新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第17讲常考力学实验课件

这是一份新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第17讲常考力学实验课件，共60页。PPT课件主要包含了专题七物理实验，核心知识·固双基，命题热点·巧突破，核心知识•固双基，命题热点•巧突破，不需要，ABC，步骤2中标，记的小圆环同一位置，见解析等内容，欢迎下载使用。

第17讲　常考力学实验
“科学探究”展示 一、几种测量速度的方法
二、测定重力加速度的几种常见方案
三、实验的创新与设计应注意的几点1.加强对实验思想方法的归纳，如控制变量法、图像法、逐差法、模拟法、转换法、放大法、替代法等。这样在新的实验情境下，才能设计合理的实验方案。2.克服思维定式的影响，加强对已掌握的实验原理的理解和仪器的正确使用方法的训练，才能在新情境下进行迁移利用。
游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位。20和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位。(2)游标卡尺在读数时先确定主尺的分度(单位一般是cm，分度值为1 mm)，把数据读成以毫米为单位的。先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。游标卡尺读数不估读。(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度，而把主尺的刻度读错。(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出；要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字。
题型1　力学基本仪器的使用与读数
〔对点训练〕1.在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测量某长方体工件的厚度如图所示，根据图示可判断其厚度为_____________mm。该同学用下列某种仪器测得该工件的宽度为1.275 cm，则该同学所用的仪器可能是______(将正确答案的序号填在横线上)。①螺旋测微器 ②10分度游标卡尺③20分度游标卡尺
【解析】　螺旋测微器固定刻度部分读数为1.5 mm，可动刻度部分分度值为0.01 mm，可动刻度部分读数为0.200 mm，工件的厚度为1.700 mm。若用某种仪器测出的工件的宽度为1.275 cm＝12.75 mm，由于以毫米为单位，小数点后有两位数字，测量仪器不可能是①螺旋测微器和②10分度的游标卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游标卡尺最后一位才可能是5，所以应是③。
2. (2023·济南三模)(1)利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为_____________cm，高度为________________________mm。
6.865(6.864～6.866)
(2)图丙为“研究匀变速直线运动规律”实验中获得的一条纸带，已知打点计时器的频率为50 Hz，采用逐差法求得加速度的大小a＝_________m/s2。(结果保留两位小数)
3. (2023·汉中第一次检测)(1)用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是_______(选填“图甲”或“图乙”)。
(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图丙所示，则此示数为___________mm。
(3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50 Hz，打出一段纸带如图丁所示。打下计数点2时，测得的瞬时速度v＝________m/s。
【解析】　(1)用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在外测量爪中，故应选题图甲。(2)螺旋测微器的示数为固定读数加上可动读数，即6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。
“长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及注意事项(1)打点计时器系列四个实验力学实验中用到打点计时器的实验主要有4个，分别是研究匀变速直线运动，验证牛顿运动定律，探究动能定理，验证机械能守恒定律。
题型2　纸带类实验综合
(2)纸带数据的处理方法
(3)平衡摩擦力的两个实验及方法验证牛顿运动定律和探究动能定理两个实验均需平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是垫高有打点计时器的一端，给小车一个初速度，使小车能匀速下滑。(4)四个关键点①区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的。
②涉及打点计时器的实验均是先接通电源，打点稳定后，再释放纸带。③实验数据处理可借助图像，充分利用图像斜率、截距等的物理意义。④小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车≫m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的重力。如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不要求M车≫m挂。
〔真题研究1〕(2023·全国甲卷)某同学利用如图甲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乙所示。
【答案】　(2)见解析图。
【解析】　(1)ΔxAD＝ΔxAB＋ΔxBC＋ΔxCD＝24.00 cm。(2)如图所示。
〔对点训练〕(2023·湖南长沙模拟)图甲为“探究加速度与物体所受合外力关系”的实验装置，实验中所用小车的质量为M，重物的质量为m，实验时改变重物的质量，记下测力计对应的读数F。
(1)实验过程中，_________满足M≫m(填“需要”或“不需要”)。(2)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为50 Hz。其中A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为___________m/s2。(计算结果保留三位有效数字)
(3)当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时测力计的读数为F0。更换重物，用a表示小车的加速度，F表示弹簧测力计的示数，下列描绘的a－F关系图像合理的为_____。
【解析】　(1)实验中，细线对滑轮和小车的作用力通过测力计测量，不需要满足M≫m。
(3)小车匀速运动时有2F0＝f当更换重物后，由牛顿第二定律有2F－f＝Ma
〔真题研究2〕(2023·浙江6月高考卷)在“探究平抛运动的特点”实验中(1)用图甲装置进行探究，下列说法正确的是_____。A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
题型3　研究“平抛运动”类实验
(2)用图乙装置进行实验，下列说法正确的是_____。A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
(3)用图丙装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为_____。
【解析】　(1)两球同时落地，只能探究平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，选项A、C错误；实验时，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，选项B正确。(2)研究平抛运动，斜槽末端必须水平，但轨道没必要光滑，选项A错误；描绘平抛运动的轨迹，没必要将挡板N等间距移动，选项B错误；为了保证平抛运动的初速度一定，小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下，选项C正确。
〔对点训练〕(2023·辽宁沈阳一模)小明学完平抛运动后，尝试利用平抛运动的知识测量家里的弹射器射出弹丸的速度。小明准备了白纸、米尺、复写纸、支架等材料。实验时，先将白纸和复写纸固定在墙上，并用支架将弹射器固定好，装置如图甲所示。接着压缩弹射器朝墙壁发射弹丸，弹丸通过碰撞复写纸，在白纸上留下落点位置。随后将弹射器沿垂直于墙面方向远离墙壁移动，每次移动的距离为0.2 m。通过几次重复实验，挑了一张有4个连续落点痕迹的白纸，如图乙所示。已知重力加速度g＝10 m/s2。
(1)下列实验步骤必要的是_________。A．在安装时，必须确保弹射器水平放置B．为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸C．每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸D．第一次实验时，需要测量弹射器开口到墙壁的距离(2)根据测量的数据，可知弹丸离开弹射器的速度大小为_________m/s，弹丸打到C点时的速度大小为_________m/s。(所有计算结果均保留两位有效数字)
【解析】　(1)要保证每次弹丸都做平抛运动，则必须确保弹射器水平放置，故A符合题意；为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸，故B符合题意；为保证弹丸的初速度相同，每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸，故C符合题意；第一次实验时，不需要测量弹射器开口到墙壁的距离，故D不符合题意。故选ABC。
1.探究弹力和弹簧伸长量的关系操作关键(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。(2)画图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。
题型4　“弹簧”“橡皮条”实验
2.验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸后结点O的位置必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。
〔真题研究3〕(2023·浙江6月高考卷)如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表。
钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝___________cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝___________cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp_____mg(ΔxA＋ΔxB)(选填“＝”“<”或“>”)。
【解析】　钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝(8.53－7.75)cm＝0.78 cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝(18.52－16.45)cm－ΔxA＝1.29 cm，根据机械能守恒定律得，弹簧弹性势能的增加量等于重力势能的减小量，即ΔEp＝mg(ΔxA＋ΔxB)。
〔真题研究4〕(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：(1)用图钉将白纸固定在水平木板上。
(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并_______。(多选，填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到___________________________________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。(5)比较F′和F的_______________________________________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
大小和方向在误差允许的范围内是否一致
【解析】　(2)两拉力F1和F2共同作用，产生的效果是使橡皮条一端的小圆环到某一位置；用一个力F将小圆环拉到同一位置，说明两种方法达到的效果一样，所以要记录小圆环的位置，选项C正确，A错误；力是矢量，所以还需记录两拉力F1和F2的方向，以便步骤(4)绘制平行四边形。细线的方向即为F1和F2的方向，选项D正确；F1和F2的大小、方向与细线的长度无关，选项B错误。
〔对点训练〕(2023·河南温县模拟)某同学在“探究弹簧和弹簧伸长量的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为1 000 N/m。如图所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下：
(1)弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是___________N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为___________N。(第二空保留2位小数)(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤b的读数_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
1.力学创新实验的特点(1)以基本的力学实验模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。(2)将实验的基本方法——控制变量法、处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入到实验的综合分析之中。
题型5　力学创新实验
2.力学创新实验的分类(1)第一类是通过实验和实验数据的分析得出物理规律。这类实验题目需认真分析实验数据，根据数据特点掌握物理量间的关系，得出实验规律。(2)第二类是给出实验规律，选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。这类实验题目需从已知规律入手，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。
3.创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案。(2)进行实验，记录数据。应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。
〔真题研究5〕(2023·湖北高考卷)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n＝0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0 g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m。
(1)实验中，拉动木板时_______(填“必须”或“不必”)保持匀速。(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝_______________________。(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝__________(保留2位有效数字)。
mB－μ(mA＋nm0)
〔方法技巧〕测定动摩擦因数实验一般结合在“研究匀变速直线运动”“验证牛顿运动定律”或“探究动能定理”等实验中考查。实验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数。
〔对点训练〕1. (2023·辽宁高考卷)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段，选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)，将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON，保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。
(1)在本实验中，甲选用的是_______(填“一元”或“一角”)硬币；(2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为________(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g)；
(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：_________________________________________________________________。
存在空气阻力；硬币大小不能忽略，不可视为质点等(答案合理即可)
【解析】　(1)甲碰撞乙，为了使碰撞后甲的速度方向不变，则甲的质量应该大于乙的质量，已知一元硬币的质量大于一角硬币的质量，所以甲选用的是一元硬币。
(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_____之间的竖直距离。A．钢球在A点时的顶端B．钢球在A点时的球心C．钢球在A点时的底端
(3)下表为该同学的实验结果：他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由_________。