通用版2017高考物理二轮复习第1部分核心突破专题5物理实验第1讲力学实验课件

杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触 良好,两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为 g。求:
(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。 (2)电阻的阻值。
【名师点拨】 (1)受力分析:金属杆进入磁场前受拉力、重力、支持 力和滑动摩擦力作用,滑动摩擦力f=μmg;金属杆在磁 场中受拉力、重力、支持力、滑动摩擦力和安培力作 用,安培力F安=BIl。 (2)运动分析:金属杆进入磁场前做匀加速直线运动,则 F合=ma;进入磁场后做匀速直线运动,则F合=0。
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的速度。
【解析】(1)金属棒以速度vm下滑时,由法拉第电磁感
应定律得:E=Blvm 由闭合电路欧姆定律得:E= I R R 0
R R0
当金属棒以最大速度vm下滑时,由平衡条件得:
BIl-mgsinθ=0 解得: 1 B2l2 1 B2l2 1
vm m gsinR m gsinR0
由 1 1图 象 可 得 ： vm R B 2l2 1
④结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定 律等规律写出函数关系式。 ⑤根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、 截距等。 ⑥画图象或判断图象。
【加固训练】 1.如图甲所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在 同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导 线平行。已知在t=0到t=t1的时间内,直导线中电流i发 生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线 框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设 电流i正方向与图中箭头方向相同,则i随时间t变化的 图线可能是图乙中的 ( )
设此时棒的速度为v2,则有:E=BLv2
解得:v2=
2 2
1 0
m/s
由平衡条件得:F2-BIL=0

方法点拨：本题考查验证牛顿第二定律的实验操作及数据处理的 方法．这里比较了在本实验中的两种作图的方法：当 a 与 m 成反比 时，可以作出 a－m1 的关系图，根据这个关系图得到受力一定时加速 度与质量的关系．
►变式训练
3．图甲、乙都是使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律的 实验装置图．
(1)较好的装置是________(填“甲”或“乙”)．
(1)物块下滑时的加速度a＝________m/s2；打C点时物块的速度 v＝________m/s； (2)已知重力加速度大小为g，要求出动摩擦因数，还需测量的 物理量是( ) A．物块的质量 B．斜面的高度 C．斜面的倾角
解 析 ： (1) 根 据 纸 带 数 据 可 知 ： 加 速 度 a ＝ （xCD＋xDE）4－T2（xAB＋xBC）＝3.25 m/s；打点 C 时物块的速度 vC＝ x2BTD＝1.79 m/s.
第一段(时间 T＝0.02 s)的位移为：h1＝12gT2＝21×10×0.022 m＝2×10 －3 m＝2 mm；第一段间距达到 4 mm，说明操作时先释放纸带后接通
电源，即先产生了初动能．由
(4)某同学把实验得到的几组数据画成图(a)的 am 图象，为了更 直观地描述物体的加速度跟其质量的关系，请你根据他的图象在图(b) 中画出 am1 图象．
解析：取五个点作为一个计数点，则 T＝0.1 s. 由图知 s1＝1.93 cm，s3＝3.53 cm. 由 s3－s1＝2aT2 得 a＝0.8 m/s2. 答案：(1)远离 匀速直线 (2)变量控制(或控制变量) (3)0.8(或 0.80) (4)如图所示．
解析：(2)每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出，故 T＝5×0.02
s＝0.1 s；(3)中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，则 v5

2.“橡皮条、弹簧、碰 2018·全国卷Ⅰ T22
撞”类实验
2017·全国卷Ⅲ T22
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2．考查的热点包括 “纸带类”实验和 “力学创新实验”。 “纸带类实验”中多 为利用纸带求加速度， “创新实验中”多为 实验目的创新。
2019·全国卷Ⅲ T22
2018·全国卷Ⅰ T23
3. 力 学 2018·全国卷Ⅲ T22
(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使 θ＝30°。接通电源， 开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重 复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。图中的点为计数点(每 两个相邻的计数点间还有 4 个点未画出)。重力加速度为 9.80 m/s2。 可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留 2 位小 数)。
第一部分 专题整合突破 专题六 力学实验
[高考统计·定方向] (教师授课资源)
考点
考向
1.“纸带”类实验
2019·全国卷Ⅰ T22 2019·全国卷Ⅱ T22 2017·全国卷Ⅰ T22 2017·全国卷Ⅱ T22 2015·全国卷Ⅱ T22
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五年考情汇总 从近五年的高考命题 可以看出： 1．全国卷的 2 个实验 题中，大多数情况下第 1 个为力学实验，且难 度较低。
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[解析] 根据题述，物块加速下滑，在 A、B、C、D、E 五个点 中，打点计时器最先打出的是 A 点。根据刻度尺读数规则可读出，B 点对应的刻度为 1.20 cm，C 点对应的刻度为 3.15 cm，D 点对应的刻 度为 5.85 cm，E 点对应的刻度为 9.30 cm，AB＝1.20 cm，BC＝1.95
[答案] A 0.233 0.75
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2.(2017·全国卷Ⅰ·T22)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 30 s 内共 滴下 46 个小水滴)

第1讲力学实验1．(2016·成都模拟)利用如图甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量关系的实验”．所用的钩码质量均为30 g．实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将4个钩码逐个加挂在弹簧下端，每次挂完钩码待弹簧稳定后测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中．(弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10 m/s2)试完成下列问题：(1)(2)由图象求得该弹簧的劲度系数k＝__27__N/m(保留两位有效数字)．(3)某同学直接利用表中的实验数据，作出了如图丙所示的钩码质量m跟弹簧总长度x 之间的函数关系图象，那么该图象斜率所表示的物理意义是__弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；弹簧的原长__；该图象在横轴上截距的物理意义是__弹簧劲度系数k与当地重力加速度g的比值；弹簧的原长__．解析：(1)弹簧所受的拉力为钩码的重力，弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图象如图所示．(2)弹簧的劲度系数k 等于F －x 图象的斜率，为求直线的斜率，可在直线上取两个距离较远的点，如(8.20,0.60)和(10.40,1.20)，则k ＝ΔF Δx ＝ 1.20 N －0.60 N 10.40 cm －8.20 cm＝0.27 N/cm ＝27 N/m.(3)根据胡克定律有mg ＝kx ，所以题图丙所示图象斜率的物理意义是弹簧劲度系数k 与当地重力加速度g 的比值；图象在横轴上的截距表示弹簧的原长．2．(2016·河南六市统考)某实验小组用如图所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板、电火花打点计时器、交流电源、木块、纸带、米尺、8个质量均为20 g 的钩码以及细线等．实验操作过程如下：A ．长木板置于水平桌面上，带定滑轮的一端伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上并与电源连接，纸带穿过打点计时器并与木块相连，细线一端与木块相连，另一端跨过定滑轮挂上钩码，其余钩码都叠放在木块上；B ．使木块靠近打点计时器，接通电源，释放木块，打点计时器在纸带上打下一系列点，记下悬挂钩码的个数n ；C ．将木块上的钩码逐个移到悬挂钩码端，更换纸带，重复实验操作B ：D ．测出每条纸带对应木块运动的加速度a ，实验数据如下表所示.(1)计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x 1＝3.20 cm ，x 2＝4.52 cm ，x 5＝8.42 cm ，x 6＝9.70 cm.则木块加速度大小a ＝__1.3__m/s 2.(保留两位有效数字)(2)根据表数据，在下图中作出a －n 图象；由图线得到μ＝__0.30(0.28～0.32都正确)__(g＝10 m/s2)，还可求的物理量是__木块的质量__(只需填写物理量名称)．解析：(1)根据Δx＝at2有x5＋x6－(x1＋x2)＝2×4at2，所以有(8.42＋9.70)×10－2 m－(3.20＋4.52)×10－2 m＝2×4×a×0.12，解得1.3 m/s2.(2)根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出图象，如答图所示；对木块与钩码组成的系统，由牛顿第二定律得nmg－μ[(8－n)m＋M]g＝(8m＋M)a，a＝＋μnmg＋2μmg－μg，由图象得n＝0时，－μg＝a＝－3，μ≈0.31(0.28～0.32均8m＋M正确)，由图象还可以求出木块质量．3．(2016·合肥一中第一学期段一考)某实验小组应用如图甲所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮轻质且光滑．实验步骤如下：A．按图甲所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；D ．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C ，求得小车在不同合力作用下的加速度． 根据以上实验过程，回答以下问题： (1)对于上述实验，下列说法正确的是__C__. A ．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等 B ．实验过程中砝码盘处于超重状态 C ．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D ．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半E.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量(2)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度a ＝__0.88__m/s 2.(结果保留两位有效数字)乙(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a 与弹簧测力计的示数F 的关系图象，与本实验相符合的是__A__.解析：(1)由实验装置可知砝码盘下落的高度为h 时，小车沿木板下滑的距离为2h ，故小车的加速度为砝码盘的2倍，选项A 错误；由于砝码盘加速下落，故处于失重状态，选项B 错误；若细绳不与木板平行，则木板方向是由细绳拉力的分力产生加速度，给实验带来误差，故要求细绳一定平行于木板方向，选项C 正确；对砝码盘由牛顿第二定律有mg －2F T ＝ma ，解得测力计的读数F T ＝12m (g －a )，选项D 错误；由于本实验利用测力计可以直接读出细绳的拉力，故不需要砝码和砝码盘的质量远小于小车质量，选项E 错误；(2)由题意知时间间隔T ＝0.1 s ，由Δx ＝aT 2，可知a ＝＋－＋2×10－2m/s 2＝0.88m/s ；(3)根据牛顿第二定律F ＝ma ，可知a ＝1mF ，选项A 正确．4．(2016·吴起5月模拟)某课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的“动能定理”．如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力F 1用位移传感器测出小车的位移x 和瞬时速度v .已知小车质量为200 g.甲乙丙(1)某次实验得到数据如表所示，v－x图象已经画出，如图乙所示，请根据表格中数据在坐标纸内图丙中画出F－x图象，并求出x＝0.30 m到0.52 m过程中变力F做的功W＝0.18J，此过程动能的变化量ΔE k＝__0.17___J(保留2位有效数字).(2)__CD__.(确选项)A．使拉力F要远小于小车的重力B．使拉力F要远大于小车的重力C．实验时要先平衡摩擦力D．要使细绳与滑板表面平行解析：(1)根据表格中数据在坐标纸内题图丙中画出F －x 图象，根据F －x 图象可知， 当x 1＝0.30 m 时，F 1＝1.00 N ，x 2＝0.52 m 时，F 2＝0.60 N ，因此：W ＝F 1＋F 22×(x 2－x 1)≈0.18 J.速度v 随位移x 变化图象可知：x 1＝0.30 m ，v 1＝0，x 2＝0.52 m 时，v 2＝1.30 m/sΔE k ＝12m (v 22－v 21)≈0.17 J.(2)该实验中不是利用悬挂的重物的重力表示细绳的拉力，而是直接测量出细绳的拉力，因此不需要使拉力F 要远小于或远大于小车的重力，故A 、B 错误；当平衡了摩擦力且细绳与滑板表面平行时，细绳上的拉力才等于小车所受合外力，故C 、D 正确．5．(2016·福州质检题)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置，将质量为m ＝1.5 kg 的钩码P 与质量为M ＝5.0 kg 的小车Q 组成的系统作为研究对象来验证动能定理，其实验步骤如下：(重力加速度g 取10 m/s 2)A ．将一端带滑轮的木板放在水平桌面上，有滑轮的一端伸出桌边沿．B ．在木板不带滑轮的一端安装打点计时器，用导线将打点计时器跟频率为50 Hz 的交流电源相连．C ．将小车Q 放在木板上打点计时器的附近，纸带穿过打点计时器的限位孔并与小车相连．D ．细绳的一端与小车Q 相连，另一端跨过滑轮与钩码P 相连．E ．接通打点计时器后释放小车Q ，打点计时器在纸带上打下一系列点如图乙所示．图中A 、B 、C 、…、H 是计数点，每相邻两个计数点间有4个记录点未标出，设纸带上两个相邻的计数点之的时间间隔为T .乙(1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T ＝__0.1__s.(2)由图乙所示的纸带，通过分析计算可知，小车Q 运动中受到的阻力f ＝__2__N . (3)从打点计时器打下B 点到打下C 点的过程中，对钩码P 与小车Q 组成的系统，合外力做的功为W ＝__(mg －f )s 2__(用M 、m 、g 、f 、T 、s 1、s 2、s 3、…中的相关符号表示)；钩码P 与小车Q 组成的系统动能的改变量ΔE k ＝ M ＋m 8T[(s 2＋s 3)2－(s 1＋s 2)2] (用M 、m 、g 、f 、T 、s 1、s 2、s 3、…中的相关符号表示)．(4)该实验中，每次实验所求得的W 都略大于ΔE k ，引起该实验误差的原因是__钩码P 下落过程中受到空气的阻力__(只需填写一个即可)．解析：(1)相邻两计数点间的时间间隔T ＝5T 0，T 0为打点计时器的打点周期，即T 0＝0.02 s ，故T ＝0.1 s(2)由纸带可求得小车运动时的加速度a ＝s 3－s 2T 2由牛顿第二定律得mg －f ＝(M ＋m )a 解得f ＝2 N(3)从B 到C 的过程中，合外力做的功为W ＝(mg －f )s 2 由纸带可知：v B ＝s 1＋s 22T ，v C ＝s 2＋s 32T则ΔE k ＝12(M ＋m )(v 2C －v 2B )＝M ＋m 8T2[(s 2＋s 3)2－(s 1＋s 2)2] (4)根据实验原理分析，W 略大于ΔE k 的原因有：钩码P 下落过程中受到空气的阻力；计算过程中忽略了滑轮的质量即滑轮获得的动能；滑轮转动过程中受到轴、空气的阻力等．。