高考物理力学实验专题 1．(2019·全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点。在打出C点时物块的速度大小为________ m/s(保留三位有效数字)；
物块下滑的加速度大小为________ m/s2(保留两位有效数字)。

【答案】A　0.233　0.75 【解析】物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打出A点。打C点时物块的速度大小vC＝＝ m/s≈0.233 m/s；
物块下滑的加速度大小a＝＝ m/s2＝0.75 m/s2。

2．(2019·高考全国卷Ⅱ，T22)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等．回答下列问题：
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝__________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)． (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)． 【解析】(1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用，由牛顿第二定律得 mgsin θ－μFN＝ma 且FN＝mgcos θ 解以上两式得μ＝. (2)由逐差法求铁块加速度：
a＝ ＝×10－2 m/s2≈1.97 m/s2 代入μ＝，得μ≈0.35. 【答案】(1)　(2)0.35 3．(2019·全国卷Ⅲ)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。

(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号) A．米尺 B．秒表 C．光电门 D．天平 (2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：_____________________。

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5 cm、ac＝58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g＝_______ m/s2。(保留两位有效数字) 【答案】(1)A (2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺 (3)9.7 【解析】(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺。

(2)将米尺竖直放置，小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离。

(3)根据Δs＝gT2得重力加速度大小g＝＝＝ m/s2＝9.7 m/s2。

4．（2019·江苏卷）某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理． (1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：
A．电磁打点计时器 B．电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择___________(选填“A”或“B”)． (2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)． (3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如图2所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝____________m/s. (4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化量可用ΔEk＝Mv算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理． 【解析】(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故选B.(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动，小车从静止开始做加速运动，此时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度；
轻推小车，小车做匀速运动，根据平衡条件可知，此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小，消除了摩擦力的影响，看法正确的是同学乙. (3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度．用刻度尺量出A左侧第一个点与A右侧第一个点之间的距离l＝1.24 cm，再除以0.02 s×2＝0.04 s，可得vA＝0.31 m/s. (4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力．只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力． 【答案】(1)B　(2)乙　(3)0.31(0.30～0.33都算对) (4)远大于 5.(2018·高考江苏卷)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤．实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H. ②在重锤1上加上质量为m的小钩码． ③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间． ④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t. 请回答下列问题：
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差． (2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________． A．使H测得更准确 B．使重锤1下落的时间长一些 C．使系统的总质量近似等于2M D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 (3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差．现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？ (4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0.用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝________. 【解析】(1)误差是测量过程造成的，只要不是实验原理带来的误差都属于偶然误差． (2)小钩码的质量m比重锤的质量M小很多时，系统的加速度较小，从而导致运动时间延长，有利于减小测量时间的误差，故选B. (3)需要保证轻拉重锤1使它匀速运动，应该在重锤 1 上粘上合适的橡皮泥． (4)由牛顿第二定律得(2M＋m＋m0)a＝mg， 解得a＝，又由于H＝at2，可得g＝. 【答案】(1)偶然　(2)B　 (3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落．(4) 一、考向分析：
二、考向讲解 考向一　游标卡尺和螺旋测微器的读数 游标卡尺(不估读) (1)读数：测量值＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)． (2)常用精确度：10分度游标，精度0.1 mm；

20分度游标，精度0.05 mm；

50分度游标，精度0.02 mm 螺旋测微器(需估读) 测量值＝固定刻度＋可动刻度(带估读值)×0.01 mm 【方法技巧】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分度和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线，从而把主尺的刻度读错(如第1题和第2题中游标卡尺的读数，看清“零”刻度线)． (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[如第2(2)题图]；
要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即结果若用mm为单位，则小数点后必须保留三位数字．　 考向二　“纸带类”问题的处理 1．常规计时仪器的测量方法 计时仪器 测量方法 秒表 秒表的读数方法：测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无估读 打点计时器 (1)t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)；

(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同 2.两个关键点 (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打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带． 3．纸带的三大应用 (1)判断物体运动性质． ①若Δx＝0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动． ②若Δx不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动． (2)求解瞬时速度． 做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝. (3)用“逐差法”求加速度． 如图所示 因为a1＝，a2＝，a3＝ 所以a＝＝. 考向三　“橡皮条、弹簧类”实验 1．橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法． 2．胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立． 3．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． 4．图象法处理数据的要求 (1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定． (2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值． (3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧． (4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化，即“变曲为直”． (5)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始． 考向四　“光电门类”实验 1．光电门的结构 光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接． 2．光电门的原理 当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度． (1)计算速度：如果挡光片的宽度为d，挡光时间为Δt，则物体经过光电门时的瞬时速度v＝. (2)计算加速度：利用两光电门的距离L及a＝计算加速度． 考向五　振动和波实验 1．单摆的测量 (1)测摆长：用刻度尺量出摆线长l′(精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D，则单摆的摆长l＝l′＋. (2)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5°)，然后释放小球，记下单摆摆动30～50次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期． 2．单摆测重力加速度数据处理 (1)公式法：g＝，算出重力加速度g的值，再算出g的平均值． (2)图象法：作出l­T2图象求g值． 考向六　光学实验 一、测玻璃砖的折射率 1．插针与测量 (1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置． (2)移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON. (3)用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中． (4)改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据． 2．数据处理 (1)平均值法：计算每次实验的折射率n，求出平均值. (2)图象法(如图甲所示)． (3)单位圆法(如图乙所示)． 二、测光的波长 1．观察与记录 (1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹． (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离Δx＝. (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长． 2．数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝λ得λ＝Δx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值． 考向七 力学创新实验 一、力学创新实验 1．力学创新实验的几个特点 (1)实验器材的等效与替换，主要有3个方面的创新：
①用电子秤或已知质量的钩码替代弹簧测力计；

②气垫导轨替代长木板；

③用光电门、闪光照相机替代打点计时器． (2)实验结论的拓展与延伸：主要通过一些实验装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间的动摩擦因数． (3)情境的设计与创新：近几年在试题情境的设计上进行了较多的创新，不过考查的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此只要把最根本的方法从新情境中分离出来，找出与常规实验相同之处就可以． 2．创新实验题的解法 (1)以基本的力学模型为载体，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——图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中；

(3)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案；

(4)进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，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． 题型一　游标卡尺和螺旋测微器的读数 例1．(2020·安徽省马鞍山二中高三调研)图中游标卡尺的读数为________ mm，螺旋测微器的读数为________ mm. 【解析】游标卡尺的读数为l＝52 mm＋7× mm＝52.35 mm；

螺旋测微器的读数为d＝1.5 mm＋49.0×0.01 mm＝1.990 mm. 【答案】52.35　1.990(1.899～1.991均正确) 【变式探究】(2020·江西省鹰潭一中高三模拟) (1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________ mm、________ mm、________ mm. (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为________ mm. 【解析】(1)甲图读数：整毫米数是17 mm，不足1毫米数是2×0.1 mm＝0.2 mm，最后读数是17 mm＋0.2 mm＝17.2 mm；
乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后读数是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm；
丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是19×0.02 mm＝0.38 mm，最后读数是10 mm＋0.38 mm＝10.38 mm. (2)半毫米刻度线已经露出，固定刻度示数为6.5 mm，由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝的直径d＝6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm. 【答案】(1)17.2　23.35　10.38　(2)6.700(6.699～6.701均正确)　 题型二　“纸带类”问题的处理 例2．(2020·广西省梧州一中高三质检)在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f＝50 Hz的交流电源． (1)打下E点时纸带的速度vE＝________(用给定字母表示)；

(2)若测得d6＝65.00 cm，d3＝19.00 cm，物体的加速度a＝________ m/s2；

(3)如果当时交变电流的频率f>50 Hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)． 【解析】(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为5T，利用匀变速直线运动的推论得vE＝＝. (2)根据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2可得a＝＝＝3.00 m/s2. (3)如果在某次实验中，交流电的频率f>50 Hz，则实际打点周期变小，根据运动学公式Δx＝aT2得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏小． 【答案】(1)　(2)3.00　(3)偏小 【变式探究】(2020·山东省聊城一中高三模拟)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示． 该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算． (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________． (2)已测得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm，当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz. 【解析】(1)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出B点时重物下落的速度vB＝＝；
打出C点时重物下落的速度vC＝＝.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a＝＝(vC－vB)f＝. (2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg，由牛顿第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g.由＝0.99g，解得f＝40 Hz. 【答案】(1)f(s1＋s2)　f(s2＋s3)　f2(s3－s1)　(2)40 【举一反三】(2020·河南重点中学联考)验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率f＝50 Hz，某次实验选择一条较理想纸带，某同学用毫米刻度尺测量从起始点O依次到A、B、C、D、E、F各点的距离分别记作x1、x2、x3、x4、x5、x6，并记录在下表中. 符号 x1 x2 x3 x4 x5 x6 数值(×10－2 m) 0.19 0.76 1.71 3.06 4.78 6.87 (1)在实验过程中需要用工具进行直接测量的是________． A．重锤的质量　　　　 B．重力加速度 C．重锤下降的高度 D．重锤的瞬时速度 (2)该同学用重锤在OE段的运动来验证机械能守恒定律．已知重锤的质量为1 kg，当地的重力加速度g＝9.80 m/s2.则此过程中重锤重力势能减少量为________ J，而动能的增加量为________ J．(结果均保留3位有效数字) (3)另一位同学根据这一条纸带来计算重锤下落过程中的加速度a，为了充分利用记录数据，尽可能减少实验操作和测量过程中的误差，他的计算式应为a＝________，代入数据，求得a＝________ m/s2(结果保留3位有效数字)．因此________(选填“能”或“不能”)用v＝gt求重锤在E点处的速度． 【解析】(1)在实验过程中重锤下降的高度需要用工具进行直接测量，C项正确． (2)重力势能为减少量为mgh＝1×9.80×4.78×10－2 J≈0.468 J．由vE＝，T＝，EkE＝mv，解得EkE≈0.454 J. (3)据Δx＝aT2得a＝＝≈9.58 m/s2. 【答案】(1)C　(2)0.468　0.454　(3)　9.58　不能 【变式探究】(2020·广西省贵港一中高三模拟)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中动量的变化规律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，打点计时器的工作频率为50 Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力． (1)若已得到如图乙所示的打点纸带，测得各计数点间距离并标在图上，点1为打下的第一个点，则应选________段来计算小车A的碰前速度，应选________段来计算小车A和小车B碰后的共同速度．(均选填“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”) (2)已测得小车A的质量mA＝0.40 kg，小车B的质量mB＝0.20 kg，由以上的测量结果可得，碰前两小车的总动量为________ kg·m/s，碰后两小车的总动量为________ kg·m/s，由此可得出的实验结论是__________________________________________________． 【解析】(1)因小车做匀速运动，应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度，碰前2～3段点迹均匀，碰后4～5段点迹均匀，故取2～3段计算碰前小车A的速度，4～5段计算碰后小车A、B的共同速度． (2)碰前小车A的速度vA＝＝ m/s＝1.05 m/s，其动量pA＝mAvA＝0.420 kg·m/s；
碰后两小车的共同速度为vAB＝＝ m/s＝0.695 m/s，其总动量pAB＝(mA＋mB)vAB＝0.417 kg·m/s，由计算结果可知，在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变． 【答案】(1)2～3　4～5　(2)0.420　0.417　在实验允许的误差范围内碰撞前后总动量不变 题型三　“橡皮条、弹簧类”实验 例3. (2020·陕西省延安一中高三质检)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，某同学先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺刻度，然后将不同数量的相同的钩码依次悬挂在竖直弹簧下端，并记录好相应读数． (1)某次测量如图所示，指针所指刻度尺读数为______cm. (2)该同学在实验过程中，发现挂前3个钩码时，钩码重力与对应的弹簧伸长量基本成正比关系，但当挂上第4个钩码时，弹簧突然向下伸长很多，和前3组数据对比，明显不再成正比关系，产生这种情况的原因是____________________________________________. (3)更换新的同种弹簧后进一步探究，在挂上第3个钩码后，在弹簧伸长过程中钩码的机械能将________，弹簧的弹性势能将________．(选填“增加”“不变”或“减少”) 【解析】(1)刻度尺的最小分度值为1 mm，所以读数为14.17 cm. (2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律． (3)弹簧伸长，在不超过其弹性限度时，其弹性势能增加，而钩码下降，弹力做负功，机械能减少． 【答案】(1)14.17(14.15～14.18均可)　(2)钩码对弹簧的拉力超过了弹簧的弹性限度，不再满足胡克定律 (3)减少　增加 【变式探究】(2020·云南省普洱一中高三模拟)某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则．他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验．将两条橡皮筋的一端与细绳连接，结点为O，细绳下挂一重物，两橡皮筋的另一端也都连有细绳．实验时，先将一条橡皮筋的一端的细绳固定在墙上的钉子A上，另一条橡皮筋任其下垂，如图中甲所示；
将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定在墙上的钉子B上，如图中乙所示． (1)为完成实验，下述操作中必需的是________． A．两橡皮筋的另一端连接的细绳a、b长度要相同 b．要测量橡皮筋的原长 c．要测量甲和乙中橡皮筋的长度 d．要记录甲中结点O的位置及过结点O的竖直方向 e．要记录乙中结点O′的位置及过结点O′的竖直方向 (2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的为________． A．橡皮筋的材料和原长相同即可 b．橡皮筋的材料和粗细相同即可 c．橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同 【解析】本实验的目的是验证力的平行四边形定则，研究合力与分力的关系，而合力与分力是等效的，本实验采用作合力与分力图示的方法来验证，根据实验原理需要知道橡皮筋的伸长量才能表示橡皮筋的弹力，故应该测量橡皮筋的原长．两条相同的橡皮筋是指橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同． 【答案】(1)bce　(2)c 题型四　“光电门类”实验 例4. (2020·海南省海口一中高三质检)如图所示，为测量做匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d. (1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片A、B先后经过光电门的时间为Δt1和Δt2，则小车加速度a＝________________. (2)为减小实验误差，可采取的方法是________． A．增大两挡光片的宽度b B．减小两挡光片的宽度b C．增大两挡光片之间的间距d D．减小两挡光片之间的间距d 【解析】(1)小车经过A点时的瞬时速度 vA＝， 小车经过B点时的瞬时速度 vB＝， 由公式2ad＝v－v， 解得加速度a＝＝[－]． (2)为了减小实验误差，可采取的措施有通过减小两挡光片的宽度b来更加精确地获得小车经过A和B点时的瞬时速度，或通过增大两挡光片之间的距离d来增加小车运动的时间来减小时间的测量误差，故选B、C. 【答案】(1)[－] (2)BC 【变式探究】 (2020·河北衡水高三调研)某兴趣小组利用如图所示弹射装置将小球竖直向上抛出来验证机械能守恒定律．一部分同学用游标卡尺测量出小球的直径为d，并在A点以速度vA竖直向上抛出；
另一部分同学团结协作，精确记录了小球通过光电门B时的时间为Δt，用刻度尺测出光电门A、B间的距离为h.已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g，完成下列问题：
(1)小球在B点时的速度大小为________________；

(2)小球从A点到B点的过程中，动能减少量为________；

(3)在误差允许范围内，若等式________成立，就可以验证机械能守恒(用题目中给出的物理量符号表示). 【解析】(1)小球在B点的瞬时速度大小vB＝. (2)小球从A点到B点，动能的减小量ΔEk＝mv－mv＝mv－m. (3)重力势能的增加量为mgh，若mgh＝mv－m，即gh＝(v－)，机械能守恒． 【答案】(1)　(2)mv－m (3)gh＝(v－) 题型五　振动和波实验 例5．(2020·四川省雅安中学高三模拟)根据单摆周期公式T＝2π，可以通过实验测量当地的重力加速度．如图甲所示，将细线的上端固定在铁架台上，下端系一小钢球，就做成了单摆． (1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为________ mm. (2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有________． a．摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些 b．摆球尽量选择质量大些、体积小些的 c．为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度 d．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，在释放摆球的同时开始计时，当摆球回到开始位置时停止计时，此时间间隔Δt即为单摆周期T e．拉开摆球，使摆线偏离平衡位置不大于5°，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球做50次全振动所用的时间Δt，则单摆周期T＝ 【解析】(1)该游标尺为十分度的，根据读数规则可读出小钢球直径为18 mm＋5×0.1 mm＝18.5 mm. (2)根据用单摆测量重力加速度的实验要求可判断a、b、e正确． 【答案】(1)18.5　(2)abe 【变式探究】(2020·甘肃省张掖一中高三模拟)在利用单摆测当地重力加速度的实验中：
(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示，小球直径d＝________cm. (2)某同学测量数据如下表，请在图乙中画出L­T2图象. L/m 0.400 0.500 0.600 0.800 1.200 T2/s2 1.60 2.10 2.40 3.20 4.80 由图象可得重力加速度g＝________m/s2(保留三位有效数字)． (3)某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径，其他操作无误，那么他得到的实验图象可能是下列图像中的________． 【解析】(1)小球的直径d＝22 mm＋0.1 mm×6＝22.6 mm＝2.26 cm. (2)L­T2图象如图所示． 由T＝2π可得L＝T2，k＝ 对应图象可得k＝ m/s2＝0.25 m/s2 可解得g＝4π2k≈9.86 m/s2. (3)在实验中，若摆长没有加小球的半径，其他操作无误，可得L＝T2－.故可知B正确，A、C、D均错误． 【答案】(1)2.26　(2)图见解析9.86　(3)B 题型六　光学实验 例6．(2020·陕西省咸阳一中高三调研)某同学利用“插针法”测定玻璃砖的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示． (1)此玻璃砖的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)． (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量． 【解析】(1)据题意可知入射角为θ1，折射角为θ2，则玻璃砖的折射率为n＝. (2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确．故应选用宽度大的玻璃砖来测量． 【答案】(1)　(2)大 【变式探究】(2020·广东省汕头一中高三模拟)现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板．实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置． (1)请在原图上作出光路图；

(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为n＝________(用字母P和图中已知线段字母表示)． 【解析】(1)调整视线方向，当O点的像和M点的像重合时，从O点发出的光线经玻璃砖折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合．在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，如图所示． (2)折射率n＝＝＝. 【答案】(1)图见解析(2) 【举一反三】 (2020·福建省莆田一中高三质检)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题． (1)图中甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________． (2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长. 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的排列顺序应为________．(填写元件代号) (3)已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离L＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图丁(a)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图丁(b)所示，则其示数为________ mm；
在B位置时游标卡尺如图丁(c)所示．由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为________ m(保留两位有效数字)． 【解析】(1)题图甲中的条纹间距和亮度相同，是干涉图样，图乙是衍射图样． (2)光源发出的白光，各种频率都有，加上E后通过的只有红光了，变成单色光，加上D和B，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为CEDBA. (3)A位置的示数为111.10 mm，B位置的示数为115.45 mm，题图丁(a)中A、B之间的距离为(115.45－111.10)mm＝4.35 mm，则相邻条纹的间距为Δx＝ mm，再根据公式Δx＝ λ，代入数据得波长为λ＝5.4×10－7 m. 【答案】(1)甲　(3)CEDBA (3)111.10　5.4×10－7 题型七 创新实验 例7．(2020·浙江省湖州一中高三模拟)某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量动摩擦因数．将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端B处固定一个光电门以测量滑块通过该处时的速度，实验时滑块由距地面h高的A处静止释放，测出滑块滑到B点的速度v.改变垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点A到B点的水平距离(即B、C间的距离)L＝0.8 m不变．重复实验，最后作出如图乙所示的h ­v2图象． (1)木板倾斜程度更大时，为了保证L不变，滑块下滑到底端B点的位移将________(选填“变大”“变小”或“不变”)；

(2)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________；

(3)若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将______________(选填“变大”“变小”或“不变”)． 【解析】(1)根据几何关系得出滑块下滑到底端B点的位移x＝，木板倾斜程度更大时，为了保证L＝0.8 m不变，滑块下滑到底端B点的位移将变大． (2)根据h ­v2图象得v＝0时h＝0.2 m，即此时滑块刚好处于平衡状态，根据牛顿第二定律得μmgcos θ＝mgsin θ，解得μ＝tan θ＝＝0.25. (3)若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，根据动能定理得mgh－μmgcos θ×＝mv2，解得h＝＋μL，所以若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将不变． 【答案】(1)变大　(2)0.25　(3)不变 【变式探究】(2020·江苏省盐城一中高三模拟)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；
轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：
(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑． (2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余(N－n)个钩码仍留在小车内；
用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s­t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a. (3)对应于不同的n的a值见下表．n＝2时的s­t图象如图乙所示；
由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表. n 1 2 3 4 5 a/(m·s－2) 0.20 0.58 0.78 1.00 (4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出a­n图象．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比． (5)利用a­n图象求得小车(空载)的质量为________ kg(保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)． (6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)． A．a­n图线不再是直线 B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点 C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大 【解析】(3)由s＝at2，结合图乙可得滑块运动的加速度a＝＝ m·s－2＝0.40 m·s－2. (4)根据表中数据描点作图，如图所示． (5)由nmg＝(Nm＋M)a可得， a＝ n，得图象的斜率为＝，解得M＝0.44 kg. (6)若保持木板水平，则nmg－μ[(N－n)mg＋Mg]＝(Nm＋M)a，求得a＝n－μg，因此图象仍是一条直线，但图象不再过原点，图象的斜率比原来的斜率更大，B、C正确． 【答案】(3)0.40(0.37～0.49均对)　(4)图见解析 (5)0.44(0.43～0.47均对)　(6)BC