专题十四实验与探究 高考物理 课标 专用 考点二力学实验1 2018课标 22 6分 甲 乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间 实验步骤如下 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刻度处 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g 9 80m s2 L 30 0cm L1 10 4cm 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 五年高考 A组统一命题 课标卷题组 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尺子 解析本题考查自由落体运动的应用 2 3 木尺做自由落体运动 由位移公式可得L L1 gt2 解得t s 0 20s 2 2018课标 22 5分 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 950cm 当托盘内放有质量为0 100kg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 80m s2 此弹簧的劲度系数为N m 保留3位有效数字 答案3 77553 7 解析本题考查游标卡尺的读数方法和胡克定律 此标尺为二十分度的标尺 精确度为0 05mm 读数 整毫米数 主尺 n 精确度 所以读数为37mm 15 0 05mm 37 75mm 3 775cm 当托盘中放入砝码稳定时 弹簧的伸长量 x 3 775cm 1 950cm 1 825cm 由平衡条件得F mg 由胡克定律得F k x 联立得k 53 7N m 3 2018课标 23 9分 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 图 a 图 b 图 c 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f m图线 3 f与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 f m图线 直线 的斜率的表达式为k 4 取g 9 80m s2 由绘出的f m图线求得 保留2位有效数字 答案 1 2 75 2 如图所示 3 M m g g 4 0 40 解析本题考查物体的平衡 滑动摩擦力的计算及分析图像的能力 1 由图可知弹簧秤的读数为2 75N 2 画图线时应使尽可能多的点落在线上 不在线上的点应均匀分布在线的两侧 3 以木块和砝码为研究对象 整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力 f M m g 整理得f mg Mg 故f m图线的斜率k g 4 由图知k 3 9N kg 故 0 40 4 2017课标 22 6分 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1mm 的纸贴在水平桌面上 如图 a 所示 将橡皮筋的一端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F1 4 2N和F2 5 6N 用5mm长度的线段表示1N的力 以O为作用点 在图 a 中画出力F1 F2的图示 然后按平行四边形定则画出它们的合力F合 图 a 图 b 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行四边形定则 答案 1 4 0 2 F1 F2和F合如图所示 4 00 05 解析 1 测力计读数时需要进行估读 此测力计分度值为0 2N 则F的大小为4 0N 2 作力的图示时 要选好标度 再根据F1 F2的方向及大小作出相应两力的图示 图见答案 分别以F1 F2为邻边作平行四边形并作出对角线 即得F合 表示F合的线段的长度为20 0mm 根据标度算出F合大小为4 0N 实际合力F的方向沿AO方向 对角线为F合方向 则两者夹角 的正切值tan 0 05 命题意图本题考查验证力的平行四边形定则实验 易错分析测力计读数时要注意估读 5 2017课标 22 6分 某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度 瞬时速度和加速度之间的关系 使用的器材有 斜面 滑块 长度不同的矩形挡光片 光电计时器 实验步骤如下 如图 a 将光电门固定在斜面下端附近 将一挡光片安装在滑块上 记下挡光片前端相对于斜面的位置 令滑块从斜面上方由静止开始下滑 当滑块上的挡光片经过光电门时 用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t 用 s表示挡光片沿运动方向的长度 如图 b 所示 表示滑块在挡光片遮住光线的 t时间内的平均速度大小 求出 将另一挡光片换到滑块上 使滑块上的挡光片前端与 中位置相同 令滑块由静止开始下滑 重复步骤 多次重复步骤 利用实验中得到的数据作出 t图 如图 c 所示 图 c 完成下列填空 1 用a表示滑块下滑的加速度大小 用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小 则与vA a和 t的关系式为 2 由图 c 可求得 vA cm s a cm s2 结果保留3位有效数字 答案 1 vA t 2 52 116 3 解析本题考查匀变速直线运动的基本规律 利用光电门测量平均速度的实验方法 考查学生的实验能力和数据处理能力 挡光片通过光电门的平均速度等于 t时间段的中间时刻的速度由v v0 at可知 vA a即 vA a t 由图像的截距可知vA 52 12cm s 52 1cm s其斜率k a 故滑块的加速度a 2k 16 3cm s2 审题指导在本实验中 每次换不同挡光片时 题给条件要求下滑前 挡光片前端相对于斜面的位置都相同 且滑块都由静止开始下滑 这表明每次下滑实验中挡光片开始遮光时滑块的瞬时速度都是相同的 都是vA 因此根据匀变速直线运动的规律 很容易可以写出 vA a 6 2017课标 22 5分 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小水滴 图 b 记录了桌面上连续的6个水滴的位置 已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴 图 a 图 b 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 加速度大小为m s2 结果均保留2位有效数字 答案 1 从右向左 2 0 190 037 解析本题考查研究匀变速直线运动 1 由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动 故相邻水滴间的距离逐渐减小 结合图 b 可知小车向左运动 2 由题意知 30s内滴下46滴水 共45个时间间隔 故相邻两滴水的时间间隔T s s 由匀变速直线运动中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得vA mm s 0 19m s 由逐差法得小车运动的加速度为a mm s2 0 037m s2 方法技巧 纸带 的处理处理 纸带 时 对于匀变速直线运动 求某点的瞬时速度需利用 求加速度时应利用 x aT2 当需要考虑减小偶然误差时 应采用逐差法求加速度 7 2016课标 23 10分 某物理课外小组利用图 a 中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系 图中 置于实验台上的长木板水平放置 其右端固定一轻滑轮 轻绳跨过滑轮 一端与放在木板上的小滑车相连 另一端可悬挂钩码 本实验中可用的钩码共有N 5个 每个质量均为0 010kg 实验步骤如下 图 a 1 将5个钩码全部放入小车中 在长木板左下方垫上适当厚度的小物块 使小车 和钩码 可以在木板上匀速下滑 2 将n 依次取n 1 2 3 4 5 个钩码挂在轻绳右端 其余N n个钩码仍留在小车内 用手按住小车并使轻绳与木板平行 释放小车 同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s 绘制s t图像 经数据处理后可得到相应的加速度a 3 对应于不同的n的a值见下表 n 2时的s t图像如图 b 所示 由图 b 求出此时小车的加速度 保留2位有效数字 将结果填入下表 4 利用表中的数据在图 c 中补齐数据点 并作出a n图像 从图像可以看出 当物体质量一定时 物体的加速度与其所受的合外力成正比 图 b 图 c 5 利用a n图像求得小车 空载 的质量为kg 保留2位有效数字 重力加速度取g 9 8m s 2 6 若以 保持木板水平 来代替步骤 1 下列说法正确的是 填入正确选项前的标号 A a n图线不再是直线B a n图线仍是直线 但该直线不过原点 C a n图线仍是直线 但该直线的斜率变大 答案 3 0 39 2分 在0 37 0 49范围内都给分 4 如图所示 3分 5 0 45 3分 在0 43 0 47范围内都给分 6 BC 2分 选对一个给1分 有选错的不给这2分 解析 3 由s at2得 a 在s t图像中找一点坐标 代入公式即可求出a 5 对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律 nmg M Nm a 则a a n图像的斜率k 从而可解出M 6 对于已平衡摩擦力的情况 对整体应用牛顿第二定律 nmg M Nm a 则a n 对于木板水平的情况 对整体应用牛顿第二定律 nmg M N n m g M Nm a 整理得 a n g 比较 可见 B C均正确 解题指导利用图像处理实验数据是实验中最常用的方法 解决本题的基本对策是写出图像对应的函数 困难便迎刃而解 易错点拨 3 5 中的计算结果一定要按照有效数字的位数要求填写 画a n图像时 所画直线要符合以下要求 让尽可能多的点落在直线上 不能落在直线上的点要均匀分布于直线的两侧 一定要利用直尺画线 8 2016课标 22 6分 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 实验装置如图 a 所示 轻弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一物块接触而不连接 纸带穿过打点计时器并与物块连接 向左推物块使弹簧压缩一段距离 由静止释放物块 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 图 a 1 实验中涉及下列操作步骤 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩 并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是 填入代表步骤的序号 2 图 b 中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果 打点计时器所用交流电的频率为50Hz 由M纸带所给的数据 可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m s 比较两纸带可知 填 M 或 L 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大 图 b 答案 1 2 1 29M 解析 1 实验步骤中 一定要注意接通打点计时器电源之后再松手释放物块 若次序搞反 可能造成物块已离开桌面但打点计时器还没有开始工作 2 从纸带上看 最后两个数据2 58cm 2 57cm相差不大 表示物块已经脱离弹簧 所以速度v 10 2m s 1 29m s 同理可计算出打下L纸带时物