2021届高考物理二轮专题复习讲义：专题六第1讲 力学实验

专题复习目标 学科核心素养 高考命题方向
1.复习力学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。 2．复习电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。 科学探究：基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案。
科学推理： 通过实验获取和处理信息、基于证据得出结论并做出解释。 高考主要考查：对力的研究；验证机械能守恒和动量守恒定律；电表改装、多用电表原理；“电阻测量类”实验；测量电源的电动势和内阻；利用传感器设计并制作简单的自动控制装置；电学拓展创新实验等。
第1讲　力学实验
实验一　研究匀变速直线运动
(2020·葫芦岛市上学期质监)在研究匀变速直线运动的实验中，某同学通过实验得到一条如图所示的纸带，并在纸带上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个实际点没画出，打点计时器打点周期为T。则：
(1)计算F点速度大小的公式为vF＝______________(用给定的字母表示)。
(2)若测得d6＝61.50 cm，d3＝24.00 cm则纸带运动的加速度为 a＝____________m/s2(交流电频率为50 Hz，保留3位有效数字)；如果当时电网中交流电的频率f<50 Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测得值比实际值________(选填“偏大”或“偏小”)。
[解析]　(1)每相邻两个计数点间还有4个实际点没画出，则计数点的时间间隔为t＝5T
根据匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，有：
vF＝EG＝＝＝；
(2)由匀变速直线运动的推论：Δx＝at2，t＝5T
结合纸带上共六段位移，采用逐差法可得平均加速度：
＝＝＝ m/s2＝1.50 m/s2；
纸带上所测位移没有系统误差，若实际频率f<50 Hz，则周期偏小，则导致加速度的测量值偏大。
[答案]　(1)　(2)1.50　偏大
【拓展训练1】　研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz.纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．
(1)部分实验步骤如下：
A．测量完毕，关闭电源，取出纸带．
B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．
C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．
D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔．
上述实验步骤的正确顺序是：________(用字母填写)．
(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝________s.
(3)计数点5对应的瞬时速度大小的计算式为v5＝________．
(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________________________．
解析：(1)按常规实验步骤，先安装再操作后整理，再根据打点计时器的使用方法可知正确步骤为D、C、B、A．
(2)T打＝ s＝0.02 s，因为相邻两计数点间有4个记录点未画出，故计数点的时间间隔T＝5T打＝0.1 s.
(3)由v＝＝得，v5＝.
(4)为了充分利用数据，应采用逐差法：
a＝＝.
答案：(1)DCBA　(2)0.1　(3) 　(4)
实验二　探究弹力和弹簧伸长之间的关系
(2020·百师联盟山东模拟)一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图如图所示，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直直尺。静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00 N；缓慢竖直向上拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示。
传感器示数N(N) 6.00 4.00 3.00 1.00 0
指针示数x(cm)
14.60 15.81 18.19 19.40
(1)补充完整表格中直尺的读数________；
(2)在以传感器示数N为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出N－x图象，并根据图象求得弹簧的劲度系数为_____N/m。(结果保留3位有效数字)
[解析]　(1)直尺的最小刻度为1 mm，根据直尺的读数规则可知，估读到最小刻度的下一位，故读数为12.20 cm；　
(2)根据表格数据做出图象，如图所示，
由题意可知N＋F＝mg
则N＝mg－kΔx
即N＝mg－k(x－x0)
得图象的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，由图象可知k＝＝ N/m≈83.3 N/m。　
[答案]　(1)12.20　(2)见解析图　83.3(82.0～83.8都算正确)
【拓展训练2】　(2020·广州市下学期一模)某同学用图(a) 所示装置“探究弹力与弹簧伸长量的关系”。弹簧的上端固定在铁架台支架上，弹簧的下端固定一水平纸片(弹簧和纸片重力均忽略不计)，激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h。
(1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧________时，记录所挂钩码的重力和对应的h；
(2)根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图线如图(b)所示，可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离h0＝________cm，弹簧的劲度系数k＝________ N/m。(结果都保留到小数点后1位)
解析：(1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧静止时，此时弹力与重力大小相等，记录所挂钩码的重力和对应的h。
(2)由图可知，当F＝0时，h0＝120.0 cm，即未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离为120.0 cm，由胡克定律可得ΔF＝kΔh，即图象斜率绝对值的倒数表示弹簧劲度系数则有k＝ N/m＝34.0 N/m。
答案：(1)静止　(2)120.0　34.0
实验三　验证力的平行四边形定则
(2020·广东佛山一模)在“探究求合力的方法”的实验中：
(1)已有实验器材：木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔，如图所示的器材中还需要选取________；
(2)某实验室老师提供的橡皮筋和细绳套如图所示，在实验过程中需要记录的“结点”应该选择________(选填“O点”或“O′点”)；
(3)关于此实验的操作，说法正确的是________。
A．b、c两细绳套应适当长一些
B．实验过程中，弹簧测力计外壳可以与木板有接触
C．重复实验再次探究时，“结点”的位置可以与前一次不同
D．只有一把弹簧测力计也可以完成此实验
[解析]　(1)在“探究求合力的方法”的实验中需要刻度尺测量长度，弹簧测力计测量橡皮筋拉力，故选A、C；
(2)实验通过O′点的位置体现合力的作用点；
(3) b、c两细绳套应适当长一些可以减小实验的误差，故A正确；测量力的实验要求尽量准确，故弹簧测力计外壳不能与木板有接触，故B错误；合力与分力的关系为等效替代的关系，效果是相同的，所以在同一次实验时，需要让两者相同，则必定结点的位置要相同，而在重复实验再次进行验证时，结点的位置可以与前一次不同，故C正确；如果只有一个弹簧测力计，可以先将结点拉到某个位置，记下两个拉力的方向，读出一个数，然后拆开仪器重做，再将结点拉到相同位置得到另一个方向的读数，然后拆开仪器重做，再单独用1个力将结点拉到相同位置得到一个读数，故D正确。
[答案]　(1)AC　(2) O′点　(3)ACD
实验四　验证牛顿第二定律
(2020·江南十校联考)某实验小组做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图甲所示，在下面实验中均满足木块质量远大于砂和砂桶的总质量，可认为细绳对木块的拉力大小等于砂和砂桶的重力，以下三位同学均进行了平衡摩擦力操作。
(1)小组中A同学在实验中获取的一段纸带如图乙所示，图中标出了各计数点间的距离，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，由纸带可求出木块的加速度的大小a＝________m/s2。(计算结果保留2位有效数字)
(2)小组中B同学根据自己得到的实验数据作出了加速度a与合力F的关系图线如图丙所示，该图线不通过坐标原点，原因可能是___________________。
(3)小组中C同学做实验时，保持砂和砂桶的总质量不变，木块自身的质量M保持不变，改变木块中砝码的质量m，并测出所对应的加速度a，以m为横坐标，以为纵坐标，在坐标纸上作出如图丁所示的关系图线，实验结果验证了牛顿第二定律。如果图中纵轴上的截距为b，则砂和砂桶受到的重力为________。
[解析]　(1)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2，可以求出加速度的大小，即a＝＝ m/s2≈0.59 m/s2。
(2)由题图丙可知，a－F图象在a轴上有截距，说明没有外力时，木块已经产生了加速度，这是由平衡摩擦力过度造成的。
(3)根据题意，由牛顿第二定律得m0g＝(M＋m)a，整理得＝＋m，则－m图象的截距b＝，砂和砂桶受到的重力m0g＝。
[答案]　(1)0.59　(2)平衡摩擦力过度(或木板左端垫得过高)　(3)
【拓展训练3】　某实验小组利用如图甲所示的实验装置进行“探究加速度与物体受力的关系”的实验。纸带连接在小车左端，并穿过电火花打点计时器，细绳连接在小车的右端，并通过动滑轮与弹簧测力计相连，不计细绳与滑轮的摩擦，钩码悬挂在动滑轮上。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________；
A．实验前应对小车进行平衡摩擦力
B．需要满足小车的质量远大于钩码的质量
C．实验时应先接通打点计时器再释放小车
D．弹簧测力计的读数始终等于钩码重力的一半
(2)某次实验得到的纸带如图乙所示，用刻度尺测量出相邻计数点间的距离分别为x1、x2、x3、x4，且相邻计数点间还有四个计时点未画出，已知电源的频率为f，可得小车的加速度表达式为a＝______________(用x1、x2、x3、x4、f来表示)；
(3)实验完毕后，某同学发现实验时的电压小于220 V，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)实验前应对小车进行平衡摩擦力，使绳的拉力为小车受到的合外力，故A正确；绳中拉力根据弹簧测力计读出，不需满足小车的质量远大于钩码的质量，故B错误； 实验时应先接通打点计时器再释放小车，故C正确；弹簧测力计的读数为绳中的拉力，而钩码向下做加速运动，故绳中拉力小于钩码重力的一半，故D错误。
(2)根据逐差法可知，小车的加速度为：
a＝＝f2。
(3)根据(2)中所得到的加速度的表达式可知，加速度与电源电压无关，所以加速度的测量值与实际值相比是不变的．
答案：(1)AC　(2)f2　(3)不变
实验五　探究动能定理
(2020·华师一附三模)现利用如图甲所示的装置做“探究动能定理”的实验，实验操作如下(当地重力加速度为g)：
①先测出小车的质量M并按图示安装好实验装置，再测量两光电门之间的距离L，挂上砂桶，可适当倒入少量砂子；
②调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等；
③取下细绳和砂桶保持长木板的倾角不变，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门1和2时显示的时间t1、t2，并测量此时砂子和砂桶的总质量m；
④重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复步骤②③。
(1)如图乙所示，用50分度游标卡尺测得小车上遮光片的宽度d＝____mm。
(2)本实验中若表达式____________________________成立，则验证了动能定理。
[解析]　(1)50分度游标卡尺游标尺每一小格0.98 mm，游标尺上第10格与主尺的15 mm刻度对齐，所以游标尺上的零刻度与主尺15 mm刻度的距离为0.98 mm×10＝9.80 mm，则遮光片的宽度应为15 mm－9.80 mm＝5.20 mm。　
(2)挂上砂桶后小车匀速运动，小车受力平衡，设木板与水平面的夹角为θ，则有T＝Mgsin θ－f，T＝mg，所以将砂桶取下后，小车所受的合力为mg，由动能定理可得：mgL＝－。
[答案]　(1)5.20　(2)mgL＝M－M
实验六　验证机械能守恒定律
(2020·山西太原模拟)某实验小组用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。将一钢球用细线系住悬挂在铁架台上，钢球静止于A点。在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。在A的正下方固定一光电门。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝作为钢球经过A点时的瞬时速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间重力势能的变化大小ΔEp与动能的变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒。
(1)用ΔEk＝mv2计算钢球动能变化量的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为________ cm。某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球经过A时的速度v＝________m/s(保留3位有效数字)。
(2)下表为该实验小组的实验结果：
ΔEp(×10－2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38
ΔEk(×10－2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8
从表中发现ΔEp与ΔEk之间存在差异，可能造成该差异的原因是________。
A．用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能的变化大小时，钢球下落高度h为测量释放时钢球球心到球在A点时底端之间的竖直距离
B．钢球下落过程中存在空气阻力
C．实验中所求速度是遮光条的速度，比钢球速度略大
[解析]　(1)刻度尺的最小分度值为1 mm，需估读一位，所以读数为1.50 cm；
钢球经过A的速度为v＝＝ m/s＝1.50 m/s。
(2)表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，且有ΔEk＞ΔEp；钢球下落高度h为测量释放时钢球球心到球在A点时底端之间的竖直距离，测量的高度h偏大则ΔEp偏大，故A错误；若钢球下落过程中存在空气阻力，则有重力势能减少量大于钢球的动能增加量，即ΔEp＞ΔEk，故B错误；实验中所求速度是遮光条的速度，比钢球速度略大，导致ΔEk＞ΔEp，故C正确。
[答案]　(1)1.50　1.50　(2)C
【拓展训练4】　(2020·广东佛山调研)某同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，将气垫导轨固定在水平桌面上，调节旋钮P使其水平，在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在B处固定一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为M、将质量为m的钩码通过细线与滑块连接，打开气源，滑块从A处由静止释放，宽度为d的遮光条经过光电门遮光时间为t，取遮光时间t内的平均速度作为滑块经过B处的速度，A、B之间的距离为x，钩码离地面足够高，重力加速度为g。
(1)关于实验操作和注意事项，下列说法正确的是________。
A．必须满足m远小于M
B．调整定滑轮高度，使细线水平
C．用手向上托稳钩码，由静止开始释放钩码
D．不开气源，平衡滑块与导轨之间的摩擦力后，也能验证系统机械能守恒
(2)滑块由A运动到B的过程中，系统重力势能的减小量ΔEp为________，系统动能的增加量ΔEk为________。(以上结果均用题中所给字母表示)
(3)改变x重复实验得到多组数据，用图象法处理数据，为了形象直观，应该画________。
A．t－x图象　　
B．t2－x图象　　
C．－x图象
解析： (1)实验中要验证钩码和滑块系统机械能守恒，则没必要满足m远小于M，A错误；调整定滑轮高度，使细线水平，B正确；用手先固定住滑块，由静止开始释放滑块，C错误；不开气源，则滑块与导轨之间有较大的摩擦力，用此装置不能验证系统机械能守恒，D错误。
(2)滑块由A运动到B的过程中，系统重力势能的减小量ΔEp＝mgx
滑块经过光电门时的速度为v＝
则系统动能的增加量ΔEk＝(M＋m)v2＝(M＋m)。
(3)要验证的关系式为mgx＝(M＋m)
则改变x重复实验得到多组数据，用图象法处理数据，为了形象直观，应该画－x图象。
答案：(1)B　(2)mgx　(M＋m)　(3)C
实验七　验证动量守恒定律
(2020·河北唐山模拟)用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。
(1)为了减小实验误差，下列做法正确的是________；
A．两球的质量和半径都一样大
B．多次将A球从不同的高度释放
C．保证斜槽末端的切线水平
D．减小斜槽对小球A的摩擦
(2)图乙是B球的落点痕迹，刻度尺的“0”刻线与O点重合，可以测出碰撞后B球的水平射程为________cm；
(3)本次实验必须进行测量的是________。
A．水平槽上未放B球时，A球的落点位置到O点的水平距离
B．A球与B球碰撞后，A球和B球的落点位置到O点的水平距离
C．A球与B球下落的时间
D．A球和B球的质量(或两球质量之比)
[解析]　(1)为防止碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，故A错误；为使球到达轨道末端时的速度相等，应多次将A球从同一高度释放，故B错误；为使小球离开轨道后做平抛运动，保证斜槽末端的切线水平，故C正确；斜槽对小球的摩擦对实验没有影响，不需要减小斜槽对小球A的摩擦，故D错误。
(2)碰撞后B球的水平射程落点如图乙所示，取所有落点中靠近中间的点读数，即可取一个最小的圆的圆心，约为64.45 cm；
(3)根据实验原理可得mAv0＝mAv1＋mBv2
又因下落时间相同，即可求得mAOP＝mAOM＋mBON
可知需要测量的物理量是水平槽上未放B球时，A球的落地点到O点的距离OP，A球与B球碰撞后，A、B两球落点到O点的距离OM和ON，需要测量A球和B球的质量，不需要测量水平槽面离地面的高度或小球在空中飞行时间，故选A、B、D。
[答案]　(1)C　(2)64.45　(3)ABD
【拓展训练5】　(2020·湖南三湘大联考)气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。
采用的实验步骤如下：
①用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。
②调整气垫导轨，使导轨处于水平。
③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。
④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。
⑤按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量是_____________________________。
(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是______________________________________。
(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？若能，请写出表达式：________________________________。
解析：(1)验证动量守恒，需要知道滑块的运动速度，在已经知道运动时间的前提下，需要测量滑块的位移，即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2。
(2)由于运动前两滑块是静止的，故总动量为零，运动后两滑块是向相反方向运动的，设向左运动为正，则有mAvA－mBvB＝0，即mA－mB＝0.造成误差的原因：一是测量本身就存在误差，如测量质量、时间、距离等存在误差；二是空气阻力或者导轨不是水平的。
(3)根据能量守恒定律知，两滑块获得的动能之和就是弹簧的弹性势能，故有
ΔEp＝,t)＋mB\f(L,t)))。
答案：(1)B的右端至D板的距离L2
(2)mA－mB＝0　原因见解析　(3)见解析
(建议用时：40分钟)
1．(2020·十堰市上学期期末)某同学利用图甲所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。把物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过定滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图乙所示(图中相邻两计数点间有3个计时点未画出)。在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为0.70 m/s。
根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：
(1)所用交流电源频率为________Hz。(结果保留2位有效数字)
(2)物块的加速度大小为________m/s2。(结果保留2位有效数字)
解析：(1)设打点频率为f，则相邻两个计数点间的时间为T＝
B点的速度：vB＝＝＝0.70 m/s
解得f＝50 Hz。
(2)根据Δx＝aT2可得
a＝＝ m/s2
≈3.1 m/s2。
答案：(1)50　(2)3.1
2．(2020·密云区下学期第一次测试)某实验小组的同学用铁架台、弹簧和多个质量均为m＝50 g的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，实验装置图如图甲所示。
(1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下：
钩码个数 1 2 3 4 5
弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
指针对应刻度L/cm 12.51
15.39 16.11 17.30
当挂2个钩码时，指针对应刻度如图甲所示，将指针示数填入表格；如图乙所示在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度L为横轴的坐标系中，描点画出第2组对应的数据点，并连线得到F－L图象。请根据图象分析并得出以下结论：
①弹簧原长为________cm。
②弹簧的劲度系数k＝________N/cm(结果保留两位有效数字)。
(2)弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数k与原来一样。你认为他的想法正确吗_____________________。并解释一下你的理由
___________________________________________________________________。
解析：(1)刻度尺的读数为13.70 cm。
描点并作图：
①弹力为0时，弹簧原长为11.40 cm。
②根据胡克定律F＝kx可知，图象斜率的物理意义为弹簧的劲度系数k＝ N/cm≈0.42 N/cm。
(2)不正确。两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变。
答案：(1)13.70　见解析图　11.40(11.20～11.50)
0．42(0.40～0.45)
(2)不正确　两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变
3．(2020·河南省实验中学砺锋培卓)在“探究求合力的方法”实验中，欧阳同学用两把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到点O后，作出了这两个拉力F1、F2的图示，如图甲所示。改用一把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到同一点O，此时弹簧测力计的示数F如图乙所示。
(1)图乙中，弹簧测力计的示数F大小为________ N。
(2)在图甲中作出弹簧测力计拉力F的图示。
(3)用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，观察图形，可以发现的规律是______________________________________。
解析： (1)由图可知，弹簧测力计的最小分度为0.1 N；则弹簧测力计的示数F大小为2.05 N；
(2)运用图示法作出弹簧测力计拉力F的图示，如图所示；
(3)用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，观察图形，可以发现的规律是：在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F。
答案：(1)2.05　(2)见解析图
(3)在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F
4．(2020·广州模拟)某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图如图所示。
(1)本实验采用的实验方法是________。
A．控制变量法　　　　　　 B．假设法
C．理想实验法 D．等效替代法
(2)在保持小车受力相同时，探究加速度与质量关系的实验中，以下做法正确的是______。
A．平衡摩擦力时，应将装有砝码的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．为得出加速度a与质量m的关系而作出a－图象
(3)实验中获取的一条纸带的一部分如图甲所示，其中O、A、B、C、D是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图，打“B”计数点时小车的速度大小为__________m/s。由纸带求出小车的加速度的大小为____________m/s2。(计算结果均保留2位有效数字)
(4)某同学在探究加速度与力的关系时，根据测量数据作出的a－F图线如图乙所示。其中图线不过原点的原因是______________，图线在末端弯曲的原因是________________________。
解析：(1)本实验采用的实验方法是控制变量法。
(2)平衡摩擦力时，不应挂小桶，让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，A错误；每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确；实验时要先接通电源后放小车，C错误；因为a－ 为正比关系，故为得出加速度a与质量m的关系而作出a－图象，D正确。
(3)计数点间的时间间隔T＝0.02 s×5＝0.1 s，打B计数点时小车的速度大小为vB＝≈0.54 m/s；根据逐差法得a＝，小车的加速度a＝≈1.5 m/s2。
(4)由图线可知，当力F到达一定的值时才有加速度，故图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力；图线在末端弯曲的原因是未满足小车的质量远远大于小桶和砝码的总质量。
答案：(1)A　(2)BD　(3)0.54　1.5
(4)未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力　未满足小车的质量远远大于小桶和砝码的总质量
5．(2020·南阳市上学期期末)如图甲所示，为了测量滑块与木板间的动摩擦因数，某同学将带有滑轮的长木板放置在水平桌面上，在靠近滑轮的B处固定一个光电门，用质量为m的重物通过细线(与长木板平行)与质量为M的滑块(带遮光条)连接，细线的长度小于重物离地面的高度。将滑块从A点由静止释放，测出A、B之间的距离s和遮光条经过光电门时的遮光时间t。保持滑块和悬挂的重物的质量不变，改变释放点A与B间的距离s，多次测量最终完成实验。建立－s坐标系，描出图线如图乙所示，求得图线的斜率为k，则滑块与木板间的动摩擦因数μ＝______________(用斜率k、重力加速度g、遮光条的宽度d、滑块质量M和重物质量m表示)。
解析：据挡光时间可知，滑块经过光电门的瞬时速度为，滑块从A运动到B的过程中，根据系统动能定理得：(mg－μMg)s＝(M＋m)
变式为：＝s
则k＝
解得：μ＝－。
答案：－
6．(2020·山西运城一轮检测)如图所示，利用气垫导轨进行“验证机械能守恒定律”实验的装置。主要实验步骤如下：
A．将气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平
B．测出遮光条的宽度d
C．将带有遮光条的滑块移至图示的位置，测出遮光条到光电门的距离l
D．释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间t
E．用天平称出托盘和砝码的总质量m
F．………
已知重力加速度为g。请回答下列问题：
(1)为验证机械能守恒定律，还需要测量的物理量是_______________(写出要测的物理量名称及对应该量的符号)；
(2)滑块从静止释放，运动到光电门的过程中，所要验证的机械能守恒的表达式为____________________(用上述物理量符号表示)。
解析：(1)根据瞬时速度的定义式可知，遮光条通过光电门的速率为v＝　
令滑块和遮光条的总质量为M，托盘和砝码下落过程中，系统增加的动能为
ΔEk＝(M＋m)v2＝
根据题意可知，系统减少的重力势能即为托盘和砝码减小的重力势能，即为ΔEp＝mgl
为了验证机械能守恒，需满足的关系是mgl＝
实验中还要测量的物理量为滑块和遮光条的总质量M。
(2)滑块从静止释放，运动到光电门的过程中，所要验证的机械能守恒的表达式为mgl＝。
答案：(1)滑块和遮光条的总质量M
(2)mgl＝
7．(2020·绵阳市第三次诊断)用如图甲所示的装置验证滑块(含遮光片)和重物组成的系统机械能守恒。光电门固定在气垫导轨上B点，实验步骤如下：
①用天平测滑块(含遮光片)质量M和重物质量m，用螺旋测微器测遮光片宽度d。测得M＝3.0 kg，m＝1.0 kg。
②正确安装装置，并调整气垫导轨使其水平，调整滑轮，使细线与导轨平行。
③在气垫导轨上确定点A，让滑块由静止从A点释放，记录滑块通过光电门遮光片的挡光时间Δt；并用刻度尺测A、B两点间距离s。
④改变A点位置，重复第③步，得到如下表数据：
实验序号 1 2 3 4 5 6
s/ cm 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
Δt/(×10－3 s) 2.19 1.78 1.55 1.38 1.26 1.17
回答下列问题：
(1)测遮光片的宽度d时的情况如图乙所示，则d＝________mm。
(2)只将滑块放在导轨上，给气垫导轨充气，调整气垫导轨，当滑块________时，可以认为导轨水平了。
(3)某同学分析处理表中第3组数据，则他算得系统减少的重力势能ΔEp＝________J，系统增加的动能ΔEk＝________J。根据计算结果，该同学认为在误差范围内系统机械能守恒。(g取9.80 m/s2，计算结果保留3位有效数字)
(4)另一位同学认为前面同学只选择了一组数据，他尝试利用上表中全部数据，做出了函数关系图象，图象是一条过坐标原点的直线，则该同学做的图象是__________。
A．s－Δt　　　　 　　　　 B．s－(Δt)2
C．s－ D．s－
解析：(1)遮光片的宽度d＝2 mm＋0.01 mm×15.0＝2.150 mm；　
(2)只将滑块放在导轨上，给气垫导轨充气，调整气垫导轨，当滑块静止时，可以认为导轨水平了；
(3)分析处理表中第3组数据，则算得系统减少的重力势能ΔEp＝mgs＝1.0×9.8×0.40 J＝3.92 J
滑块的速度v＝，系统增加的动能ΔEk＝(M＋m)v2＝(M＋m)＝×4× J≈3.85 J。　
(4)要验证的关系是mgs＝(M＋m)
即s＝·
则为得到的图象是一条过坐标原点的直线，则要做s－的图象，故选D。
答案：(1)2.150　(2) 静止　(3)3.92　3.85　(4)D
8．(2020·深圳市第二次统测)某同学在实验室使用半径相同的两个小球，按如图实验装置来验证动量守恒定律。他的主要实验操作如下：
①用天平测量a、b两球的质量m1和m2
②用游标卡尺测出两个小球的直径d
③用刻度尺测出轨道末端距离地面的高度H
④用重垂线标出小球抛出点在水平地面上的白纸上的竖直投影点O
⑤在白纸上面放好复写纸，先不放b球，把a球从斜槽轨道上D点由静止释放，落到复写纸上，重复多次；再把b球放在斜槽轨道水平部分最右端，把a球仍从D点由静止释放，和b球相碰后，两球分别落在复写纸上的不同位置，重复多次
⑥用圆规在白纸上找到三个平均落点M、P和N，并用刻度尺测量出图中的、和的长度
(1)上述实验操作中不必要的步骤是______________。
(2)如果满足关系式______________________，则验证了系统碰撞过程中动量守恒。(用测量的物理量表示)
(3)实验测得：m1＝30.0 g，m2＝10.0 g，＝16.10 cm，＝30.30 cm，＝40.60 cm。则本实验的相对误差是________。(保留1位有效数字，相对误差为×100%)
解析： (1)小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证
m1v0＝m1v1＋m2v2
因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移x＝vt，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有m1＝m1＋m2
由此可知，本实验不用刻度尺测出轨道末端距离地面的高度H，其余步骤都需要。
(2)若两球相碰撞前后的动量守恒，则m1v0＝m1v1＋m2v2
球在空中的运动时间t相等，则＝v0t，＝v1t，＝v2t
代入得m1＝m1＋m2。
(3)碰撞前m1＝30.0×30.30 g·cm＝909 g·cm
碰撞后m1＋m2＝(30.0×16.10＋10.0×40.60)g·cm＝889 g·cm
实验的相对误差×100%≈2%。
答案：(1)③　(2)m1＝m1＋m2　(3)2%