2023届二轮复习 板块一　力学、热学实验 学案

这是一份2023届二轮复习 板块一　力学、热学实验 学案，共27页。学案主要包含了真题研磨，审题思维，失分警示，答题要素，多维演练，模型转化等内容，欢迎下载使用。

板块一　力学、热学实验

考向一探究类实验
【真题研磨】
【典例】(2022·浙江6月选考)(1)“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图甲所示,长木板水平放置,细绳与长木板平行。图乙是打出纸带的一部分,以计数
点O为位移测量起点和计时起点,则打计数点B时小车位移①大小为
__________cm。由图丙中小车运动的数据点,求得加速度②为__________m/s2(保
留两位有效数字)。 


(2)利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验③,需调整的是
__________。 
A.换成质量更小的车
B.调整长木板的倾斜程度
C.把钩码更换成砝码盘和砝码
D.改变连接小车的细绳与长木板的夹角
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
纸带位移表示小车位移
②
v-t图像中斜率表示加速度
③
探究加速度与力、质量关系实验中重物重力代替绳子拉力
【失分警示】
1.读数时:最小刻度是0.1 cm,要在下一位估读,最终结果显示小数点后两位。
2.有效数字:从左边第一个不为零的数起,往后全是有效数字。
3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,用悬挂重物的重力代替绳子拉力,需要先平衡摩擦力并保证小车质量远大于重物质量。
【答题要素】
1.探究类实验常见模型

2.探究类实验问题的注意事项

【多维演练】
1.维度:探究合外力与加速度的关系
一同学利用如图(a)所示的实验装置探究合外力与加速度的关系。长木板的一端放在水平桌面上,形成一倾角为α的斜面,长木板底端有一光电门,用游标卡尺测遮光片的宽度,遮光片安装在小车上,将小车从斜面上由静止释放,测量小车释放的高度h和记录遮光片通过光电门的遮光时间Δt。

(1)游标卡尺(20分度)测量遮光片宽度如图(b)所示,其宽度d=____________mm; 
(2)多次改变小车从斜面上由静止释放的高度,得到h和Δt的数据如表所示,根据表中数据可得h和Δt之间的关系为____________; 
项目
1
2
3
4
h/cm
10.00
20.00
30.00
40.00
Δt/s
0.0073
0.0052
0.0042
0.0036
A.Δt∝h　　　　　B.Δt∝h
C.Δt∝1h D.Δt∝1h
(3)该同学通过增加小车的质量重复实验,测量发现小车的加速度不变,由此得出结论:物体加速度的大小跟它的质量无关,而不是成反比。请你判断该同学所得结论是否正确,并简要说明理由:___________________________________________
___________________________________________________________________。 
2.维度:探究做功与动能变化的关系
某同学用如图甲所示的实验装置来探究绳子拉力做功与小车动能变化的关系。在水平桌面上放有一端装有定滑轮的气垫导轨,气垫导轨上固定有甲、乙两个光电门,用来测量遮光片通过光电门时的遮光时间,滑块经绕过定滑轮的轻质细绳与装有砂的砂桶连接。

(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度。
①测量时需要用图乙中的____________(选填“A”或“B”)测量爪; 
②测量结果如图丙所示,则遮光片的宽度为__________mm。 

(2)气垫导轨没有定滑轮的一端____________(选填“需要”或“不需要”)垫高来平衡摩擦力。 
(3)实验中将砂和砂桶的重力当作细绳的拉力,经多次实验发现拉力做功总是____________(选填“大于”“等于”或“小于”)小车动能的增量。 
考向二验证类实验
【真题研磨】
【典例】(2022·湖北选择考)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器,另一端连接小钢球,如图甲所示。
拉起小钢球至某一位置由静止释放①,使小钢球在竖直平面内摆动,记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax②和最小值Tmin③。改变小钢球的初始释放位置,重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线,如图乙所示。

(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒,则图乙中直线斜率的理论值为__________。 
(2)由图乙得直线的斜率为__________,小钢球的重力为__________N(结果均保留2位有效数字)。 
(3)该实验系统误差的主要来源是__________(单选,填正确答案标号)。 
A.小钢球摆动角度偏大
B.小钢球初始释放位置不同
C.小钢球摆动过程中有空气阻力
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
静止释放时沿绳方向合力为零,重力垂直于绳方向的分力产生加速度
②
最低点拉力与重力的合力提供向心力,拉力最大
③
静止释放时拉力最小
【模型转化】

【失分警示】
图像是斜向下的直线,斜率为负。
【答题要素】
验证类实验注意事项

【多维演练】
1.维度:验证力的平行四边形定则
在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,先将橡皮筋的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,第一次是通过两根细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,第二次是通过一根细绳用一个弹簧重拉橡皮条。

(1)某次实验用一个弹簧测力计把橡皮条和绳的结点拉到O点时,弹簧测力计的示数如图所示,其读数为__________N。 
(2)(多选)关于该实验,下列说法正确的是 (　　)
A.本实验采用的科学方法是等效替代法
B.第一次实验时,两细绳的夹角应越大越好
C.第二次实验时,只需要记下弹簧测力计的示数就行
D.两次实验都要将橡皮条和绳的结点拉到同一位置
(3)请提一条对减小本实验误差有益的建议:_______________________________
___________________________________________________________________。 
2.维度:验证机械能守恒定律
某实验小组利用如图甲所示的装置完成“验证机械能守恒定律”实验。将气垫导轨沿倾斜方向固定在水平桌面上,倾角为α。将光电门固定在气垫导轨上,带有挡光条的滑块从光电门上方由静止释放。

(1)实验时,该小组的同学利用游标卡尺测了挡光条的宽度,如图乙所示,该游标卡尺的读数为____________mm。 
(2)已知挡光条的宽度为d,释放点到光电门的距离为L,挡光条经过光电门的挡光时间为t,重力加速度为g。若滑块下滑过程中机械能守恒,则关系式____________成立(用题中所给物理量符号表示)。 
(3)改变释放点到光电门的距离L,多次实验,并记录滑块每次经过光电门时的挡光时间t,该小组的同学利用图像法验证机械能守恒定律。坐标系以L为纵轴,为了便于验证,应以____________(选填“t”“1t”或“1t2”)为横轴,若图线的斜率为k,重力加速度g=____________时滑块下滑过程中的机械能守恒。 
考向三创新类实验
【真题研磨】
【典例】(2022·山东等级考)在天宫课堂中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。某同学受此启发,利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;

②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨①;
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00cm②,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像③,部分图像如图乙所示。


回答以下问题(结果均保留两位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为__________N/m。 
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中I所示,由此可得滑块与加速度传感器的总质量为____________kg。 
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ,则待测物体的质量为______kg。 
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
不计摩擦力,弹簧拉力就是合外力
②
OA为弹簧形变量
③
可得同一时刻下的加速度和弹力
【失分警示】
1.a-F图像斜率倒数表示质量。
2.求待测物体的质量要注意减去滑块与加速度传感器的总质量。
【答题要素】
1.创新类实验常见模型

2.创新类实验解题技巧

【多维演练】
1.维度:实验原理创新
某同学用如图所示装置测当地的重力加速度,将力传感器固定在天花板上,细线一端系于力传感器上,另一端连着一个小球。将小球拉至细线刚好水平伸直的位置,由静止释放小球,小球在竖直面内运动过程中,力传感器显示细线拉力的大小。

(1)要测量当地的重力加速度还需要测量的物理量是__________
A.小球的质量m
B.小球的半径r
C.细线平放在水平面上刚好伸直的长度L1
D.悬挂小球处于静止时细线的长度L2
(2)第一次实验时,力传感器显示小球运动过程中细线上的最大拉力为F1,改变细线的长度两次、重复前面的实验,测得细线上的最大拉力分别为F2、F3,为了减少偶然误差,细线对小球的最大拉力取值为F=____________,结合(1)问中测得的物理量求得当地的重力加速度为g=______________
2.维度:实验器材创新
为了消除空气阻力对实验结果的影响,某实验小组用如图甲所示的实验装置做验证机械能守恒定律实验,牛顿管竖直固定在铁架台上,光电门固定在牛顿管的外侧,紧贴牛顿管外侧再固定刻度尺(图中未画出),启动抽气泵,将牛顿管内的空气抽出。已知橡胶球的质量为m,当地重力加速度为g。

(1)先用游标卡尺测量橡胶球直径d,如图乙所示,则橡胶球直径d = ______
_____mm; 
(2)从刻度尺上读取橡胶球球心和光电门中心对应的刻度值l1、l2。将橡胶球由静止释放,记录橡胶球第一次通过光电门的挡光时间Dt1;
(3)要验证橡胶球下落过程中机械能是否守恒,只需比较______________与____________是否相等即可(用上面测得的数据符号表示); 
(4)该小组要利用该装置进一步探究橡胶球与管底第一次碰撞前后橡胶球的机械能损失情况,他们记录了橡胶球第二次通过光电门的挡光时间Dt2,则碰撞过程中橡胶球损失的机械能为____________。 
考向四热学类实验
【真题研磨】
【典例】(2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将
纯油酸稀释①成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是________________。 
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积②,可以______________________________________________________________________________________________。为得到油酸分子的直径③,还需测量的物理量是___________________________________________________________________。 
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
取少量油酸,便于形成单分子油膜
②
测量1 mL溶液的滴数求解一滴的体积
③
形成单分子油膜的厚度即直径
【模型转化】
1.油酸分子简化为球形
2.分子紧密排列
3.形成单分子油膜

【失分警示】
1.一滴溶液体积太小时不能直接测量。
2.直接测整数滴纯油酸的体积,液面不易刚好对齐量筒刻度线,读数误差较大。
3.应该测量整毫升的滴数,数据准确。
【答题要素】
1.热学类实验常见模型

2.热学类实验注意事项

【多维演练】
1.维度:油膜法估测分子直径实验原理
油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL。现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1 mL,若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm,试问:

(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为__________模型,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为__________油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的__________。图中油酸膜的面积为__________m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径是________m;(结果保留两位有效数字) 
(2)某同学在实验过程中,在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,实验时观察到,油膜的面积先扩张后又收缩了一些,这是为什么呢?请写出你分析的原因:____________________________________________________。 
2.维度:油膜法测分子直径实验步骤及误差分析
小李同学做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验,主要操作步骤如下:
①取适量酒精和油酸,配制成一定浓度的油酸酒精溶液;
②用注射器将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内溶液每增加一定体积时的滴数,计算出一滴油酸酒精溶液的体积;
③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在浅盘上覆盖玻璃板,描出油膜的形状,用透明方格纸测量油膜的面积。
(1)上述操作步骤中,步骤____________(选填“①”“②”“③”或“④”)有疏漏,疏漏的内容是_____________________________________________________________; 
(2)实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每103 mL溶液中含纯油酸2 mL,用注射器测得1 mL上述溶液有75滴,将1滴溶液滴入盛水的浅盘里。经正确操作,得到油膜的形状和尺寸如图所示,方格的边长为1 cm。油酸膜的面积为____________ cm2;每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为__________mL(采用科学记数法,结果保留两位有效数字);估测出的油酸分子的直径为__________m(采用科学记数法,结果保留一位有效数字); 

(3)若测得的油酸分子直径偏大,则其原因可能是______。 
A.油酸未完全展开
B.计算油膜的面积时,将不完整的方格作为完整方格处理
C.用注射器测量1 mL溶液的滴数时,少计了1滴

1.(验证动量守恒定律)某研究性学习小组从北京冬奥会冰壶比赛项目中获得启发,利用冰壶碰撞来验证动量守恒定律。该小组在两个相同的奶粉罐中加水,放在户外结冰后制成两只质量不同的冰壶A和B,在户外一块平整的水平地面上泼水结冰形成冰面。小组成员用如图甲(俯视)所示的装置压缩弹簧后将冰壶弹出,此冰壶与另一只静止的冰壶发生碰撞。主要实验步骤如下:
①固定发射装置,将冰壶A压缩弹簧后释放;
②标记冰壶A停止时的位置,在冰壶运动路径上适当位置标记一定点O,测出冰壶A停止时右端到O点的距离,如图乙所示。重复多次,计算该距离的平均值记为x1;
③将冰壶B静置于冰面,左端位于O点。重新弹射冰壶A,使两冰壶对心正碰,测出冰壶A停止时右端距O点的距离和冰壶B停止时左端距O点的距离。重复多次,分别计算距离的平均值记为x2和x3,如图丙所示。

(1) 实验中,应如何操作才能确保冰壶A每次到达O点时的速度均相同?_________
________________________________________________________________。 
(2)为完成实验,还需要测出_____________________________________________, 
验证动量守恒定律的表达式为__________________________________________
(用x1、x2、x3和测量物理量对应的字母表示)。
2.(探究合力的功与动能变化的关系)某同学利用如图甲所示的装置探究合力的功与动能变化间的关系。斜面的倾角为θ,其底端与光滑的水平台面平滑连接,斜面上每间隔长度L0的A、B、C、D、E五个位置处可放置挡板,装置的右侧固定一个竖直木板,木板上粘贴有白纸和复写纸。该同学用游标卡尺测量钢球的直径d,从而在白纸上确定了水平面上钢球圆心等高点的位置,记为O点,并在白纸上建立竖直方向的坐标轴,白纸到水平台面右端的距离为s。现分别从斜面上五个位置处静止释放质量为m的钢球,在白纸上测得了五组墨迹的中心点的坐标值y。重力加速度为g。
(1)利用游标卡尺测量钢球的直径,读数如图丙所示,则钢球直径d=_______
_____mm; 
(2)如果作出的L-____________(选填“1y”“y”“y2”或“1y2”)图像是一条直线,如图乙所示,则表明钢球所受合力的功与钢球获得的速度的平方成正比; 

(3)若图像中直线的斜率为k,则钢球所受的合力F=____________(用题目给定的物理量表示)。 
3.(探究阻力与速度的关系)为探究“带风帆的小车所受阻力与小车运动速度的关系”,某物理兴趣学习小组设计并进行了如下实验:(g=9.8 m/s2,计算结果保留两位小数)

①将带风帆的小车、已连接好电源的打点计时器和纸带按如图甲所示安装在光滑倾斜的长木板上,记录下木板倾角;
②接通打点计时器电源(频率为50 Hz),使小车从靠近打点计时器位置由静止开始运动,打出一条纸带,关闭电源;
③改变长木板的倾角,重复上述步骤,记录并处理实验数据。
回答下列相关问题:
(1)如图乙所示为某次实验打出的纸带,由此纸带可求得此次小车匀速运动时的速度为____________m/s。 
(2)若测得小车(含风帆)的质量为500 g,木板倾角θ为30°,则小车匀速运动时所受阻力大小为____________N。 
(3)改变长木板的倾角,重复以上步骤,记录的部分实验数据如表:
sinθ(θ为木板倾角)
0.09
0.17
0.42
0.50
0.57
0.74
小车匀速运动时速度v(m/s)
0.60
1.20
2.80
3.34
3.80
5.00
小组同学根据表中数据作了sinθ-v图像,如图丙所示。由表中数据及图像可以得出的结论是________________________________________________________。 

4.(创新实验)某物理小组通过查阅资料得知,弹性材料的弹性系数k=YSL,其中L是弹性材料未受力时的长度,S是横截面积,Y是由材料决定的一个常数,材料力学上称之为杨氏模量,在国际单位制中单位为Pa。该物理小组通过如图甲所示的实验装置测量橡皮绳的杨氏模量,同学们将橡皮绳上端固定,刻度尺贴近橡皮绳竖直放置。在橡皮绳下端逐一增挂钩码(质量均为50 g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮绳伸长量,同时根据平衡条件计算出橡皮绳的拉力,实验数据如表所示:

钩码个数
1
2
3
4
5
6
拉力F(N)
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
2.94
伸长量x(cm)
1.00
1.98
3.02
4.00
5.60
7.95
(1)小李同学通过观察实验数据,发现前四次实验中拉力每增加ΔF=0.49 N,橡皮绳伸长量的变化量Δx几乎不变,为减小实验误差,小李同学利用“测量匀变速直线运动的加速度”时用过的“逐差法”来计算Δx的平均值,并得出弹性系数的表达式为k=____________。(用前四次实验橡皮绳的伸长量x1、x2、x3、x4以及ΔF表示) 
(2)小赵同学利用图像法处理数据,请根据表格中的实验数据在图乙的坐标系中标出后3组数据对应的坐标点并画出F-x图像。
(3)测得实验所用橡皮绳未受力时的长度为L=20.00 cm,直径为D=4.000 mm。橡皮绳在伸长量较小时,横截面积变化很小,近似满足胡克定律。根据乙图所绘图像计算橡皮绳在近似满足胡克定律时的杨氏模量为________Pa。(结果保留一位有效数字) 







板块一　力学、热学实验
考向一　探究类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)依题意,打计数点B时小车位移大小为6.20 cm,考虑到偶然误差,6.15~6.25 cm也可;由图丙中小车运动的数据点,有a=ΔvΔt=1.05-0.300.4 m/s2=1.9 m/s2,考虑到偶然误差,1.7~2.1 m/s2也可。
(2)利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,需要满足小车质量远远大于钩码质量,所以不需要换质量更小的车,故A错误;利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,需要利用小车重力斜向下的分力以平衡其摩擦阻力,所以需要将长木板安装打点计时器一端较滑轮一端适当高一些,故B正确;以系统为研究对象,依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有1.9 m/s2≈mg-fM+m,考虑到实际情况,即f≪mg,有1.9 m/s2≈mgM+m,则可知M≈4m,而利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂质量远小于小车质量,即m≪M;可知目前实验条件不满足,所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时,需将钩码更换成砝码盘和砝码,以满足小车质量远远大于所悬挂物体的质量,故C正确;实验过程中,连接钩码和小车的细绳应跟长木板始终保持平行,与之前的相同,故D错误。
答案:(1) 6.20(6.15~6.25均可)
1.9(1.7~2.1均可)　(2) B、C
【多维演练】
1.【解析】(1)根据游标卡尺的读数规则可知遮光片的宽度为d=10 mm+4×
0.05 mm=10.20 mm
(2)根据表中数据可得Δt2Δt1=0.00520.0073≈0.712≈h1h2,
Δt3Δt1=0.00420.0073≈0.575≈h1h3,Δt4Δt1=0.00360.0073≈0.493≈h1h4
所以Δt∝1h,故选D。
(3)该同学的结论不正确,根据F=mgsinα可知增加小车的质量的同时小车所受合外力也成比例增大,从而造成加速度不变。
答案: (1)10.20　(2)D　(3)该同学的结论不正确。根据F=mgsinα可知增加小车的质量的同时小车所受合外力也成比例增大,从而造成加速度不变
2.【解析】(1)①由图乙可知,测量时需要用B测量爪;
②遮光片的宽度为5 mm+2×0.1 mm=5.2 mm
(2)气垫导轨的摩擦力可以忽略不计,气垫导轨没有定滑轮的一端不需要垫高来平衡摩擦力。
(3)实验中将砂和砂桶的重力当作细绳的拉力,则实验中计算的拉力做功等于砂和砂桶重力做的功,砂桶的重力不仅提供给小车加速,还提供自己加速,则拉力总是小于砂桶的重力,实验中计算的拉力做功偏大,则发现拉力做功总是大于小车动能的增量。
答案:(1)①B　② 5.2　(2)不需要　(3)大于
考向二　验证类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)设初始位置时,轻绳与竖直方向夹角为θ,则轻绳拉力最小值为Tmin=mgcosθ,到最低点时轻绳拉力最大,则mgl(1-cosθ)=12mv2,Tmax-mg=mv2l,联立可得Tmax=3mg-2Tmin,即若小钢球摆动过程中机械能守恒,则图乙中直线斜率的理论值为-2;
(2)由图乙得直线的斜率为k=-1.77-1.350.2=-2.1,3mg=1.77 N,则小钢球的重力为mg= 0.59 N 。
(3)该实验系统误差的主要来源是小钢球摆动过程中有空气阻力,使得机械能减小,故选C。
答案:(1)-2　(2)-2.1　0.59
(3)C
【多维演练】
1.【解析】(1)弹簧测力计的读数为F=4.00 N。
(2)本实验用一个弹簧测力计把橡皮条和绳的结点拉到O点和两个弹簧测力计把橡皮条和绳的结点拉到O点的效果相同,即为等效替代,故A正确;第一次实验时,两细绳的夹角应当适当,不要太大,故B错误;实验时要记下力的大小和方向,故C错误;要两次实验达到相同的效果,则要橡皮条和绳的结点拉到同一位置,故D正确。
(3)拉细绳时,细绳要平行于水平木板,两细绳的夹角不宜太大,也不宜太小。
答案:(1)4.00　(2)A、D　(3)拉细绳时,细绳要平行于水平木板(或两细绳的夹角不宜太大,也不宜太小)
2.【解析】(1)由游标卡尺的读数规则可知,该游标卡尺的精确度为0.05 mm,则读数为9 mm+6×0.05 mm=9.30 mm
(2)滑块经过光电门时的速度为v=dt
若滑块下滑过程中的机械能守恒,则由机械能守恒定律得mgLsinα=12mv2
整理得gLsinα=d22t2
(3)由gLsinα=d22t2
得L=d22gsinα·1t2
坐标系以L为纵轴,为了便于验证,应以1t2为横轴。
依题意,有k=d22gsinα
解得g=d22ksinα
答案: (1)9.30　(2) gLsinα=d22t2
(3)1t2　d22ksinα
考向三　创新类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)由题意知,弹簧处于原长时滑块左端位于O点,A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时。结合图乙的F-t图有Δx =5.00 cm,F=0.610 N
根据胡克定律得k=FΔx,计算出k ≈ 12 N/m;
(2)根据牛顿第二定律有F=ma,则a-F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数,根据图丙中Ⅰ,则有1m=3-00.6 kg-1=5 kg-1,则滑块与加速度传感器的总质量为m=0.20 kg;
(3)滑块上增加待测物体,同理,根据图丙中Ⅱ,则有1m'=1.5-00.5 kg-1=3 kg-1,则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m' = 0.33 kg,则待测物体的质量为Δm=m'-m = 0.13 kg。
答案: (1)12　(2)0.20　(3)0.13
【多维演练】
1.【解析】(1)本实验中,细线从水平位置摆至竖直位置的过程中,严格来讲其长度会发生细微变化,但这属于系统误差,在不改进实验器材和原理的情况下无法避免,所以只能认为绳长为定值。设小球的质量为m,做圆周运动的半径为r,摆至最低点时的速度大小为v,根据动能定理有mgr=12mv2 ①
设此时细线对小球的拉力大小为F,根据牛顿第二定律有F-mg=mv2r ②
联立①②解得g=F3m ③
由③式可知还需要测量的物理量是m,故选A。
(2)为了减少偶然误差,采取多次测量取平均值的方法,即细线对小球的最大拉力取值为F=F1+F2+F33
结合(1)问中测得的物理量求得当地的重力加速度为g=F1+F2+F39m。
答案: (1)A
(2) F1+F2+F33　F1+F2+F39m
2.【解析】(1)根据游标卡尺的读数规则有0.6 cm + 12×0.05 mm=6.60 mm
(3)要验证橡胶球下落过程中机械能是否守恒,则只需满足v22=gh
根据上面测得数据符号表示d22Δt12=g(l2-l1)
(4)第二次通过光电门时的速度为v'=dΔt2
则根据能量守恒有
ΔEk=12mv2-12mv'2=md22Δt12-md22Δt22
答案:(1)6.60　(3)d22Δt12　g(l2-l1)　(4)md22Δt12-md22Δt22
考向四　热学类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。
答案:见解析
【多维演练】
1.【解析】(1)这种估测方法是将每个分子视为球体模型。让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为单分子油膜。这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。油膜面积约占125小格,面积约为S=125×25×25×10-6 m2=7.8×10-2 m2。一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V=150×0.61000×10-6 m3=1.2×10-11 m3;油酸分子的直径约等于油膜的厚度d=VS≈1.5×10-10 m。
(2)主要有两个原因:①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击,先下陷后又恢复水平,因此油膜的面积扩张;②油酸酒精溶液中的酒精挥发,使液面收缩。
答案:(1) 球体　单分子　直径　7.8×10-2　1.2×10-11　1.5×10-10
(2)见解析
2.【解析】(1)第③步有疏漏,水面上不撒痱子粉或石膏粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败,故应先在水面上撒痱子粉或石膏粉。
(2)计算油膜面积时,超过半格的算一格,不满半格的舍去,则油膜面积约为73 cm2。由题意,1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V=21000×175 mL=2.7×10-5 mL
油膜分子直径为d=VS≈4×10-9 m
(3)油酸未完全散开会导致计算的面积偏小,得到油酸分子的直径的测量值偏大,故A正确;计算油膜的面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,则测得的面积偏大,则油酸分子的测量值偏小,故B错误;求每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL的溶液滴数少计了1滴,会使油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积的计算值偏大,从而造成分子直径测量值偏大,故C正确。
答案: (1) ③　滴入一滴油酸酒精溶液前,在水面上撒上痱子粉　(2)73　2.7×10-5　4×10-9　(3)A、C

1.【解析】(1)确保冰壶A每次到达O点时的速度均相同,需要每次将弹簧压缩至同一位置静止释放;
(2)根据动量守恒定律m1v1=m1v1'+m2v2'
运动过程中冰壶A、B均做匀减速运动,故v2=2ax
联立解得m1x1=m2x3-m1x2
故还需要测量冰壶A的质量m1,冰壶B的质量m2。
答案:(1)每次将弹簧压缩至同一位置静止释放
(2)冰壶A的质量m1,冰壶B的质量m2　m1x1=m2x3-m1x2
2.【解析】(1)游标卡尺读数为11 mm+8×0.05 mm=11.40 mm
(2)刚下落过程中,合力做的功W=FL
设小球运动到斜面底端的速度为v,离开水平面后做平抛运动,水平方向s=vt
竖直方向y=12gt2
可得v2=gs22y
若作出的L-1y图像是一条直线,则说明W∝v2。
(3)根据动能定理得FL=12mv2
可得L=mgs24F·1y
其中斜率k=mgs24F
可得F=mgs24k
答案:(1)11.40　(2) 1y　(3) mgs24k
3.【解析】(1)小车匀速运动时,相等时间间隔内运动距离相同,则相邻计数点间距相同,结合乙图可得v=xt=(4.80+4.81+4.80)×10-23×2×0.02m/s≈1.20 m/s
(2)当倾角θ=30°时,根据受力平衡可得mgsinθ=f
解得f=mgsinθ=0.5×9.8×0.5 N=2.45 N
(3)小车匀速运动时,根据受力平衡可得f=mgsinθ
由表格数据可得
0.090.60=0.15,0.171.20≈0.14,0.422.80=0.15,0.503.34≈0.15,0.573.80=0.15,0.745.00≈0.15
结合sinθ-v图像可知sinθ与运动速度v成正比,所以小车所受的阻力与运动速度成正比。
答案: (1)1.20　 (2)2.45　(3)小车所受的阻力与运动速度成正比
4.【解析】(1)橡皮绳伸长量的变化量Δx的平均值为Δx=x4-x2+x3-x14
根据胡克定律可得ΔF=kΔx
解得k=4ΔFx4-x2+x3-x1
(2)F-x图像如图所示

(3)由F-x图像可知,伸长量为1.00 cm时,橡皮绳的弹性系数为
k=0.491×10-2 N/m=49 N/m
根据k=YSL
可得Y=kLS=4kLπD2=4×49×0.23.14×42×10-6 Pa≈8×105 Pa
答案: (1)4ΔFx4-x2+x3-x1
(2)
(3) 8×105