经典翻新——力学实验考查新常态

湖北 朱木清

经典翻新
——力学实验考查新常态

湖北 朱木清

经典源于沉淀，精妙在于变式。

一、2016年高考力学实验题汇总

省份 考查实验内容全国课标卷Ⅰ用打点计时器测自由落体的加速度和阻力全国课标卷Ⅱ用打点计时器测弹簧的弹性势能全国课标卷Ⅲ用传感器探究物体的加速度与外力的关系海南卷 用打点计时器测物体的速度和加速度江苏卷 用光电门验证单摆的机械能守恒浙江卷 研究互成角度的二力合成及弹力与伸长的关系上海卷 用DIS 验证落体的机械能守恒北京卷 用打点计时器验证落体的机械能守恒天津卷 用打点计时器研究匀变速直线运动四川卷 用光电门测弹簧的弹性势能

可见，利用打点纸带或光电门测速度与加速度，利用能的转化研究弹性势能、验证机械能守恒定律，成为2016年力学实验题的主旋律，经典翻新形成常态。

二、典例品读

（1）用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离。

A.钢球在A点时的顶端

B.钢球在A点时的球心

C.钢球在A点时的底端

（3）下表为该同学的实验结果：

ΔEp/（×10-2J）4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk/（×10-2J）5.04 10.1 15.1 20.0 29.8

他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。

（4）请你提出一条减小上述差异的改进建议。

（3）比较该同学实验结果，每次均为ΔEp＜ΔEk，表明存在系统误差，不是偶然误差。空气阻力做负功，只会使ΔEp＞ΔEk，与结果不符。

【答案】（1）B

（2）1.50（1.49～1.51） 1.50（1.49～1.51）

（3）不同意，因为空气阻力会使ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。

【点评】本题重在考查实验原理和测量方法，数据处理和误差分析，基本仪器读数穿插其中。误差分析是一大亮点，不仔细研究很难发现。题目还留有遐想，如①对于该同学实验结果，如何计算这5组测量结果的相对误差平均值？②验证机械能守恒定律，还有哪些方法？

【例2】（2016·全国卷Ⅲ）某物理课外小组利用图3中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

（2）将n（依次取n＝1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移x，绘制x-t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。

（3）对应于不同的n的a值见下表。n＝2时的x-t图象如图4所示，由图4求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

n1 2 3 4 5a/m·s-20.20 0.58 0.78 1.00

（4）利用表中的数据在图5中补齐数据点，并作出a-n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

（5）利用a-n图象求得小车（空载）的质量为______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s-2）。

（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是________（填入正确选项前的标号）。

A.a-n图线不再是直线

B.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点

C.a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

（4）补齐数据点，画出拟合直线，如图6所示。

（5）实验步骤（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑，则有μ＝tanθ；

对整体（M＋5m），将n个钩码挂在轻绳右端，根据牛顿第二定律得

（6）若事前未平衡摩擦力（板水平），对整体

nmg-F′f＝（5m＋M）a′，F′f＝μ［（5-n）m＋M］g，

【答案】（3）0.39

（4）如图6所示

（5）0.45

（6）BC

【启示】同一装置可完成不同内容的实验，不同装置也可完成同样内容的实验。一定要掌握课本介绍的基本实验模型，注重原理的理解、迁移和拓展，活化实验方法技能。如：

①验证牛顿第二定律实验，并非一定要m远小于M。当拉力用力传感器直接测出，或把悬挂物和小车看作整体时，就无须m远小于M。

②什么时候需要平衡小车的滑动摩擦力？如用本题装置探究动能定理，当以悬挂物重力作为系统合力时，则需要平衡摩擦力；如测量小车与长木板间的摩擦因数，就无须平衡摩擦力。

（作者单位：湖北省武汉市黄陂区第一中学）