的合力，其實(shí)這個(gè)鉤碼重力是小車和鉤碼共同的合力，這樣分析過(guò)程會(huì)出現(xiàn)a==，加速度會(huì)隨鉤碼重力的增大而增大，而事實(shí)上，MMFmgma===g<g；如果鉤碼重力一直增加，我們繪出的a-F圖像斜率逐MM+mM+m漸變?yōu)?最終加速度無(wú)限趨近于重力加速度g；為保證實(shí)驗(yàn)的成功，減小這一誤差，我們要求鉤碼質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量即m<<M?？键c(diǎn)五、探究動(dòng)能定理1、實(shí)驗(yàn)方案中，對(duì)功的大小并沒(méi)有直接測(cè)量，而是根據(jù)一個(gè)橡皮筋伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度做功和多條同樣的橡皮筋伸長(zhǎng)同樣長(zhǎng)度做功的比例關(guān)系來(lái)確定的即w,2w,3w2、測(cè)量速度時(shí)，應(yīng)該選取最后橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度，即選擇點(diǎn)跡均勻的s那一段來(lái)測(cè)量速度v二—。t3、一定要平衡摩擦力，保證只有橡皮筋對(duì)小車做功即為合力做功。4、根據(jù)動(dòng)能定理w二2mv2，則有w*v2,所以描點(diǎn)作圖一定以w為縱軸以V2為橫軸，若斜率恒定即圖像為傾斜的直線則動(dòng)能定理得以驗(yàn)證。其他非一次函數(shù)圖像則無(wú)法判斷無(wú)法驗(yàn)證動(dòng)能定理。［來(lái)源:學(xué)|科|網(wǎng)］考點(diǎn)六、驗(yàn)證機(jī)械能守恒1、實(shí)驗(yàn)原理是根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)只有重力做功，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，即mgh二2mv2，厶整理即可gh二2v2,所以實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量質(zhì)量。由于摩擦阻力的不可避免，實(shí)際減少的厶重力勢(shì)能總是略大于增加的動(dòng)能。2、紙袋選取的第一個(gè)點(diǎn)應(yīng)該是初速度為0的點(diǎn)，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)，釋放后前0.02秒下降高度約為2毫米，所以應(yīng)該選擇第一個(gè)間隔接近2毫米的紙帶。若不是從第一個(gè)點(diǎn)開始計(jì)算，則驗(yàn)證的公式轉(zhuǎn)化為mgAh二mv2-mv2,仍然不需要測(cè)質(zhì)量。只有速度的測(cè)量則參2221考勻變速直線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度的計(jì)算來(lái)求解。3、為減小阻力帶來(lái)的誤差，可以適當(dāng)增大重物質(zhì)量?！纠}演練】1.某實(shí)驗(yàn)小組利用如題圖甲所示的裝置探究功和動(dòng)能變化的關(guān)系，他們將寬度為d的擋光片固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光電門，記錄小車通過(guò)A、B時(shí)的遮光時(shí)間，小車中可以放置砝碼。

（1）實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：將木板略微傾斜以平衡摩擦力，使得細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)小車做的功。將小車停在C點(diǎn)，在砝碼盤中放上砝碼，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄此時(shí)小車、小車中砝碼和擋光片的質(zhì)量之和為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，小車通過(guò)A、B時(shí)的遮光時(shí)間分別為-、t則小車通過(guò)A、B過(guò)程中動(dòng)能的變化量應(yīng)=（用字母M、12t1、t2、d表示）。在小車中增減砝碼或在砝碼盤中增減砝碼，重復(fù)②的操作。用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d（2）下表是他們測(cè)得的多組數(shù)據(jù)，其中M是小車、小車中砝碼和擋光片的質(zhì)量之和，腎-?|是兩個(gè)速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量便，取繩上拉力F大小近似等于砝碼盤及盤中砝碼的總重力，W是F在A、B間所做的功。表格中便3=，W3=（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。次數(shù)M/kg”2有|/(m/S)AE/JF/NW/J11.0000.3800.1900.4000.20021.0000.8260.4130.8400.42031.0000.996應(yīng)31.010W342.0001.201.202.4201.2152.0001.421.422.8601.43（3）若在本實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡摩擦力，假設(shè)小車與水平長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。利用上面的實(shí)驗(yàn)器材完成如下操作：保證小車質(zhì)量不變，改變砝碼盤中砝碼的數(shù)量（取繩上拉力

近似為砝碼盤及盤中砝碼的總重力），測(cè)得多組m、［、、2的數(shù)據(jù)，并得到m與的關(guān)系圖像，如圖乙所示。已知圖像在縱軸上的截距為b直線PQ的斜率為k.A、B兩點(diǎn)的距離為s,擋光片的寬度為d則卩=（用字母b、d、s、k、g表示）?！敬鸢浮縟【答案】d）2M［（￡）2-（d）2］?'⑵。陰，o.5。5八2ibd22．用如圖所示裝置做《探究功與速度變化的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)（1）該實(shí)驗(yàn)釆用了的方法使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得以簡(jiǎn)化。（1）該實(shí)驗(yàn)釆用了的方法使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得以簡(jiǎn)化。極限法B.成倍增加C.理想化模型D.等效替代（2，實(shí)驗(yàn)時(shí)，以下說(shuō)法正確的是該實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力橡皮筋每次拉伸的長(zhǎng)度應(yīng)越來(lái)越長(zhǎng)先釋放小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源每次都應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)跡均勻的部分計(jì)算小車速度【答案】（1）B（2）D如圖為“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，三個(gè)細(xì)線套L、L、L一端共系于一個(gè)結(jié)點(diǎn),123另一端分別系于輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)A、B和重物M上,A掛于固定點(diǎn)P,手持B拉動(dòng)細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)靜止于O點(diǎn)。（1）某次實(shí)驗(yàn)中A的指針位置如圖所示，其讀數(shù)為N；（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)要讀出A、B的示數(shù)，還要再貼與豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置，和。（3）下列實(shí)驗(yàn)要求中必要的是彈簧測(cè)力計(jì)需要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行校零需要測(cè)量重物M的重力C?多次實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)B始終保持水平D?多次實(shí)驗(yàn)時(shí)結(jié)點(diǎn)必須在同一點(diǎn)【答案】⑴2.00N（2）*￡、七的方向⑶AB【2017?新課標(biāo)II卷】（6分）某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。實(shí)驗(yàn)步驟如下：如圖（a）,將光電門固定在斜面下端附近；將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間At；用As表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，如圖（b）所示，V表示滑塊在擋光片遮住光線的At時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出v；將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；多次重復(fù)步驟④；利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出V-At圖，如圖（c）所示。-匚52，-匚52，°<1Mfit完成下列填空：（1）用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小，則v與v、a和At的關(guān)系式為v=。A（2）由圖（c）可求得，v=cm/s,a=cm/s2。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）A【答案】（1）v=VA+2aNt（2）52.116.3（15.8?16.8）【2017?新課標(biāo)III卷】（6分）某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm）的紙貼在水平桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng)。（1）用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O,此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出。測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為N。（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次

將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為行=4.2N和F2=5.6No(i)用5mm長(zhǎng)度的線段表示1N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫出力F「F2的圖示,然后按平形四邊形定則畫出它們的合力Fj合(ii)F」勺大小為N,F厶與拉力F的夾角的正切值為o合合若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則?！敬鸢浮?1)4.0(2)(i)如圖(ii)4.00.05【2017?天津卷】如圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。①對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的oA.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正

精確測(cè)量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物詵夾幣：物接電源—D.用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撒手釋放重物詵夾幣：物接電源—二汁:;用限位孔諜架臺(tái)Z②某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長(zhǎng)，圖中有部分未畫出，如圖所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出，利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有。A.OA、AD和EG的長(zhǎng)度B.OC、BC和CD的長(zhǎng)度C.BD、CF和EG的長(zhǎng)度D.AC、BD和EG的長(zhǎng)度???箱.?????■?0<ABCDEFG【答案】①AB②BC【2017?北京卷】（18分）如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是（選填選項(xiàng)前的字母）。A.直流電源B.交流電源（2）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是（選填選項(xiàng)前的字母）。A.把長(zhǎng)木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量在不掛重物且（選填選項(xiàng)前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)（3）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測(cè)得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為X］、x2、x3……，如圖2所示?！?ip———巧——1.__-1^―ZT-pr—圖2實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，拉力對(duì)小車做的功W=，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=。（4）以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2-W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)。0.4tm0.3*■b*4*i4審F*0.4tm0.3*■b*4*i4審F*丨**屮屮屮**|HFHH]0.1hutil02斗6310圖3r/fni2■甲）5）假設(shè)已經(jīng)