资源描述
专题六 物 理 实 验
考情分析
备考策略
1.高考对同学试验的考查，主要有以下十四个试验：①争辩匀变速直线运动；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿其次定律；⑤探究动能定理；⑥验证机械能守恒定律；⑦测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；⑧描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑨测定电源的电动势和内阻；⑩练习使用多用电表；⑪传感器的简洁使用；⑫探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度；⑬测定玻璃的折射率；⑭用双缝干涉测光的波长。
2.高考除了对课本中原有的同学试验进行考查外，还增加了对演示试验的考查，利用同学所学过的学问，对试验器材或试验方法加以重组，来完成新的试验设计。
1.熟知各种器材的特性和使用方法，如游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、多用电表等。2.以课本试验为基础，留意复习试验的目的、原理、设计思想、步骤、数据处理方法、留意事项等。3.把各个试验分门别类，如测量类的试验、验证类的试验、探究类的试验等，找出各个试验的相像点，把握各类试验的方法。
4.重视创新设计性试验的复习，这类试验往往在课本试验的基础上进行试验方法的创新。
第1讲 力学、光学试验与创新
考向一 游标卡尺和螺旋测微器的读数
1．游标卡尺的读数
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)×0.01 mm。
用游标卡尺测得某样品的长度如图甲所示，其读数L＝________ mm；用螺旋测微器测得该样品的外边长a如图乙所示，其读数a＝________ mm。
[解析] 依据游标卡尺的读数方法，样品的长度L＝20 mm＋3×0.05 mm＝20.15 mm。依据螺旋测微器的读数方法，样品的边长a＝1.5 mm＋23.0×0.01 mm＝1.730 mm。
[答案] 20.15 1.730(1.729～1.731均正确)
[感悟升华]
1．游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据转换成以毫米为单位的数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最终两数相加。
2．螺旋测微器在读数时，留意区分整刻度线与半毫米刻度线，留意推断半毫米刻度线是否露出。
3．游标卡尺读数时不需估读，而螺旋测微器读数时需估读。
1．(2022·福建高考)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和________ mm。
甲
解析：用毫米刻度尺测量时，读数应读到mm的下一位，即长度测量值为60.10 cm；题图乙中游标卡尺为五格外度游标卡尺，精确度为0.02 mm，主尺读数为4 mm，游标尺第10条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为10×0.02 mm＝0.20 mm，所以金属杆直径测量值为4.20 mm。
答案：60.10 4.20
2．如图甲所示游标卡尺读数为________ cm，图乙中螺旋测微器读数为________ mm。
甲 乙
解析：游标卡尺的读数7 mm＋5×0.05 mm＝7.25 mm＝0.725 cm；螺旋测微器的读数9 mm＋20.0×0.01 mm＝9.200 mm。
答案：0.725 9.200(9.198～9.202均正确)
考向二 “纸带类”试验
1．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)与所接沟通电的频率(周期)相同
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
2.纸带的三大应用
(1)由纸带确定时间
要区分打点计时器(打点周期为0.02 s)打出的点与人为选取的计数点之间的区分与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔Δt＝0.02×5 s＝0.10 s。
(2)求解瞬时速度
利用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求打某一点的瞬时速度。如图甲所示，第n点时的速度vn＝。
甲
(3)用“逐差法”求加速度
乙
如图乙所示，由于a1＝，a2＝，a3＝，所以a＝＝。
某同学利用图甲所示的试验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开头运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开头，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50 Hz。
甲
乙
(1)通过分析纸带数据，可推断物块在两相邻计数点________和________之间某时刻开头减速。
(2)计数点5对应的速度大小为________ m/s，计数点6对应的速度大小为________ m/s。(保留三位有效数字)
(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝____ m/s2，若用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)。
[解析] (1)从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差Δx≈2.00 cm，6、7计数点间的位移比5、6计数点之间增加了(12.28－11.01)cm＝1.27 cm<2.00 cm，因此，开头减速的时刻在计数点6和7之间。
(2)计数点5对应的速度大小为
v5＝＝ m/s≈1.00 m/s
计数点4对应的速度大小为
v4＝＝ m/s≈0.80 m/s
依据v5＝，得计数点6对应的速度大小为
v6＝2v5－v4＝(2×1.00－0.80)m/s＝1.20 m/s
(3)物块在计数点7到11之间做匀减速运动，依据
Δx＝aT2得
x9－x7＝2a1T2
x10－x8＝2a2T2
故a＝＝≈－2.00 m/s2，负号表示纸带的加速度方向和速度方向相反。
物块做匀减速运动时受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力μmg和打点计时器对纸带的摩擦阻力f，因此依据牛顿其次定律，得μmg＋f＝ma，即μ＝＜，因此用 计算出的动摩擦因数比μ的真实值偏大。
[答案] (1)6 7(或7 6) (2)1.00 1.20
(3)2.00 偏大
3．(2022·天津高考)某同学把附有滑轮的长木板平放在试验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还预备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的试验装置如图所示。
(1)若要完成该试验，必需的试验器材还有哪些________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)试验开头时，他先调整木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)。
A．避开小车在运动过程中发生抖动
B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清楚
C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发觉小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本试验的器材提出一个解决方法：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次试验发觉拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一状况可能是下列哪些缘由造成的________(填字母代号)。
A．在接通电源的同时释放了小车
B．小车释放时离打点计时器太近
C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
解析：(1)试验要处理纸带测速度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必需要测出小车的质量，因此还需要天平。(2)试验中调整定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，假如不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，转变了摩擦力，就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，D正确。
(3)在所挂钩码个数不变的状况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码(或钩码)。
(4)假如用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发觉拉力做的功总比小车动能的增量大，缘由可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克服阻力做功；也可能是钩码做加速运动，因此细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，即大于小车动能的增量，C、D正确。
答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD
4．为了用试验“验证牛顿其次定律”，现供应如图甲所示的试验装置。请回答下列问题：
甲
(1)为了消退小车与水平木板之间摩擦力的影响应实行的做法是( )
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的状况下使小车恰好做匀速运动
D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的状况下使小车能够静止在木板上
(2)在试验中，得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则小车加速度的表示式为a＝________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
乙
(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量肯定，争辩加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平和倾斜两
种状况下分别做了试验，得到了两条a F图线，如图丙所示。图线________是在轨道倾斜状况下得到的(填“①”或“②”)；小车及车中的砝码总质量m＝________ kg。
丙
解析：(1)为平衡滑动摩擦力，应使小车重力沿斜面的分力与滑动摩擦力相等，此时不能挂钩码，所以选C。
(2)计算加速度可由逐差法得到三个加速度再取平均值，此时误差较小，即a＝＝
＝
。
(3)轨道倾斜太大，即使没有挂钩码小车也将加速下滑，因此图线①为轨道倾斜状况下得到的。
当轨道倾斜时，有F＋mgsin θ－f＝ma，当F＝0时，有a＝2 m/s2；当F＝1 N时，有a＝4 m/s2；代入可得m＝0.5 kg。
答案：(1)C (2) (3)① 0.5
考向三 “绳、橡皮条、弹簧”类试验
1．误差与有效数字
(1)误差
(2)有效数字
①定义：带有一位不行靠数字的近似数据。有效数字的最终一位是测量者估读出来的，是误差的来源；
②有效数字的位数：从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字。
2．用图像法处理数据的五个要求
(1)作图肯定要用坐标纸，坐标纸的大小要依据有效数字的位数和结果的需要来定。
(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔肯定的间距按有效数字的位数标明数值。
(3)图上的连线不肯定通过全部的数据点，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线线性化，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”开头。
(2022·山东高考)某试验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。
试验步骤：
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示。在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；
甲
③转变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；
试验数据如表所示：
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.61
④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；
乙
⑤滑块由静止释放后开头运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离s。
完成下列作图和填空：
(1)依据表中数据在给定坐标纸上作出F G图线。
丙
(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝______(保留两位有效数字)。
(3)滑块最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)。
[解析] (1)依据表中数据描点作出图像如图所示。
(2)依据F＝μG可知，图像的斜率表示滑块和木板间的动摩擦因数，由图可知动摩擦因数为0.40。
(3)依据滑块在木板上滑动的总距离为s，由于重物P离地面的高度为h，所以加速过程的距离也为h，在此后的过程中滑块在滑动摩擦力的作用下做匀减速运动，直到静止。依据运动学公式v2－v＝2ax可得，v2－0＝2μg(s－h)，解得v＝。
[答案] (1)见解析图 (2)0.40(0.38～0.42均正确) (3)
[感悟升华]
1．图像法处理数据的缺点
(1)在图纸上连线时有较大的主观任凭性。
(2)连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都会影响结果的精确 性。
2．应用图像法时的留意点
(1)留意区分纵、横坐标轴的物理意义、标度及单位。
(2)留意确定图线的斜率、截距的物理意义。
5．(2022·浙江高考)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。
(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________ cm。
(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________ N/m(重力加速度g＝10 m/s2)。由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。
钩码数
1
2
3
4
LA/cm
15.71
19.71
23.66
27.76
LB/cm
29.96
35.76
41.51
47.36
解析：(1)刻度尺读数时需要估读到精确位的下一位，由题图可知指针示数为16.00 cm，考虑到误差范围，15.95 cm～16.05 cm均算对。
(2)由胡克定律F＝kx，结合题表中数据可知弹簧Ⅰ的劲度系数k1＝ N/m＝12.50 N/m，考虑到误差范围，12.20 N/m～12.80 N/m均算正确；对于计算弹簧Ⅱ的劲度系数，只需要测出弹簧Ⅱ的形变量，结合两个指针的读数，可知指针B的变化量减去指针A的变化量，就是弹簧Ⅱ的形变量，所以能求出弹簧Ⅱ的劲度系数。
答案：(1)16.00(15.95～16.05均正确) (2)12.50(12.20～12.80均正确) 能
6．(2022·合肥质检)Ⅰ.依据单摆周期公式T＝2π，可以通过试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，求数如图乙所示，读数为________mm。
(2)以下是试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，以便利测量，开头时拉开摆球，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头计时，当摆球回到开头位置时停止计时，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，从平衡位置开头计时，登记摆球做50次全振动所用的时间Δt，则单摆周期T＝
Ⅱ.(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的试验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图甲所示，校零时的读数为________ mm，合金丝的直径为________mm。
(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图乙所示的试验电路图，依据该电路图完成图丙中的实物电路连接。
Ⅲ.依据闭合电路欧姆定律，用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内电阻。图中R0是定值电阻，通过转变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的试验数据进行处理，就可以实现测量目的。依据试验数据在R坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知R0＝150 Ω，请完成以下数据分析和处理。
(1)图乙中电阻为________Ω的数据点应剔除；
(2)在坐标纸上画出R关系图线；
(3)图线的斜率是________(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势Ex＝________V。
解析：Ⅰ.(1)该游标尺为格外度的，依据读数规章可读出小钢球直径大小为18 mm＋6×0.1 mm＝18.6 mm。(2)依据用单摆测量重力加速度的试验要求可推断正确答案。
Ⅱ.(1)由于螺旋测微器开头起点有误差，估读为0.007 mm，测量后要去掉开头误差。(2)将电表连入电路时留意电流要从正接线柱流入，把握滑动变阻器的分压接法。
Ⅲ.(1)依据画图描点原则应舍掉80.0欧姆的点。(3)依据闭合电路欧姆定律：Ex＝U12＋(R＋rx)，所以＝＋＋，由图可知斜率＝0.004 44，即Ex＝1.50 V。
答案：Ⅰ.(1)18.6 (2)abe Ⅱ.(1)0.007 0.638 (2)如图所示
Ⅲ.(1)80.0 (2)如图所示
(3)0.004 44 1.50
7．(2022·广东高考)某同学依据机械能守恒定律，设计试验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________ N/m(g取9.80 m/s2)。
砝码质量/g
50
100
150
弹簧长度/cm
8.62
7.63
6.66
(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小________。
(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v。释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为________。
(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙所示，由图可知，v与x成________关系。由上述试验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的________成正比。
解析：(1)由胡克定律知ΔF＝k·Δx
当挂1个钩码时有k1＝＝ N/m≈49.5 N/m
当挂第2个钩码时有k2＝＝ N/m≈50.5 N/m
则弹簧的劲度系数k＝＝50 N
(2)要调整气垫导轨水平使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度相等。
(3)依据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。
(4)由题图可知，v与x成正比，即v＝kx，则Ep＝Ek＝mv2＝mk2x2，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
答案：(1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方
考向四 “光学”类试验
1．测定玻璃折射率时应留意的问题
(1)试验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。
(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)试验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能转变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。
2．用双缝干涉测波长时应留意的问题
(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且留意保养。
(2)安装时，留意调整光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当。
(3)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
(4)照在光屏上的光很弱，主要缘由是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清楚的一般缘由是单缝与双缝不平行所致，故应正确调整。
(2022·乐山模拟)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，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)此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)。
(2)假如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________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
[解析] (1)由折射率公式可得n＝＝
(2)玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量。
[答案] (1) (2)大
(2022·宜宾质检)在“用双缝干涉测光的波长”试验中(试验装置如图所示)：
(1)下列说法哪一个是错误的____________。(填选项前的字母)
A．调整光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了削减测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图所示，其示数为________ mm。
[解析] (1)调整光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无需放上单缝和双缝，选项A错误。
(2)主尺的示数为1.5 mm，可动尺的示数为47.0×0.01 mm＝0.470 mm，总的示数为(1.5＋0.470)mm＝1.970 mm
[答案] (1)A (2)1.970
8．如图所示，在杨氏双缝干涉试验中，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里消灭的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述试验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
解析：＝，即半波长的奇数倍，所以消灭暗条纹。依据条纹间距Δx＝λ，当单色光的波长变长时，条纹间距变宽。
答案：暗条纹 变宽
9.(2022·广元模拟)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开头玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针 P1、P2与圆心 O 在同始终线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心 O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观看 P1、P2 的像，且 P2 的像拦住 P1 的像。如此观看，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消逝。此时只需测量出________，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率 n ＝________。
解析：玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于临界角θ时，发生全反射现象。因sin θ＝，可见只要测出临界角即可求得折射率n，而θ和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可。
答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ
力学创新型试验的分析技巧
图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的试验装置示意图。试验步骤如下：
①用天平测量物块和遮光片的总质量M，重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，用米尺测量两光电门之间的距离s；
②调整轻滑轮，使细线水平；
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；
④多次重复步骤③，求a的平均值 ；
⑤依据上述试验数据求出动摩擦因数μ。
回答下列问题：
(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图乙所示，其读数为________ cm。
乙
(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________。
(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ＝________。
(4)假如细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)。
第1步：源头探寻
由试验目的和试验装置联想到“验证牛顿其次定律”的试验原理。
第2步：创新联想
(1)由“光电门”、“遮光片”、“时间ΔtA和ΔtB”等信息可联想到测物体的瞬时速率。
(2)由两光电门间的距离，利用位移与速度关系求加速度。
第3步：突破关键
(1)遮光片经过光电门A、B时的瞬时速度vA＝，vB＝，A、B间位移为s，则v－v＝2as。
(2)对物块、重物利用牛顿其次定律：mg－FT＝m，FT－μMg＝M。
[解析] (1)9 mm＋12×0.05 mm＝0.960 cm。
(2)由于vA＝，vB＝，又由2as＝v－v，得a＝。
(3)设细线上的拉力为FT，则mg－FT＝m，FT－μMg＝M，两式联立得μ＝。
(4)细线没有调整到水平，属于试验方法粗略，这样会引起系统误差。
[答案] (1)0.960 (2) (3) (4)系统误差
[感悟升华]
1．力学创新型试验的特点
(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试验。
(2)将试验的基本方法——把握变量法，处理数据的基本方法——图像法、逐差法，融入到试验的综合分析之中。
2．创新试验题的解法
(1)依据题目情境，提取相应的力学模型，明确试验的理论依据和试验目的，设计试验方案。
(2)进行试验，记录数据，应用原理公式或图像法处理试验数据，结合物体实际受力状况和理论受力状况对结果进行误差分析。
[跟踪训练]
1．某学习小组利用自行车的运动“探究阻力做功与速度变化的关系”。人骑自行车在平直的路面上运动，当人停止蹬车后，由于受到阻力作用，自行车的速度会渐渐减小至零，如图所示。在此过程中，阻力做功使自行车的速度发生变化。设自行车无动力后受到的阻力恒定。
(1)在试验中使自行车在平直的大路上获得某一速度后停止蹬车，需要测出人停止蹬车后自行车向前滑行的距离s，为了计算自行车的初速度v，还需要测量________(填写物理量的名称及符号)。
(2)设自行车受到的阻力恒为Ff，计算出阻力做的功W及自行车的初速度v。转变人停止蹬车时自行车的速度，重复试验，可以得到多组测量值。以阻力对自行车做功的大小为纵坐标，自行车初速度为横坐标，作出Wv曲线。分析这条曲线，就可以得到阻力做的功与自行车速度变化的定性关系。在试验中作出的Wv图像如图所示，其中符合实际状况的是________。
解析：(1)人停止蹬车后做匀减速运动，初速度v＝2＝，所以还需要测量自行车滑行的时间t。
(2)由动能定理得W＝mv2，则Wv图像为抛物线，即图C。
答案：(1)人停止蹬车后自行车滑行的时间t (2)C
2．为了探究合力做功与物体动能转变的关系，某同学设计了如下试验方案：
第一步：如图甲所示，把木板一端垫起，滑块通过细绳与一重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下连一纸带，纸带穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块，滑块沿木板向下匀速运动。
其次步：如图乙所示，保持木板倾角不变，取下细绳和重锤，将打点计时器安装在木板靠近滑轮处，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器。
第三步：接通电源，释放滑块，使之从静止开头加速运动，打出的纸带如图丙所示。其中打下计数点O时，滑块的速度为零，相邻计数点间的时间间隔为T。
(1)依据纸带求打点计时器打E点时滑块的速度vE＝________。
(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，合力在OE段对滑块做功的表达式WOE＝________。
(3)利用图丙数据求出各段合力对滑块所做的功W及A、B、C、D、E各点的速度v。以v2为纵轴，以W为横轴建立坐标系，作出v2W图像，发觉它是一条过坐标原点的倾斜直线，测得直线斜率为k，则滑块质量M＝________。
解析：(1)依据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得vE＝。
(2)本试验中将重锤的重力当作合力，合力在OE段对滑块做的功为mgx5。
(3)依据动能定理有W＝Mv2，得v2＝W，所以＝k，M＝。
答案：(1) (2)mgx5 (3)
1．(2022·四川高考)小文同学在探究物体做曲线运动的条件时，将一条形磁铁放在桌面的不同位置，让小钢珠在水平桌面上从同一位置以相同初速度v0运动，得到不同轨迹。图中a、b、c、d为其中四条运动轨迹，磁铁放在位置A时，小钢珠的运动轨迹是________(填轨迹字母代号)，磁铁放在位置B时，小钢珠的运动轨迹是________(填轨迹字母代号)。试验表明，当物体所受合外力的方向跟它的速度方向________(选填“在”或“不在”)同始终线上时，物体做曲线运动。
解析：(1)由于磁铁对小钢珠只能供应引力，磁铁在A处时，F与v0同向，小钢珠做匀加速直线运动，运动轨迹为b；当磁铁放在B处时，F与v0不在同始终线上，引力指向曲线的凹侧，运动轨迹为c。当合外力方向与速度方向不在同始终线上时，物体做曲线运动。
答案：(1)b c 不在
2．某争辩性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔肯定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，滑块上的遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。
甲 乙
(1)试验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(填“>”、“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平。
(2)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的砝码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)。
解析：(1)若气垫导轨已经水平，滑块做匀速直线运动，滑块遮光条经过光电传感器A、B所用时间相等。
(2)要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出滑块质量M，两光电门间距离L。
答案：(1)＝ (2)滑块质量M 两光电门间距离L(或两光电门间距离L 滑块质量M)
3．(2022·成都模拟)如图甲所示为光学试验用的长方体玻璃砖，它的________面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的试验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好拦住插在a、b位置的针的像，但最终一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图乙所示。计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
解析：光学面若被手接触污染，会影响观看效果，增加试验误差；分别连接cd和ce并延长到界面，与界面分别交于f、g两点，由n＝不难得出用d点得到的折射率值较小，过c点的出射光线应平行于ab，利用直尺比对并认真观看，可知ec∥ab，故用e点得到的折射率值误差较小。
答案：光学 d e
4．(2022·全国高考)现用频闪照相方法来争辩物块的变速运动。在一小物块沿斜面对下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g＝9.80 m/s2。
单位：cm
x1
x2
x3
x4
h
s
10.76
15.05
19.34
23.65
48.00
80.00
依据表中数据，完成下列填空：
(1)物块的加速度a＝________ m/s2(保留三位有效数字)。
(2)由于 ，可知斜面是粗糙的。
解析：(1)频闪照相中相邻影像点的时间间隔相等，利用逐差法求物块的加速度a＝，又T＝，解得a＝4.30 m/s2。
(2)若物块沿光滑斜面下滑，对其受力分析，由牛顿其次定律可得加速度a′＝gsin θ＝g＝5.88 m/s2，由物块加速度a小于物块沿光滑斜面下滑的加速度a′，可知斜面是粗糙的。
答案：(1)4.30 (2)物块加速度小于g＝5.88 m/s2(或：物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)
5．(2022·全国新课标Ⅰ)某同学利用图甲所示试验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示。试验中小车(含放射器)的质量为200 g，试验时选择了不行伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：
(1)依据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系。
(2)由图乙可知，am图线不经过原点，可能的缘由是________________。
(3)若利用本试验装置来验证“在小车质量不变的状况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合力，则试验中应实行的改进措施是________________________________________________________________________，
钩码的质量应满足的条件是
________________________________________________________________________。
解析：(1)依据题图乙坐标系中给出的数据连线，小车的加速度与钩码的质量成非线性关系。
(2)依据题图乙中数据，小车受到钩码的拉力较小时没有加速度，故未平衡摩擦力或倾角过小，没有完全平衡摩擦力。
(3)在试验中要求“直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合力”需要满足两个条件：①平衡摩擦力；②钩码的质量远小于小车(含放射器)的质量。
答案：(1)非线性 (2)小车与轨道间存在摩擦力 (3)调整轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车(含放射器)的质量
6.(2022·全国新课标Ⅱ)某试验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。试验装置如图甲所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距
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