2018高考物理15大热门考点押题预测热门考点15+力学实验中原理分析的问题

力学实验
一、内容概述：
1.主要题型：填空题
2.命题特点
（1）常规实验：立足教材，着重考查完成实验的能力。主要涉及基本仪器的使用（含读
数）、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步强的资排，以及实验数据的
处理、实验误差的分新
（）创新实验，“新”可以更如有效是考查学生分析问题意的能力，区分度也如大了。主
要表现在，①实验基材的等效与曾养，如用气垫导轨代替长木板、光电门和闪光照相机代
将打点计时态等。②天验结论的拓照与延伸，如通过实验装置测出物体的如激度，那利用
牛领第二定样求物体的阻力等，②试题情景的没计与创新。
3.思想方法
常用方法，等效替代、图像法、平均值法、列表法
二、常考题型
题型一：游标卡尺的使用与读数
2、螺旋测微器的读数
测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数（含估读值）
3、规律方法：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确定主尺的分度（一般是1cm，即10mm)，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，最后两数相如。游标卡尺读数不估读。（3）不要把游标尺的边缘当成零测度，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，由可动测度的0测度线位置判定：要准确到0.0lmm，估读到0.001mm，即站果若用mm做单位，对小数点后须保留三位数字。
典例1．(1)如图14－1－3中游标卡尺游标尺的每小格比主尺的每小格小________mm；该游标卡尺的读数应为________mm.
图14－1－3
(2)螺旋测微器的读数应为________mm.
【解析】(1)主尺每小格的长度为1 mm，而游标尺上的刻度是把9 mm分成了10份，每一份为0.9 mm，所以游标尺的每小格比主尺的每小格小0.1 mm，主尺读出0 mm，游标尺读出10×0.1 mm，所以读数为1.0 mm；(2)从固定刻度尺上读出0.5 mm，可动刻度与固定刻度中心线对齐的格数为14.2格，所以示数为：0.5 mm＋14.2×0.01 mm＝0.642 mm.x/k*-w
【答案】(1)0.1　1.0　(2)0.642(0.641～0.643)
典例2.在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测某长方体工件的厚度如图14－1－4所示，根据图示可判断其厚度为________mm，该学生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)
图14－1－4
①螺旋测微器　②10分度游标卡尺　③20分度游标卡尺　④50分度游标卡尺
【答案】1.700　③
题型二：“纸带类”实验 (一套装置、一条纸带串联四个力实学验)
常用计时仪器及计时方式
（1）打点计时器
①r=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）光电计时器
光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口。
（3）频闪照相机计时
用相等时间间隔获取图象信息的方法记下物体在不同时刻的位置。
规律方法
求瞬时速度和加速度的方法
求瞬时速度的方法①利用纸带求瞬时速度利用做匀变速运劝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
则打n点时的速度
②利用光电门求瞬时速度
把遮光条（宽度为d）通过光电门的时间t内的平均速度看作物体经过光电门的瞬时速度即
求加速度的方法
①利用纸带求加速度
如图所示，有连续的偶数段数据：
不连续的两端数据，如图：
②利用光电门求加速度
若两个光电门之间的距离为L，则利用速度和位移的关系求加速度即：
典例1．(2017年高考·天津卷)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________．
A．重物选用质量和密度较大的金属锤
B．两限位孔在同一竖直面内上下对正
C．精确测量出重物的质量
D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物
(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图14－2－16所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．
图14－2－16
A．OA、AD和EG的长度
B．OC、BC和CD的长度
C．BD、CF和EG的长度
D．AC、BD和EG的长度
【解析】(1)选用质量和密度较大的金属锤、限位孔对正都可以降低摩擦阻力对实验结果造成的误差，所以A、B正确；动能与重力势能表达式中都含有质量m，可以约去，故不需要测量出质量m的具体数据，C错误；重锤下落之前应该用手拉住纸带上端而不是用手托住重锤，D错误．(2)测出BC和CD的长度就可以计算出打下C点时的速度vC，再测出OC的长度，就可验证mghOC＝mv是否成立，所以B正确；测出BD、EG的长度可计算出打下C、F两点时的速度vC和vF，再测出CF的长度，就可验证mghCF＝mv－mv是否成立，所以C正确．
【答案】(1)AB　(2)BC
典例2．某同学利用图装置研究小车的匀变速直线运动．
(1)实验中，必要的措施是________．
A．细线必须与长木板平行
B．先接通电源再释放小车
C．小车的质量远大于钩码的质量
D．平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图14－2－18所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s1＝3.59 cm，s2＝4.41 cm，s3＝5.19 cm，s4＝5.97 cm，s5＝6.78 cm，s6＝7.64 cm.则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)
＝
＝0.80 m/s2；
打点计时器在打B点时的速度：
vB＝＝＝0.40 m/s.
【答案】(1)AB　(2)0.80　0.40
典例3．为验证“拉力做功与物体动能改变的关系”，某同学到实验室找到下列器材：长木板(一端带定滑轮)、电磁打点计时器、质量为200 g的小车、质量分别为10 g、30 g和50 g的钩码、细线、学生电源(有“直流”和“交流”挡)．该同学进行下列操作
A．组装实验装置，如图14－2－19甲所示
B．将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车
C．选用50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上
D．释放小车，接通打点计时器的电源，打出一条纸带
E．在多次重复实验得到的纸带中选出一条点迹清晰的纸带，如图14－2－19乙所示
F．进行数据采集与处理
请你完成下列问题：
(1)进行实验时，学生电源应选择用________(填“直流”或“交流”)挡．
(2)该同学将纸带上打的第一个点标为“0”，且认为打“0”时小车的速度为零，其后依次标出计数点1、2、3、4、5、6(相邻两个计数点间还有四个点未画出)，各计数点间的时间间隔为0.1 s，如图乙所示．该同学测量出计数点0到计数点3、4、5的距离，并标在图乙上．则在打计数点4时，小车的速度大小为________m/s；如果将钩码的重力在数值上当作小车所受的拉力，则在打计数点0到4的过程中，拉力对小车做的功为________J，小车的动能增量为________J．(取重力加速度g＝9.8 m/s2，结果均保留两位有效数字)
(3)由(2)中数据发现，该同学并没有能够得到“拉力对物体做的功等于物体动能增量”的结论，且对其他的点(如2、3、5点)进行计算的结果与“4”计数点相似．你认为产生这种实验结果的主要原因有(写出两条即可)：
①_____________________________________________________ ___________________；
②_____________________________________________________ __________________.
【答案】(1)交流
(2)0.58　5.9×10－2　3.4×10－2
(3)①小车质量不满足远大于钩码质量
②没有平衡摩擦力
③没考虑砝码动能的增加
典例4．用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物块A、B，物块B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环中心处在物块B的正下方．开始时，金属片C与圆环间的高度为h，A、B、C由静止开始运动．当物块B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门分别固定在铁架台P1、P2处，通过数字计时器可测出物块B从P1旁运动到P2旁所用时间t，已知重力加速度为g.
(1)若测得P1、P2之间的距离为d，则物块B刚穿过圆环后的速度v＝________.
(2)若物块A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，该实验中验证了下面选项________中的等式成立，即可验证机械能守恒定律．
A．mgh＝Mv2　　　　　　 B．mgh＝Mv2
C．mgh＝(2M＋m)v2 D．mgh＝(M＋m)v2
(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、数字计时器外，还需要________．
(4)改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及物块B从P1旁运动到P2旁所用时间t，则以h为纵轴，以________(填“t2”或“”)为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线，该直线的斜率k＝______(用m、g、M、d表示)．
h－图线的斜率k＝.
【答案】(1)　(2)C　(3)天平　(4)　
考向三　“橡皮条、弹簧”类实验
核心知识：
1.探究弹力和弹装伸长呈的关系的操作关键
（1）实验中不能挂过多的构码，防止弹簧超过弹性限度。
（2）画图象时，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.
2.验证力的平行四边形定则的操作关键
（1）海次拉伸结点位置O必须保持不变
（2）记下每次各力的大小和方向。
（3）画力的图示时应选抓适当的标度
规律方法：
验证力的平行四边形定则实验应注点的问题
用两个弹簧秤拉橡皮条时的“三记录”（记录两弹簧称示数、两细绳方向和结点O的位置），用一个弹簧称拉橡皮条时的“二记录”（记录弹簧释示数和细绳方向）及“一注意”（结点O的位置必须在同一位置）等。
典例1“探究求合力的方法”的实验装置如图14－3－5甲所示．
(1)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图甲所示．其中，细绳CO对O点的拉力大小为________N.
(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上．由图求出合力的大小F合＝________N(保留两位有效数字)．
(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图丙所示，利用读得的数据，他得出了弹簧的劲度系数．那么，该弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留两位有效数字)．
【解析】 (1)由图甲可读出CO对O点的拉力大小为2.60 N.
(2)在题图乙上作图如图14－3－6所示，结合作图可求得合力大小为4.9 N.
(3)由题图丙可知，弹簧测力计0刻度线对应5.0 mm,2.60 N对应48.0 mm，由胡克定律F＝kx，解得k＝＝60 N/m. x*/k/w
【答案】(1)2.60　(2)4.9　(3)60
典例2.某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2.主要实验步骤如下：
Ⅰ.弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F；
Ⅱ.弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O处，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下弹簧测力计的示数F1；
Ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F′1＝__①__；
Ⅳ.比较__②__，即可初步验证；
V．只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤．
回答下列问题：
(1)完成实验步骤：①________；②________；
(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120°不变，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________(填选项前的序号)．
A．逐渐增大 B．先增大后减小
C．逐渐减小 D．先减小后增大
【答案】(1)①　②F1和F1′　(2)A
典例3．某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为______cm；
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是____________(填选项前的字母)；
A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________________________________________________________________．
【解析】(1)由题图乙知，读数为14.66 cm，所以弹簧伸长量(14.66－7.73)cm＝6.93 cm；
(2)若随意增减砝码，作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项A正确．
(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧弹性限度．
【答案】(1)6.93　(2)A　(3)钩码重力超过弹簧弹性限度
总结归纳：
在处理实验问题时，第一要注意实验目的是什么，知道通过实验像要验证什么问题，第二利用相对应的物理公式来验证实验结果；
每个实验都有误差，要学会分析误差，知道误差导致测量结果偏大还是偏小。在考察实验步骤的实验中要牢记实验规律，比如平行四边形定则实验中应该注意的事项。
四 强化练习
兴趣小组的同学们利用如图19－1所示的装置“研究匀变速直线运动的规律”．他们将质量为m1的物体1与质量为m2的物体2(m1．
图所示为实验中打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，O是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D、…是按打点先后顺序依次选取的计数点，在相邻两个计数点之间还有四个点没有画出．打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.
(1)相邻两计数点之间的时间间隔为________s.
(2)实验时要在接通打点计时器之________(填“前”或“后”)释放物体．
(3)将各计数点至O点的距离依次记为x1、x2、x3、x4、…测得x2＝1.60 cm，x4＝6.40 cm，请你计算打点计时器打下C点时物体的速度大小是________m/s.
(4)同学们根据测出的物体1上升的高度x与相应的时间t，描绘出如图19－3所示的x－t2图线，由此可以求出物体的加速度大小为________m/s2.
解a＝2k＝2×＝0.80 m/s2.
【答案】(1)0.10　(2)后　(3)0.24　(4)0.80
2．某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验，实验步骤如下：
a．以弹簧长度x为横坐标，以弹力F为纵坐标，描出各组(F，x)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；
b．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；
c．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近________固定一把刻度尺；
d．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；
e．依据所画图线，以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式；
f．整理仪器．
(1)请补充完整步骤c中的内容：________，合理的实验步骤顺序为________．
(2)根据图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线，该弹簧的原长为x0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.
(3)如利用本实验原理把该弹簧做成一个弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图19－4丙所示时，该弹簧的长度x＝________cm.
【答案】(1)竖直　cbdaef　(2)4　50　(3)10
3．为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数，某学习小组设计了如图19－5所示的实验装置，其中挡板可固定在桌面上，轻弹簧左端与挡板相连，桌面高为h，O1、O2、A、B、C点在同一水平直线上．已知重力加速度为g，空气阻力可忽略不计．
实验过程一：如图19－5甲所示，挡板固定在O1点，推动滑块压缩弹簧，滑块移到A处，测量O1A的距离，滑块由静止释放，落在水平地面上的P点，测出P点到桌面右端的水平距离为x1；
实验过程二：将挡板的固定点移到距O1点距离为d的O2点，如图19－5乙所示，推动滑块压缩弹簧，滑块移到C处，使O2C的距离与O1A的距离相等．滑块由静止释放，落在水平地面上的Q点，测出Q点到桌面右端的水平距离x2.
(1)为完成本实验，下列说法中正确的是________．
A．必须测出小滑块的质量
B．必须测出弹簧的劲度系数
C．弹簧的压缩量不能太小
D．必须测出弹簧的原长
(2)写出动摩擦因数的表达式μ＝________(用题中所给物理量的符号表示)．
(3)某同学认为，不测量桌面高度，改用停表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间，也可测出小滑块与水平桌面间的动摩擦因数．此实验方案________(填“可行”或“不可行”)，理由是________________________________________________________________________．
【答案】(1)C　(2)　(3)不可行　滑块在空中飞行时间很短，停表测时间误差较大(不易测量或误差大均可)
4．某同学设计了如图的装置做实验，已知：木板和小车间的摩擦及纸带和限位孔间的摩擦都可以作忽略处理，木板的倾斜角度可以通过改变木板下端支撑在1～5五个位置而改变，还配有刻度尺、量角器、砝码、天平等器材．则该装置不能完成下列实验中的________(填代码)．不能够完成实验的理由是______________________________________________________ __________________．
A．研究匀变速直线运动
B．探究加速度与力的关系
C．探究加速度与质量的关系
【答案】C
5．要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接的测量工具，某实验小组选用下列器材：轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、砝码一套(总质量m0＝0.5 kg)、细线、刻度尺、停表．他们根据已学过的物理学知识，改变实验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量．请完成下列步骤．
(1)实验装置如图所示，设右边沙袋A的质量为m1，左边沙袋B的质量为m2.
(2)取出质量为m的砝码放在右边沙袋A中，剩余砝码都放在左边沙袋B中，发现A下降，B上升．(左右两侧砝码的总质量始终不变)
(3)用刻度尺测出A从静止下降的距离h，用停表测出A下降所用的时间t则可知A的加速度大小a＝______.
(4)改变m，测量相应的加速度a，得到多组m及a的数据，作出________(填“a－m”或“a－”)图线．
(5)图线的斜率k＝4 m/(kg·s2)，截距b＝2 m/s2，则沙袋的质量m1＝____________kg，m2＝____________kg.(g＝10 m/s2)
【答案】(3)　(4)a－m　(5)3　1.5
6．在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图19－8所示的实验方案．操作如下：
(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图19－9所示，应________(填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．
(2)已知小车质量为M，砂和砂桶的总质量为m，要使细线的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，应该满足的条件是________．
(3)实验中得到如图19－10甲所示的一条理想纸带，相邻计数点间还有四个点没画出，已知打点计时器的打点频率为50 Hz，则小车的加速度大小为________m/s2.(结果保留一位有效数字)
(4)图乙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a与砂和砂桶的总质量m之间的关系图象，若牛顿第二定律成立，则小车的质量M＝________kg.
【解析】(1)平衡摩擦力时，由于打出的纸带点迹间距离逐渐减小，说明小车做减速运动，即斜面倾角偏小，应增大斜面倾角，反复调节，直到打出的纸带点迹间距相等为止．(2)取小车、砂和砂桶的整体为研究对象，则有mg＝(M＋m)a，以小车为研究对象有T＝Ma，联立得T＝·mg＝·mg，所以当m?M时，1＋≈1，T≈mg.(3)由题意知图中相邻两计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s，由逐差法可知小车的加速度大小a＝×10－2m/s2＝0.5 m/s2.(4)根据mg＝(M＋m)a可变式为＝·＋，由题意知k＝，b＝，所以M＝，结合图象可得M＝0.8 kg.
【答案】(1)增大　间距相等　(2)M?m　(3)0.5　(4)0.08
7．用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系．木板上固定两个完全相同的遮光条A、B，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上，轨道放在水平桌面上，P为小桶(内有砂子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度大小为g.
(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是________．
(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________cm.
(3)实验主要步骤如下：
①测量木板(含遮光条)的质量M，测量两遮光条间的距离L，按图甲正确连接器材；
②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门的时间为t1、t2，则遮光条B、A通过光电门的过程中木板动能的变化量ΔEk＝________，合外力对木板做功W＝________；(用字母M、t1、t2、d、L、F表示)
③在小桶中增加砂子，重复②的操作，比较W、ΔEk的大小，得出实验结论．
(4)若本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为μ，测得多组F、t1、t2的数据，并得到F与－的关系图象如图19－11丙，已知图线在纵轴上的截距为b，斜率为k，求得μ＝________(用字母b、d、L、k、g表示)．
结合图象可知斜率k＝，纵截距为b＝μMg，联立可得μ＝.
【答案】(1)平衡摩擦力　(2)0.155　(3)　FL　(4)
8．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M的前端粘有橡皮泥，推动小车M使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车N相碰并粘合成一体，并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M后连着纸带，打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木块以平衡摩擦力．
(1)若已得到纸带如图19－12乙所示，测得的各计数点间距离标在图上，A为运动起始点，则应选________段来计算小车M的碰前速度，应选________段来计算小车M和小车N碰后的共同速度．(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)
(2)已测得小车M的质量mM＝0.40 kg，小车N的质量mN＝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________________________________________．
【答案】(1)BC　DE　(2)0.420　0.417　在实验误差允许的范围内碰撞前后总动量不变