題型1 力學基本儀器的使用與讀數
題型2 紙帶類實驗綜合
題型3 研究“平拋運動”類實驗
題型4 “彈簧”“橡皮條”實驗
題型5 力學其他實驗與創(chuàng)新實驗
【關鍵能力】掌握力學基礎實驗,熟悉新課標新增實驗. 通過填空、畫圖、問答等方式加以考查, 在備考中要立足教材基本實驗,弄透各種實驗儀器的使用方法、實驗步驟、數據處理、誤差分析等基本實驗理論和實驗
技能.在掌握基礎實驗上突出創(chuàng)新和變通, 新高考下實驗的考查更靈活,從研究對象、測量工具、實驗原理、實驗器材、處理實驗數據方法等方面改變常規(guī)實驗,創(chuàng)設新實驗情景,加強常規(guī)實驗的變式訓練.
0.010
1.打點計時器涉及的幾個實驗(1)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律；(2)探究加速度與力、質量的關系；(3)驗證機械能守恒定律；(4)驗證動量守恒定律.
(1)要根據實驗原理來判斷是否需要補償阻力，知道正確補償阻力的方法.
(2)要清楚槽碼(或沙桶)與小車質量之間的關系，并且要清楚在儀器創(chuàng)新或實驗原理創(chuàng)新的情形下，該條件是否需要調整.
(3)要知道實驗數據、圖像的處理方法和運用數學知識解題的技巧.
1.[2024·杭州模擬] 如圖甲所示是“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗裝置.
A.需將導軌遠離滑輪的一端適當墊高B.懸掛的槽碼質量應遠小于小車的質量C.小車運動結束后，先關閉打點計時器再取下紙帶
[解析] 在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律時，只要小車做勻變速運動即可，不需要補償阻力，即不需要將導軌遠離滑輪的一端適當墊高，也不需要懸掛的槽碼質量遠小于小車的質量，故A、B錯誤；實驗結束時，應先關電源，然后再取下紙帶，即小車運動結束后，先關閉打點計時器再取下紙帶，故C正確.
(1) 該實驗中，下列操作步驟必要的是___.
A.可以表示小車位移—時間圖像B.可以表示小車速度—時間圖像C.與時間軸夾角的正切為速度大小D.與時間軸夾角的正切為加速度大小
2.[2024·浙江1月選考] 如圖甲所示是“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置.
(1) 該實驗中同時研究三個物理量間關系是很困難的，因此我們采用的研究方法是___.
A.放大法B.控制變量法C.補償法
[解析] 研究多個變量之間的關系時，常常采用控制變量法，選項B正確.
(2) 該實驗過程中操作正確的是___.
A.補償阻力時小車未連接紙帶B.先接通打點計時器電源，后釋放小車C.調節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行
[解析] 該實驗中，補償阻力時，不能掛槽碼，但需要安裝紙帶，通過紙帶上打點情況來判斷是否已平衡了阻力，選項A錯誤；為了充分利用紙帶，得到較多的打點，應先接通打點計時器的電源，后釋放小車，選項B正確；為使小車受到的合力等于細繩的拉力，應調節(jié)滑輪高度，使細繩與傾斜導軌平行，選項C錯誤.
(3) 在小車質量________(選填“遠大于”或“遠小于”)槽碼質量時，可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力.上述做法引起的誤差為__________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”).為減小此誤差，下列可行的方案是___.A.用氣墊導軌代替普通導軌，滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條，用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器C.在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小
1.固定斜槽時，要保證斜槽的末端水平，保證小球做平拋運動的初速度水平.2.固定木板時，木板必須處在豎直平面內且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行，固定時要用鉛垂線檢查坐標紙的豎線是否豎直.3.為使小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放，可在斜槽上某一位置固定一個擋板.
4.要在斜槽上的適當高度處釋放小球，使它以適當的水平初速度拋出，從而使其軌跡由木板左上角到達右下角，減小測量誤差.5.坐標原點不是槽口的端點，而是小球出槽口時球心在木板上的投影點.6.計算小球水平拋出的初速度時，應選距拋出點稍遠一些的點為宜，以便測量和計算.
1.[2023·浙江6月選考] 在“探究平拋運動的特點”實驗中：
(1) 用圖甲裝置進行探究，下列說法正確的是___.
A.只能探究平拋運動水平分運動的特點B.需改變小錘擊打的力度，多次重復實驗C.能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點
[解析] 圖甲裝置只能用于研究平拋運動豎直方向的運動特點，A、C錯誤；探究初速度大小是否影響豎直方向的運動，所以需改變小錘擊打的力度，B正確.
(2) 用圖乙裝置進行實驗，下列說法正確的是___.
2.在“驗證動量守恒定律”實驗中，通過碰撞后做平拋運動測量速度的方法來進行實驗，實驗裝置如圖甲所示，實驗原理如圖乙所示.
(1) 實驗室有如圖所示的三個小球A、B、C，則進行實驗時入射小球應該選取___(填選項字母).
A. B. C.
[解析] 如果采用畫圓法確定小球的落點，應該
讓所畫的圓盡可能把大多數落點包進去，且圓的半徑最小，這樣所畫圓的圓心即為小球落點的平均位置，故選C.
(3) 關于本實驗，下列說法正確的是_____(填選項前的字母).
A.小球每次都必須從斜槽上的同一位置由靜止釋放B.必須測量出斜槽末端到水平地面的高度C.實驗中需要用到鉛垂線D.斜槽必須足夠光滑且末端保持水平
[解析] 為了讓小球每次平拋的速度相等，實驗中必須讓小球每次都從斜槽上的同一位置由靜止釋放，A正確；兩個小球下落時間相同，可以用位移表示初速度，故不需要求出時間，所以不需要測量高度，B錯誤；與重力方向一致的線叫鉛垂線，用鉛垂線保證桌腿與地面垂直，即桌面與地面水平，從而保證小球能做嚴格的平拋運動，C正確；小球每次從斜槽的同一位置滾下，不需要斜槽光滑，且為使小球做平拋運動，斜槽的末端需調成水平，D錯誤.
(5) 若兩球發(fā)生彈性碰撞，則下列式子成立的是___(填選項前的字母).
技法點撥本題最后一小問容易出錯.
2.在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗中：
(1) 本實驗采用的主要科學方法是___(填選項前的字母).
A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法
[解析] 合力與分力的作用效果相同，所以本實驗采用的主要科學方法是等效替代法，故A、C、D錯誤，B正確.
(2) 實驗桌上已有的器材如圖所示，為完成該實驗還需要的器材是___(填選項前的字母).
A.一根橡皮筋B.兩個鉤碼C.三角板一套D.天平
[解析] 除了實驗桌上已有的器材，在作力的圖示時，還需要一套三角板，故C正確，A、B、D錯誤.
(3) 老師拍攝同學們實驗操作時的照片如圖所示，則操作正確的是___(填選項字母).
A. B. C. D.
[解析] A圖中夾角和拉力較大，白紙的可利用部分較少，用作圖法求的合力誤差會比較大，故A錯誤；B圖中彈簧測力計與白紙不平行，故B錯誤；D圖中彈簧測力計和繩不在一條直線上，誤差較大，C中彈簧測力計與白紙平行，拉力和角度適中，故C正確，D錯誤.
(5) 實驗操作完成后作出__________(選填“力的示意圖”或“力的圖示”)來探究合力與分力的關系.
[解析] 探究求合力的方法實驗，是用作圖法尋找合力與分力的關系，要求力的大小和方向準確，所以需作出力的圖示.
1.力學創(chuàng)新實驗的特點(1)以基本的力學模型為載體，依托運動學規(guī)律和牛頓力學定律設計實驗.(2)將實驗的基本方法——控制變量法、處理數據的基本方法——圖像法、逐差法融入實驗的綜合分析之中.
2.創(chuàng)新實驗題的解法(1)根據題目敘述的物理情景，提取相應的力學模型，明確實驗的理論依據和實驗目的，設計實驗方案.(2)進行實驗，記錄數據，應用原理公式或圖像法處理實驗數據，結合物體實際受力情況和理論受力情況對結果進行誤差分析.
(1) 下列實驗中采用的實驗方法與本實驗相同的是___.
A.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律B.伽利略對自由落體的研究C.探究加速度與物體受力、物體質量的關系D.探究小車速度隨時間變化的規(guī)律
(2) 當傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，套有皮帶的塔輪邊緣處的________(選填“線速度”或“角速度”)大小相等.
[解析] 當傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上時，皮帶傳動，套有皮帶的塔輪邊緣處質點，相等時間內轉過的弧長相等，線速度大小相等.
[解析] 根據題意可知，兩個鋼球的向心力之
(5) 方案二：如圖丙所示裝置，裝置中豎直轉軸固定在電動機的轉軸上 (未畫出)，光滑的水平直桿固定在豎直轉軸上，能隨豎直轉軸一起轉動.水平直
具體步驟如下：①將彈簧豎直懸掛在固定支架上，彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤，在托盤內放入一個砝碼，如圖甲所示.
(4) 本實驗的誤差來源包括_____.
A.空氣阻力B.彈簧質量不為零C.光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置
[解析] 實驗時光電門應對齊彈簧振子振動過程中的平衡位置，這樣托盤通過平衡位置時遮光條擋光時間才最短，計時才最準確，若光電門的位置稍微偏離托盤的平衡位置，則計時準確度變低，造成測量彈簧振子振動周期出現(xiàn)偶然誤差，C正確；光電門是固定的，它對齊的是彈簧振子未振動
根據該同學的實驗，回答下列問題：
[解析] 為了防止兩球碰后出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，入射球的質量一定要大于被碰球的質量.
1.用刻度尺測量遮光條寬度,示數如圖所示,其讀數為　　 　　 　　cm.?
1.50(1.49~1.51均可)
[解析] 讀數時要注意分度值是1 mm,要估讀到分度值的下一位.
2.某班同學做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗:(1)打點計時器是一種　　　　　(選填“計時”或“測位移”)儀器,如圖甲是實驗室一種常用的打點計時器——電火花計時器,該打點計時器所用的電源是圖乙中的　　(選填“A”或“B”).?
[解析] 打點計時器是一種計時儀器,電火花計時器使用220 V交流電源,故選B.
(2)劉同學采用的是電磁打點計時器,實驗時他發(fā)現(xiàn)紙帶穿過打點計時器有如圖所示的兩種穿法,感到有點猶豫.你認為　　　　(選填“a”或“b”)的穿法效果更好.?
[解析] 在使用電磁打點計時器時,紙帶應放在復寫紙的下方,故b的效果更好.
(3)劉同學將實驗器材組裝后,如圖所示為釋放小車前瞬間的情景.在接通電源進行實驗之前,請你指出圖中的錯誤或不妥之處(寫出一處即可）: .
電源用的是干電池(或小車離打點計時器過遠)
[解析] 電源用的是干電池,打點計時器應使用交流電源;釋放小車前,小車應靠近打點計時器.
(4)如圖所示是劉同學在某次實驗中獲得的一條紙帶,在所打的點中,取A、B、C、D、E為計數點,相鄰兩個計數點之間還有四個點未標出,打點計時器每隔0.02 s打一個點.若已知s1=1.20 cm、s2=3.40 cm、s3=5.60 cm、s4=7.80 cm,則打下C點時小車的速度v=　　　　m/s(保留2位有效數字).?
(5)如圖所示為劉同學從兩次實驗中得到數據后畫出的小車運動的v-t圖像,則下列說法正確的是　　　　(填選項前的字母).?A.第一次實驗中處理紙帶時,舍掉了開頭一些密集的打點B.第二次實驗中處理紙帶時,舍掉了開頭一些密集的打點C.第一次的實驗誤差比第二次的大D.第一次的實驗誤差比第二次的小
[解析] 第一次的圖像過坐標原點,說明t=0時速度為0,分析紙帶時沒有舍掉開頭一些密集的點跡,第二次的圖像不過坐標原點,說明t=0時速度不為0,分析紙帶時舍掉了開頭一些密集的點跡,故A錯誤,B正確;第一次的圖中的一些點偏離了直線,第二次的圖中的點幾乎都在一條直線上,故第一次的實驗誤差比第二次的大,故C正確,D錯誤.
3. “探究向心力大小F與物體的質量m、角速度ω和軌道半徑r的關系”實驗中:(1)下列實驗與本實驗所采用的實驗探究方法相同的有　　　　.?A.探究平拋運動的特點B.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系C.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律D.探究加速度與物體受力、物體質量的關系
[解析] 在本實驗中,利用控制變量法來探究向心力的大小與質量、角速度、半徑之間的關系.探究平拋運動的特點,例如兩球同時落地,兩球在豎直方向上的運動效果相同,應用了等效思想,故A錯誤;當一個物理量與多個物理量相關時,應采用控制變量法,探究該物理量與某一個量的關系,在探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系的實驗中,保持原線圈輸入的電壓U1一定,探究副線圈輸出的電壓U2與匝數n1、n2的關系,故B正確;探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律,即兩個分力與合力的作用效果相同,采用的是等效替代的思想,故C錯誤;探究加速度與物體受力、物體質量的關系是通過控制變量法研究的,故D正確.
(2)某同學用向心力演示器進行實驗,實驗情景如甲、乙、丙所示.
①三個情景中,圖　　　　(選填“甲”“乙”或“丙”)是探究向心力大小F與質量m關系.?
[解析] 根據F=mrω2可知,要探究向心力大小F與質量m關系,需控制小球的角速度和半徑不變,由圖可知,兩側采用皮帶傳動,所以兩側具有相等的線速度,根據皮帶傳動的特點可知,應該選擇兩個塔輪的半徑相等,而且運動半徑也相同,選取不同質量的小球,故圖丙正確.
②在甲情景中,若兩鋼球所受向心力的比值為1∶9,則實驗中選取兩個變速塔輪的半徑之比為　　　　.?
[解析] 兩個球的質量相等,半徑相同,根據牛頓第二定律有F=mω2R,F'=mω'2R,已知F∶F'=1∶9,所以ω∶ω'=1∶3,兩個塔輪邊緣的線速度相等,v=v',由v=ωr=ω'r',知兩個變速塔輪的半徑之比為r∶r'=3∶1.
(3)某物理興趣小組利用傳感器進行探究,實驗裝置原理如圖丁所示.裝置中水平光滑直槽能隨豎直轉軸一起轉動,將滑塊套在水平直槽上,用細線將滑塊與固定的力傳感器連接.當滑塊隨水平光滑直槽一起勻速轉動時,細線的拉力提供滑塊做圓周運動需要的向心力.拉力的大小可以通過力傳感器測得,滑塊轉動的角速度可以通過角速度傳感器測得.小組同學先讓一個滑塊做半徑r為0.14 m的圓周運動,得到圖戊中①圖線.
然后保持滑塊質量不變,再將運動的半徑r分別調整為0.12 m、0.10 m、0.08 m、0.06 m,在同一坐標系中又分別得到圖戊中②、③、④、⑤四條圖線.對①圖線的數據進行處理,獲得了F-x圖像,如圖己所示,該圖像是一條過原點的直線,則圖像橫坐標x代表的是　　 　　.對5條F-ω圖線進行比較分析,得出ω一定時,F∝r的結論.請你簡要說明得到結論的方法:　　　　　　　　.?
ω2(或mω2、rω2、mrω2)

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