2025届高考物理二轮专题复习与测试模块七实验技能及创新专题十九力学热学和光学实验.docVIP

模块七实验技能及创新

专题十九力学、热学和光学实验

[专题复习定位]

1．掌握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．掌握热学实验、光学实验和单摆测重力加速度的实验原理和方法。

命题点1探究小车速度随时间变化的规律

1.(2023·全国甲卷，T23)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连，右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。

(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s。以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移和平均速度分别为Δx和eq\x\to(v)，表中ΔxAD＝________cm，eq\x\to(v)AD＝________cm/s。

位移区间

AB

AC

AD

AE

AF

Δx/cm

6.60

14.60

ΔxAD

34.90

47.30

eq\x\to(v)/(cm/s)

66.0

73.0

eq\x\to(v)AD

87.3

94.6

(2)根据表中数据得到小车平均速度eq\x\to(v)随时间Δt的变化关系，如图(c)所示。在图(c)中补全实验点。

(3)从实验结果可知，小车运动的eq\x\to(v)－Δt图线可视为一条直线，此直线用方程eq\x\to(v)＝kΔt＋b表示，其中k＝________cm/s2，b＝________cm/s。(结果均保留3位有效数字)

(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出A点时小车速度大小vA＝________，小车的加速度大小a＝________。(结果用字母k、b表示)

解析：(1)由题图(b)中纸带的相关数据可知ΔxAD＝6.60cm＋8.00cm＋9.40cm＝24.00cm，由平均速度的定义可知eq\x\to(v)AD＝eq\f(ΔxAD,3T)＝eq\f(24.00cm,0.3s)＝80.0cm/s。

(2)将坐标点(0.3s，80.0cm/s)在图中描点，如图所示。

(3)将图中的实验点用直线拟合，如图所示，可知斜率k＝eq\f(101.0cm/s－59.0cm/s,0.6s)＝70.0cm/s2，

截距b＝59.0cm/s。

(4)小车做匀加速直线运动，有x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，变形可得eq\f(x,t)＝eq\x\to(v)＝v0＋eq\f(1,2)at，故小车在t＝0时，即打出A点时小车的速度大小vA＝b，小车的加速度大小a满足eq\f(1,2)a＝k，即a＝2k。

答案：(1)24.0080.0(2)见解析图

(3)70.059.0(4)b2k

命题点2探究加速度与力和质量的关系(或者测定动摩擦因数)

2．(2024·江西卷，T11)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。

(1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。

(2)小车的质量M1＝320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a－F图像，如图(b)中图线甲所示。

(3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470g，重复步骤(2)的测量过程，作出a－F图像，如图(b)中图线乙所示。

(4)与图线甲相比，图线乙的线性区间________，非线性区间________。再将小车的质量增加至M3＝720g，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示(表中第9～14组数据未列出)。

序号

1

2

3

4

5

钩码所受重力F/(9.8N)

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

小车加速度a/(m·s－2)

0.26

0.55

0.82

1.08

1.36

钩码所受重力F/(9.8N)

0.120

0.140

0.160

……

0.300

小车加速度a/(m·s－2)

1.67

1.95

2.20

……

3.92

(5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。

(6)根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量________时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：

____________________________________