物理二轮（山东专用）学案：专题8 第1讲　力学、热学和光学实验 Word版含解析.doc

1、- 1 - 第 1 讲 力学、热学和光学实验 析考情 明考向_考情分析_透视命题规律 一、构建体系 透析考情 思维导图 考情分析 1.力学实验题的考查呈 现由基础性向综合性递 进的趋势，高考命题不 避热点，注重陈题翻新 (如 2020 年山东卷第 13 题)。重点实验频繁考， 其他实验“轮换”考， 题目特点设置清晰，上 手得分容易，但做好做 全较难，能有效区分不 同水平考生的能力。 2.重在考查实验探究能 力，而非实验本身。新 任务，新情境，原理设 计，方法选择，条件控 制，数据处理的公式法、 列表法、图像法、平均 值法和逐差法反复涉 及，其中图像法处理实 验数据与结果规律性探 索是高考的热点

2、和亮 点。 二、熟记规律 高效突破 1系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。系统误 差总是偏大或总是偏小。系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验的方法来减小。 2偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确，作图不规范造成的误差。偶然误差表现 为重复做同一实验时时而偏大时而偏小。偶然误差可用多次测量取平均值或作图的方法来减 小。 3有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一个不为零的 数字算起，如 0.012 5 为三位有效数字，中学阶段一般取 2 位或 3 位有效数字。 4利用纸带求瞬时速度的方法 在匀变速直线运动中，利用物体在

3、一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解。 测出与第 n 点相邻的前、后两段相等时间 T 内的距离 xn和 xn1，由公式 vnxnxn 1 2T 算出。 5利用纸带求加速度的方法 (1)利用 ax T2求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用 xxn1xnaT 2 求加速度 a。 - 2 - (2)利用 v- t 图像求解：画出 v- t 图像，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。 (3)利用光电门求加速度： 若两个光电门之间的距离为 L， 则利用速度与位移的关系可求加速度， 即 av 2 2v 2 1 2L 。 6在估测油酸分子大小的数量级时，把每个油酸分子简化为球

4、体，厚度直径化。 7单摆测重力加速度公式 g4 2l T2 (l 为摆长，T 为周期)。 8插针法测折射率时注意公式 nsin i sin r中 i 是真空中的角，r 是玻璃中的角。 9光的波长 d lx(x 为条纹间距，l 为双缝到屏的距离，d 为双缝间距)。 研考向 提能力_考向研析_掌握应试技能 考向一 长度的测量及读数 游标卡尺(不估读) (1)读数：测量值主尺 读数(mm)精度游标 尺上对齐刻线数值 (mm)。 (2)常用精确度：10 分度 游标，精度 0.1 mm； 20 分度游标，精度 0.05 mm； 50 分度游标，精度 0.02 mm 螺旋测微器(需估读) 测量值固定刻度可

5、 动刻度(带估读 值)0.01 mm 典例 1 (1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为 9 mm 长 10 等分、19 mm 长 20 等分、 49 mm 长 50 等分， 它们的读数依次为_ mm、 _ mm、 _ mm。 (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为_ mm。 - 3 - 解析 (1)甲图读数：整毫米数是 17 mm，不足 1 毫米数是 20.1 mm0.2 mm，最后读数是 17 mm0.2 mm17.2 mm； 乙图读数： 整毫米数是 23 mm， 不足 1 毫米数是 70.05 mm0.35 mm，最后读数是 23 mm0.35 mm23.

6、35 mm；丙图读数：整毫米数是 10 mm，不足 1 毫米 数是 190.02 mm0.38 mm，最后读数是 10 mm0.38 mm10.38 mm。 (2)半毫米刻度线已经露出，固定刻度示数为 6.5 mm，由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝 的直径 d6.5 mm20.00.01 mm6.700 mm。 答案 (1)17.2 23.35 10.38 (2)6.700(6.6996.701 均正确) 易错警示 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

7、。 (2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。游标卡尺读数不估读。 (3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错，如典例中游标卡尺的读数，看 清“0”刻度线。 (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，如典例中半毫 米刻度线已经露出；要准确到 0.01 mm，估读到 0.001 mm，即结果若用 mm 为单位，则小数 点后必须保留三位数字。 1图中游标卡尺的读数为_ mm，螺旋测微器的读数为_ mm。 解析：游标卡尺的读数为 l52 mm7 1 20 mm52.35 mm； 螺旋测微器的读数为 d1.5 mm49.00.01 m

8、m1.990 mm。 答案：52.35 1.990(1.8991.991 均正确) 2(1)图甲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。 (2)图乙中螺旋测微器的读数应为_ mm。 - 4 - 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；游标卡尺读数为 1 mm00.1 mm 1.0 mm。 (2)固定刻度上读数为 0.5 mm，可动刻度与固定刻度中心线对齐的是 14.2，所以螺旋测微器读 数为 0.5 mm14.20.01 mm0

9、.642 mm。 答案：(1)0.1 1.0 (2)0.642(0.6410.643 均可) 考向二 “纸带类”问题的处理 1常规计时仪器的测量 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)tnT(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 2.两个关键点 (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” 的取点方法是一样的。 (2)涉及打点计时器的

10、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。 3纸带的三大应用 (1)判断物体运动性质。 若 x0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。 若 x 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 xn1，则打 n 点时的速度 vnxnxn 1 2T 。 (3)求加速度。 如图所示，有连续的偶数段数据：a（x4x5x6）（x1x2x3） （3T）2 。 如图所示，连续的奇

11、数段数据，去掉最短的 x1：a（x4x5）（x2x3） （2T）2 。 - 5 - 如图所示，不连续的两段数据：a xnmxn （nmn）T2 xnmxn mT2 。 典例 2 在做“研究匀变速直线运动”的实验时， 某同学得到一条用打点计时器打下的纸带， 如图所示，并在其上取了 A、B、C、D、E、F、G 共 7 个计数点，图中每相邻两个计数点间 还有 4 个点没有画出，打点计时器接频率 f50 Hz 的交流电源。 (1)打下 E 点时纸带的速度 vE_(用给定字母表示)； (2)若测得 d665.00 cm，d319.00 cm，物体的加速度 a_ m/s2； (3)如果当时交变电流的频率

12、f50 Hz，但当时做实验的同学并不知道，那么测得的加速度值和 真实值相比_(选填“偏大”或“偏小”)。 解析 (1)由于图中每相邻两个计数点间还有 4 个点没有画出， 所以相邻的计数点之间的时间 间隔为 5T，利用匀变速直线运动的推论得 vEd5d3 10T （d5d3）f 10 。 (2)根据匀变速直线运动的推论 xaT2可得 a xDGxAD （35T）2 （d6d3）d3 （30.1 s）2 3.00 m/s2。 (3)如果在某次实验中，交流电的频率 f50 Hz，则实际打点周期变小，根据运动学公式x aT2得，测量的加速度值和真实的加速度值相比偏小。 答案 (1)（d5d3）f 10

13、 (2)3.00 (3)偏小 3某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带 下滑，打出的纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz，纸带上标 出的每两个相邻点之间还有 4 个打出的点未画出。在 A、B、C、D、E 五个点中，打点计时器 最先打出的是_点。 在打出 C 点时物块的速度大小为_m/s(保留三位有效数字)； 物块下滑的加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字)。 解析：物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打 A 点。 C 点的速度 vCxBD 2T 4.6510 2 20.1 m/s0.233 m/s。 由图知 xAB1

14、.20 cm xBCxACxAB1.95 cm xCDxADxAC2.70 cm xDExAExAD3.45 cm 由逐差法得 axDExCD（xABxBC） 4T2 0.75 m/s2。 答案：A 0.233 0.75 - 6 - 4某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源， 可以使用的频率有 20 Hz、30 Hz 和 40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。 该同学在实验中没有记录交流电的频率 f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。 (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 f 和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点 计时器打出 B

15、 点时，重物下落的速度大小为_，打出 C 点时重物下落的速度大小为 _，重物下落的加速度大小为_。 (2)已测得 s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm，当地重力加速度大小为 9.80 m/s2，实验中 重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%。由此推算出 f 为_Hz。 解析：(1)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬 时速度，可得打点计时器打出 B 点时重物下落的速度 vBs1s2 2T （s1s2）f 2 ；打出 C 点时重 物下落的速度 vCs2s3 2T （s2s3）f 2 。根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为 a vC

16、vB T (vCvB)f（s3s1）f 2 2 。 (2)根据题述，重物下落受到的阻力为 0.01mg，由牛顿第二定律得 mg0.01mgma，解得 a 0.99g，由（s3s1）f 2 2 0.99g，解得 f40 Hz。 答案：(1)1 2f(s1s2) 1 2f(s2s3) 1 2f 2(s 3s1) (2)40 5(2020 高考全国卷)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻 力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如 图(b)所示。 - 7 - 已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为 0.02 s，从图(b)给出的数据中

17、可以得到，打出 B 点时 小车的速度大小 vB_m/s，打出 P 点时小车的速度大小为 vP_m/s。(结果均 保留两位小数) 若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求 得的物理量为_。 解析：纸带上某点的瞬时速度可用相邻两点间的平均速度来替代。 vB（4.002.56）10 2 0.04 m/s0.36 m/s vP（57.8650.66）10 2 0.04 m/s1.80 m/s 根据实验原理 Fx1 2mv 2 P1 2mv 2 B，需测量的物理量有钩码的质量，小车的质量，B、P 之间的 距离和 B、P 点的速度。 答案：0.36 1.80 B

18、、P 之间的距离 6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 A 的前端 粘有橡皮泥，推动小车 A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并黏合 成一体，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 A 后连着纸带，打点 计时器的工作频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。 (1)若已得到如图乙所示的打点纸带，测得各计数点间距离并标在图上，点 1 为打下的第一个 点，则应选_段来计算小车 A 的碰前速度，应选_段来计算小车 A 和小车 B 碰 后的共同速度。(均选填“12”“23”“34”或“45”) (2)已测得小车 A

19、的质量 mA0.40 kg，小车 B 的质量 mB0.20 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_ - 8 - 解析： (1)因小车做匀速运动， 应取纸带上点迹均匀的一段来计算速度， 碰前 23 段点迹均匀， 碰后 45 段点迹均匀，故取 23 段计算碰前小车 A 的速度，45 段计算碰后小车 A、B 的 共同速度。 (2)碰前小车 A 的速度 vAx23 T 10.5010 2 0.025 m/s1.05 m/s，其动量 pAmAvA0.420 kg m/s； 碰后两小车的共同速度为 vABx45

20、T 6.9510 2 0.025 m/s0.695 m/s，其总动量 pAB(mAmB)vAB 0.417 kg m/s。由计算结果可知，在实验允许的误差范围内碰撞前、后总动量不变。 答案：(1)23 45 (2)0.420 0.417 在实验允许的误差范围内碰撞前、后总动量不变 考向三 “轻绳、橡皮条、弹簧类”实验 1“四点注意” (1)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，处理实验数据时一般选用图 像法。 (2)胡克定律描述的是在弹性限度内， 橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比， 如果超出弹性限度， 正比关系不再成立。 (3)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所

21、指的位置读出所测力的大小。如分 度值为 0.1 N，则要估读，即有两位小数，如分度值为 0.2 N，则小数点后只能有一位小数。 (4)轻绳绕过定滑轮时，轻绳上的弹力大小处处相等。 2图像法的“五点要求” (1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。 (2)要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。 (3)图上的连线不一定通过所有的数据点，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像线性化，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”开始。 典例 3 某探究小

22、组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴 为 y 轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴 上的 B 点(位于图示部分之外)，另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O，此时拉力 F 的大小可由测力 计读出。测力计的示数如图(b)所示，F 的大小为_ N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将 P 端拉 至 O 点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由

23、测力计的示数读出两个 拉力的大小分别为 F14.2 N 和 F25.6 N。 ()用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 点为作用点，在图(a)中画出力 F1、F2的图示， 然后按平行四边形定则画出它们的合力 F合； ()F合的大小为_ N，F合与拉力 F 的夹角的正切值为_。 若 F合与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内， 则该实验验证了力的平 行四边形定则。 解析 (1)由测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N。 (2)()利用平行四边形定则作图，如图所示。 - 9 - ()由图可知 F合4.0 N，从 F合的顶点向 x 轴和 y 轴分别作垂线，顶点的横

24、坐标对应长度为 1 mm，顶点的纵坐标长度为 20 mm，则可得出 F合与拉力 F 的夹角的正切值为 0.05。 答案 (1)4.0 (2)()图见解析 ()4.0 0.05 易错警示 验证力的平行四边形定则的操作关键 (1)每次拉伸结点位置 O 必须保持不变。 (2)记下每次各力的大小和方向。 (3)画力的图示时应选择适当的标度。 7(2018 高考全国卷)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游 标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装 置，简化为图中的指针。 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使

25、其零刻度线对准指针， 此时标尺读数为 1.950 cm；当托盘内放有质量为 0.100 kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻 度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_cm。当地的重力加速度大小为 9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留三位有效数字)。 解析：标尺的游标为 20 分度，精确度为 0.05 mm，游标的第 15 个刻度与主尺刻度对齐，则读 数为 37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm。 弹簧形变量 x(3.7751.950)cm1.825 cm， 砝码平衡时，mgkx， 所以劲度系数 kmg x 0.1009.80 1.82510 2

26、N/m53.7 N/m。 答案：3.775 53.7 8某同学在做“验证平行四边形定则”的实验中，遇到了以下问题。请帮助该同学解答。 (1)物理学中有很多物理方法，本实验采用的是_。 A类比实验法 B等效替代法 - 10 - C控制变量法 D极限法 (2)在做实验之前，该同学发现有一只弹簧测力计如图甲所示，则在使用前应该对弹簧测力计 _。 (3)如图乙所示的四个力中，力_(填图中字母)是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得 的。 (4)该同学已经作出了两个分力的力的图示，如图丙所示，方格中每边的长度表示 0.5 N，请帮 助该同学用作图法作出合力 F 的图示，并求出合力的大小为_ N。(结果保留两

27、位有效 数字) 解析：(1)“验证平行四边形定则”的实验中采用的是等效替代法，故选 B。 (2)在使用前应该对弹簧测力计进行校零。 (3)由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋时，力的方向与 OA 重合，可知题图乙所示的四个力中， 力 F是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的。 (4)合力 F 的图示如图所示。由图可知合力的大小为 3.5 N。 答案：(1)B (2)校零 (3)F (4)图见解析 3.5 9. (2020 高考全国卷)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球 A 和 B，如图所示。一实 验小组用此装置测量小球 B 运动的加速度。 令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球 B 释放时

28、的高度 h00.590 m，下降一段 距离后的高度 h0.100 m；由 h0下降至 h 所用的时间 T0.730 s。由此求得小球 B 加速度的 大小为 a_m/s2(保留三位有效数字)。 从实验室提供的数据得知，小球 A、B 的质量分别为 100.0 g 和 150.0 g，当地重力加速度大小 为 g9.80 m/s2。 根据牛顿第二定律计算可得小球 B 加速度的大小为 a_m/s2(保留三 位有效数字)。 可以看出，a与 a 有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因： _。 解析：B 小球在 0.730 s 时间内下落距离 s0.590 m0.100 m0.490

29、 m - 11 - 初始时速度为零， 据 s1 2aT 2得 a2s T2 20.490 0.7302 m/s21.84 m/s2。 已知两小球的重力，据牛顿第二定律 对 B 球有：mBgFTmBa 对 A 球有：mAgFTmA(a) 联立两式得 amBmA mAmBg （150.0100.0）10 3 （100.0150.0）10 39.8 m/s2 1.96 m/s2。 可见实验结果比理论结果小一些，可能是滑轮的轴不光滑或滑轮有质量。 答案：1.84 1.96 滑轮的轴不光滑(或滑轮有质量) 考向四 “光电门类”实验 1光电门的结构 光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收

30、装置并与计时装置连接。 2光电门的原理 当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据 物体大小与运动时间计算物体运动的速度。 (1)计算速度： 如果挡光片的宽度为 d， 挡光时间为 t， 则物体经过光电门时的瞬时速度 v d t。 (2)计算加速度：利用两光电门的距离 L 及 av 2 2v 2 1 2L 计算加速度。 3涉及光电门的常见实验 验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律。 典例 4 (2020 福建南平高三第一次质检)某实验小组用图甲实验装置验证钩码与滑块组成的 系统机械能守恒，主要步骤如下： 钩码的质量为 m，用天

31、平测量滑块和遮光条的总质量 M，用游标卡尺测量遮光条的宽度 d， 用刻度尺测量两光电门之间的距离 s； 调节旋钮使气垫导轨水平，同时调节轻滑轮使细线水平； - 12 - 释放滑块，用计时器分别测出遮光条经过光电门 A 和光电门 B 所用的时间 tA和 tB。 请回答下列问题： (1)测遮光条的宽度 d 时，游标卡尺的示数如图乙所示，则 d_cm。 (2)若系统机械能守恒，则 mgs_(用 M、m、d、tA和 tB表示)。 解析 (1)由题图乙可知 d0.5 cm0.1 mm20.52 cm。 (2)遮光条经过光电门 A 和光电门 B 的速度分别为 vA d tA，vB d tB 要验证的关系式

32、为 mgs1 2(Mm)v 2 B1 2(Mm)v 2 A 即 mgs1 2(Mm)( d2 t2B d2 t2A)。 答案 (1)0.52 (2)1 2(Mm)( d2 t2B d2 t2A) 10某兴趣小组利用如图所示弹射装置将小球竖直向上抛出来验证机械能守恒定律。一部分 同学用游标卡尺测量出小球的直径为 d，并在 A 点以速度 vA竖直向上抛出；另一部分同学团 结协作，精确记录了小球通过光电门 B 时的时间为 t，用刻度尺测出光电门 A、B 间的距离 为 h。已知小球的质量为 m，当地的重力加速度为 g，回答下列问题： (1)小球在 B 点时的速度大小为_； (2)小球从 A 点到 B

33、点的过程中，动能减少量为_； (3)在误差允许范围内，若等式_成立，就可以验证机械能守恒定律(用题目中 给出的物理量符号表示)。 解析：(1)小球在 B 点的瞬时速度大小 vB d t。 (2)小球从 A 点到 B 点，动能的减小量 Ek1 2mv 2 A1 2mv 2 B1 2mv 2 A1 2m d2 t2。 (3)重力势能的增加量为 mgh，若 mgh1 2mv 2 A1 2m d2 t2，即 gh 1 2(v 2 A d2 t2)，机械能守恒定律成 立。 答案：(1) d t (2) 1 2mv 2 A1 2m d2 t2 (3)gh 1 2(v 2 A d2 t2) 11 (2020

34、 辽宁葫芦岛高三第一次模拟)气垫导轨是常用的一种实验仪器， 它利用气泵使带孔的 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。现 用带竖直挡板的气垫导轨和带有挡光片的滑块 1 和 2 验证动量守恒定律，实验装置如图甲所 示。实验步骤如下： - 13 - a用天平分别测出滑块 1、2 的质量 m1、m2； b用游标卡尺测出滑块 1、2 上的挡光片的宽度 d1、d2； c调整气垫导轨使导轨处于水平状态； d在滑块 1、2 间放入一个被压缩的轻弹簧(图中未画出)，用电动卡销锁定，静止放置在两光 电门之间的气垫导轨上； e按下电钮松开卡销记录滑块 1 通过光电门 1 的

35、挡光时间 t1以及滑块 2 通过光电门 2 的挡光 时间 t2。 (1)实验中测量的挡光片的宽度 d1如图乙所示，则 d1_mm。 (2)由步骤 b 知 d1d2，则利用上述测量的实验数据验证动量守恒定律的表达式为 _(用对应的物理量的符号表示)。 解析：(1)由图示游标卡尺可知，其示数 d10 mm50.1 mm0.5 mm。 (2)滑块 1、2 经过光电门时的速度分别为 v1d1 t1，v2 d2 t2，系统动量守恒，由动量守恒定律得 m1v1m2v20，整理得m1 t1 m2 t2 。 答案：(1)0.5 (2)m1 t1 m2 t2 考向五 振动和波动实验 1单摆的测量 (1)测摆长：

36、用刻度尺量出摆线长 l(精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径 D，则单摆的摆长 llD 2。 (2)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于 5 )，然后释放小球，记下单摆摆动 3050 次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期。 2单摆测重力加速度数据处理 (1)公式法：g4 2l T2 ，算出重力加速度 g 的值，再算出 g 的平均值。 (2)图像法：作出 l- T2图像求 g 值。 典例 5 (2020 安徽安庆桐城中学高三下学期模拟)在利用单摆测当地重力加速度的实验中： (1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图所示，小球直径 d _cm。 - 14 - (2)甲、乙两个

37、学习小组分别利用单摆测量重力加速度，甲组同学采用图甲所示的实验装置： 为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用 _(用器材前的字母表示)； a长度接近 1 m 的细线 b长度为 30 cm 左右的细线 c直径为 1.8 cm 的塑料球 d直径为 1.8 cm 的铁球 e最小刻度为 1 cm 的米尺 f最小刻度为 1 mm 的米尺 该组同学先测出悬点到小球球心的距离 L，然后用秒表测出单摆完成 n 次全振动所用的时 间 t，请写出重力加速度的表达式 g_(用所测物理量表示)； 在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点 O 处摆线的固定出现松动，摆长略微变 长

38、，这将会导致所测重力加速度的数值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)； 乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示。将摆球拉开一小 角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，得到了如 图丙所示的 v- t 图线。由图丙可知，该单摆的周期 T_s。更换摆线长度后，多次测 量，根据实验数据，利用计算机作出 T2- L(周期平方摆长)图线，并根据图线拟合得到方程 - 15 - T24.04L0.035，由此可以得出当地的重力加速度 g_m/s2(取 29.86，结果保留 三位有效数字)； 某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径，其他操作无误，那么他

39、得到的实验图像可 能是下列图像中的_。 解析 (1)小球直径为 22 mm6 1 10 mm22.6 mm2.26 cm。 (2)根据 T2 L g， 得 g 42L T2 ， 知需要测量摆长，摆长等于摆线的长度和摆球的半径之和， 为减小误差，应选择长近 1 m 的细线，摆球的密度大、阻力小，所以选择直径为 1.8 cm 的铁 球，需要测量摆长和摆球的直径，所以需要最小刻度为 1 mm 的米尺和游标卡尺。故选 a、d、 f。 根据 T2 L g，得 g 42L T2 ，又因为 Tt n，联立得 g 42n2L t2 。 测量周期时，摆球振动过程中悬点 O 处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，则

40、摆长的测 量值偏小，测得的重力加速度偏小。 根据简谐运动的图线知，单摆的周期 T2.0 s。根据 T2 L g，得 T 24 2 g L，知图线的斜 率 k4 2 g 4.04，解得 g9.76 m/s2。 根据 g4 2 T2 L，可知 L 与 T2为正比关系，而某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径， 则 L0 时 T2不为零，故选 B。 答案 (1)2.26 (2)adf 4 2n2L t2 偏小 0.2 9.76 B 12(2020 山东济南高三 5 月检测)某学习小组学习了单摆的相关知识后，想利用如图甲所示 的装置测量当地的重力加速度。 - 16 - (1)实验步骤如下： A用游标

41、卡尺测量小球的直径； B按装置图安装好实验装置； C用米尺测量细线悬点到小球的长度 L； D将小球拉离平衡位置一个小角度，由静止释放小球，稳定后从小球某次经过平衡位置时开 始计时，并计数为 0，此后小球每摆到平衡位置一次，计数一次，依次计数为 1、2、3、， 当数到 20 时，停止计时，测得时间为 t； E多次改变悬线长度，测出对应每次悬线的长度，重复实验步骤 C、D； F计算出每个悬线长度对应的 t2； G以 t2为纵坐标、L 为横坐标，作出 t2- L 图线。 结合上述实验步骤，完成下列任务： 该同学根据实验数据，利用计算机作出的 t2- L 图线如图乙所示。根据图线拟合得到方程 t2 4

42、03.3L6.3。由此可以得出当地的重力加速度 g_m/s2。(取 29.86，结果保留三位 有效数字) (2)从理论上分析图线没有过坐标原点的原因是_ _。 解析：(1)依题意得，单摆的周期为 Tt n 2 t 10 又单摆周期 T2 L g 联立可得 t2400 2 g L 由图线拟合得到的方程为 t2403.3L6.3，则 4002 g 403.3 化简可得 g9.78 m/s2。 (2)单摆摆长等于摆线长度和摆球半径之和，把摆线长度作为单摆摆长，摆长小于实际摆长， 因此图线没有过坐标原点，在纵轴上截距不为零。 - 17 - 答案：(1)9.78 (2)没有把球的半径算入摆长 13在“用

43、单摆测定重力加速度”的实验中： (1)摆动时偏角满足的条件是小于 5 ，为了减小测量周期的误差，计时开始时，摆球应是经过 最_(选填“高”或“低”)点的位置，且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间， 求出周期。图甲中停表示数为一单摆全振动 50 次所用的时间，则单摆振动周期为_。 (2)用最小刻度为 1 mm 的刻度尺测摆长，测量情况如图乙所示。O 为悬挂点，从图乙中可知单 摆的摆长为_m。 (3)若用 L 表示摆长，T 表示周期，那么重力加速度的表达式为 g_。 (4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后，学生甲说： “因为空气浮力与摆球重力方向相反，它 对球的作用相当于重力加速度变小，因此振

44、动周期变大。 ”学生乙说： “浮力对摆球的影响好 像用一个轻一些的摆球做实验，因此振动周期不变。 ”这两个学生中_。 A甲的说法正确 B乙的说法正确 C两学生的说法都是错误的 解析：(1)摆球经过最低点时小球速度最大，容易观察和计时；图甲中停表的示数为 1.5 min 12.5 s102.5 s，则周期 T102.5 50 s2.05 s。 (2)从悬点到球心的距离即为摆长，可得 L0.997 0 m。 (3)由单摆周期公式 T2 L g可得 g 42L T2 。 (4)由于受到空气浮力的影响，小球的质量没变而相当于小球所受重力减小，即等效重力加速 度减小，因而振动周期变大，选项 A 正确。

45、答案：(1)低 2.05 s (2)0.997 0(0.997 00.998 0 均可) (3)4 2L T2 (4)A 考向六 光学实验 一、测玻璃砖的折射率 1插针与测量 (1)在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P2的像，调整视 线的方向，直到 P1的像被 P2的像挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针 P3、P4，使 P3 挡住 P1、P2的像，P4挡住 P1、P2的像及 P3，记下 P3、P4的位置。 (2)移去玻璃砖， 连接P3、 P4并延长交bb于O， 连接OO， OO即为折射光线， 入射角1AOM， - 18 - 折射角 2OON。 (

46、3)用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中。 (4)改变入射角 1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据。 2数据处理 (1)平均值法：计算每次实验的折射率 n，求出平均值n 。 (2)图像法(如图甲所示)。 (3)单位圆法(如图乙所示)。 二、测光的波长 1观察与记录 (1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹。 (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第 1 条亮条纹的中心，记下手轮上的读数 a1，转动 手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第 n 条相邻的亮条纹中心对齐时，记下 手轮上的读数

47、 a2，则相邻两条纹间的距离 x|a1a2| n1 。 (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。 2数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离 l，由公式 xl d 得 d lx 计算波长，重复测量、 计算， 求出波长的平均值。 典例 6 (2020 山东滨州高三下学期二模)如图所示是某同学在做插针法测定玻璃折射率的 实验中记录的数据，其中 P1、P2、P3、P4为实验中记录的四枚 4 大头针的位置。 (1)下列说法正确的是_。 A在观察一侧插大头针 P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针 P2、P1下半部分像和从玻璃砖上 方看到的大头针 P2、P1上半部分物连在一起 B在观察一侧插大头针 P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针 P2、P1下半部分像和从玻璃砖上 方看到的大头针 P2、P1上半部分物错开一段距离 C在观察一侧插大头针 P3、P4时，应使 P3、P4和 P1、P2在一条直线上 D在观察一侧插针时应使 P3挡住 P2、P1的像，P4挡住 P3和 P2、P1的像 (2)如图所示，P1、P2的直线与玻璃砖的交点为 A，P3、P4的直线与玻璃砖的交点为 C。取 AC CE，从 C、E 分别作玻璃砖界面的垂线 CB