专题18 力学实验---2024年高考物理二轮热点题型归纳与变式演练（新高考通用）

专题18 力学试验 目录 一、必修实验 1 【题型一】 纸带类问题 1 【题型二】弹簧、橡皮条类实验 14 【题型三】 平抛实验 22 二.选修实验 25 【题型四】单摆实验 25 【题型五】碰撞实验 34 三．力学创新实验 44 一、必修实验 【题型一】 纸带类问题 【解题指导】1．平衡摩擦力的两个实验及方法 探究加速度与力、质量的关系及探究做功与速度变化的关系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，小车能匀速下滑。 2．三个关键点 (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象，充分利用图象斜率、截距等的物理意义。 【典例分析1】（2023上·四川绵阳·高三绵阳中学校考开学考试）某同学利用如图甲所示的装置研究小车的匀变速直线运动，实验时将打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带如图乙所示。 （1）实验时必要的措施是 。（填正确选项前的字母标号） 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）图乙中A、B、C、D、E、F、G为依次选取的计数点（每相邻两个计数点间还有四个点未画出），已知，，，，，，则小车的加速度大小为 。（结果保留两位有效数字） 【典例分析2】．（2023上·内蒙古赤峰·高三统考阶段练习）某同学利用下面方法间接测量物体质量M，并利用此装置验证系统机械能守恒。装置如图甲所示，一根轻绳跨过轻质定滑轮与两个相同的重物P、Q相连，重物P、Q质量均为m=200g，在重物Q的下面通过轻质挂钩悬挂待测物块Z，重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度为g=9.8m/s2。 （1）某次实验中，先接通频率为50Hz的交流电源，再由静止释放系统，得到如图乙所示的纸带，其中s1=4.47cm，s2=5.34cm，s3=6.21cm，s4=7.10cm，s5=7.98cm，s6=8.86cm。则系统运动的加速度a= m/s2，5点的速度v5= m/s（保留三位有效数字）； （2）忽略各类阻力，求出物块Z质量的测量值为M= kg(保留三位有效数字)； （3）利用纸带还可以验证系统机械能守恒，测量纸带得出1点到5点的距离为h，求出1点速度为v1，5点的速度为v5，根据以上数据，可求重物由1点运动到5点时系统重力势能减少量等于 ，系统动能的增加量等于 ，通过数据可得出在误差允许的范围内系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量，则系统机械能守恒(表达式用题中M、m、v1、v5、g、h字母表示)。 【方法提炼】 1．两个关键点 (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”的说法是等效的，T＝5×0.02 s＝0.10 s. (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． 2．纸带记录的信息 纸带可以记录物体运动的时间和物体运动的位移．(频闪照相和纸带记录的物理量相同) 3．纸带的三大应用 (1)判断物体的运动性质． 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 做匀变速直线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，求打某一点时物体的瞬时速度，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)求加速度 ①用“逐差法”求加速度 如图所示 因为a1＝，a2＝，a3＝， 所以a＝＝. ②v－t图象求加速度 可以根据纸带计算出各计数点的速度，画出v－t图象． 直线的斜率为物体运动的加速度，a＝. 【强化训练】 1.（2024·四川内江·统考一模）某同学用如图所示的实验装置来验证动能定理。实验过程如下： （1）该同学先用图甲所示装置，测滑块与长木板间的滑动摩擦力f，把弹簧测力计的一端固定在墙上，用力F水平向左拉放在水平面上的长木板，使长木板向左运动，此时测力计的示数稳定，则： ①为了测出滑块与长木板之间的滑动摩擦力的大小，下列操作中正确的是 ； A．长木板作匀速直线运动 B．长木板作匀加速直线运动 C．