资源简介

　力学实验
命题区间 高考题型 近年考频
力学实验 “纸带”“光电门”类实验 2024年江西卷T11　　　　2023年全国甲卷T23 2022年广东卷T11 2021年湖南卷T11
“橡皮条、弹簧”“碰撞”类实验 2024年新课标卷T22　2024年湖北卷T12　2023年湖南卷T11 2022年湖南卷T11 2021年广东卷T11
力学创新实验 2024年湖南卷T12　 2024年山东卷T13　 2023年辽宁卷T11 2023年湖北卷T11 2022年山东卷T13 2021年山东卷T13
命题分析 素养落实
本部分属于高考必考内容，每个实验都有可能考查，但纸带类问题为命题的重点。由于实验考查“来源于教材，而又不拘泥于教材”的特点，所以在复习中一定要把握实验的灵魂——原理，只有在原理性内容掌握之后，才能进行数据的处理和误差分析。 1．基本实验仪器的使用与读数 2．基础实验的实验原理和实验方法的理解与掌握 3．探究实验的实验方案、实验器材及数据处理的理解与掌握
“纸带”“光电门”类实验
1．打点计时器系列实验
力学实验中用到打点计时器的实验有测量做直线运动物体的瞬时速度、验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律。
2．纸带数据的处理方法
　(2023·全国甲卷T23)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连，右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连，钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。
(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s，以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移所用时间和平均速度分别为Δt和。表中ΔxAD＝________ cm，＝________ cm/s。
位移区间 AB AC AD AE AF
Δx/cm 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
/(cm·s-1) 66.0 73.0 87.3 94.6
(2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图(c)所示。在图(c)中补全实验点。
(3)从实验结果可知，小车运动的 Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝________ cm/s2，b＝________ cm/s。(结果均保留3位有效数字)
(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________。(结果用字母k、b表示)
命题立意：本题考查利用纸带求速度及图像法求加速度的数据处理问题
第一步：由 ＝ 求速度
第二步：作出 随时间Δt变化的图像，求斜率和截距
第三步：由 ＝vA＋aΔt结合 Δt图像的斜率和截距求打出A点时小车的速度大小和小车的加速度大小
规范解答：(1)根据题中纸带的数据可得
ΔxAD＝ΔxAB＋ΔxBC＋ΔxCD＝6.60 cm＋8.00 cm＋9.40 cm＝24.00 cm
AD段的平均速度为
＝＝80.0 cm/s。
(2)根据第(1)小题结果补全实验点，如图所示。
(3)从实验结果可知，小车运动的 Δt图线可视为一条直线，如图所示。
把此直线用方程 ＝kΔt＋b表示，由图像可知其中k＝ cm/s2＝70.0 cm/s2，b＝59.0 cm/s。
(4)由题知小车做匀加速直线运动，由位移公式x＝v0t＋at2整理得
＝v0＋at
即 ＝vA＋aΔt
故根据图像斜率和截距可得
vA＝b，a＝2k。
[答案]　(1)24.00　80.0　(2)见解析图
(3)70.0　59.0　(4)b　2k
难点：图像法处理数据的能力
易错：不能正确理解打出A点时小车的速度大小和小车的加速度大小与 Δt图像的斜率和截距的关系而造成错误
“橡皮条、弹簧”“碰撞”类实验
1．弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1 N，则要估读，即小数点后有两位小数；如分度值为0.2 N，则小数点后只能有一位小数。
2．在“验证力的平行四边形定则”实验中，先用两个弹簧测力计互成角度地拉伸橡皮条，后用一个弹簧测力计拉伸橡皮条，并且结点位置O必须保持不变，记下每次各力的大小和方向。画力的图示时应选择适当的标度，但利用平行四边形定则求得的合力与用一个弹簧测力计测得的合力一般不完全重合，只要在误差允许的范围内即可。
3．验证动量守恒定律的常用方案
实验方案 实验装置
利用气垫导轨完成一维碰撞实验 滑块速度v＝
用两摆球碰撞验证动量守恒定律 摆球速度v＝
利用光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律 小车速度v＝
利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 速度与平抛运动的水平位移成正比
　(2022·湖南卷T11)小圆同学用橡皮筋、 同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：
(a)
(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05 g；
(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如表：
序号 1 2 3 4 5
硬币数量n/枚 5 10 15 20 25
长度l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56
(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线：
(b)　　　　　　　　　　　(c)
(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm；
(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留3位有效数字)。
命题立意：利用橡皮筋测量冰墩墩玩具的质量
第一步：绘制橡皮筋的长度l与硬币数量n的图线
第二步：根据nmg＝k(l－l0)结合图像求冰墩墩玩具的质量
规范解答：(3)根据表格标点连线如图所示。
(4)由题图(c)可知刻度尺的分度值为1 mm，故读数l′＝15.35 cm。
(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为l0，由胡克定律可得nmg＝k(l－l0)，即l＝ n＋l0。l n图像斜率＝×10-2 m，解得k＝20.0 N/m，代入数据得l0＝9.00 cm。挂上冰墩墩玩具有Mg＝k(l′－l0)，解得M＝127 g。
[答案]　(3)见解析图　(4)15.35　(5)127
难点：准确绘制橡皮筋的长度l与硬币数量n的图线并求出橡皮筋原长和劲度系数
易错：作图不规范导致结果错误
力学创新实验
创新设计实验通常可分为两类：
第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；
第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。
第一类必须重视实验数据，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型、确定实验原理、选择仪器、设计实验步骤、记录实验数据并进行数据处理。
　(2024·湖南卷T12)在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量。如图，某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案，主要实验仪器包括：气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时器和待测物体，主要步骤如下：
(1)调平气垫导轨，将弹簧左端连接气垫导轨左端，右端连接滑块；
(2)将滑块拉至离平衡位置20 cm处由静止释放，滑块第1次经过平衡位置处开始计时，第21次经过平衡位置时停止计时，由此测得弹簧振子的振动周期T；
(3)将质量为m的砝码固定在滑块上，重复步骤(2)；
(4)依次增加砝码质量m，测出对应的周期T，实验数据如表所示，在图中绘制T2 m关系图线；
m/kg T/s T2/s2
0.000 0.632 0.399
0.050 0.775 0.601
0.100 0.893 0.797
0.150 1.001 1.002
0.200 1.105 1.221
0.250 1.175 1.381
(5)由T2 m图像可知，弹簧振子振动周期的平方与砝码质量的关系是________(选填“线性的”或“非线性的”)；
(6)取下砝码后，将待测物体固定在滑块上，测量周期并得到T2＝0.880 s2，则待测物体质量是________kg(保留3位有效数字)；
(7)若换一个质量较小的滑块重做上述实验，所得T2 m图线与原图线相比将沿纵轴__________(选填“正方向”“负方向”或“不”)移动。
命题立意：利用弹簧振子测量物体质量
第一步：根据表格数据在坐标纸上描点连线，确定弹簧振子振动周期的平方与砝码质量为线性的关系
第二步：在图线上找到T2＝0.880 s2对应的点，对应横坐标为待测物体质量
第三步：由弹簧振子周期公式及T2 m图像意义分析
规范解答：(4)根据表格中的数据描点连线，如图所示。
(5)图线是一条倾斜的直线，说明弹簧振子振动周期的平方与砝码质量为线性的关系。
(6)在图线上找到T2＝0.880 s2的点，对应横坐标为0.120 kg。
(7)已知弹簧振子的周期表达式为T＝2π
M是滑块与砝码的总质量，k是弹簧的劲度系数，M变小，则T变小，相较原来放相同质量砝码而言，周期变小，图线下移，即沿纵轴负方向移动。
答案：(4)见解析图　(5)线性的　(6)0.120　(7)负方向
难点：理解T2 m图像的含义及弹簧振子周期公式
易错：作图不规范导致错误
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