經(jīng)典翻新
——力學(xué)實驗考查新常態(tài)

湖北 朱木清

經(jīng)典翻新
——力學(xué)實驗考查新常態(tài)

湖北 朱木清

經(jīng)典源于沉淀，精妙在于變式。

一、2016年高考力學(xué)實驗題匯總

省份 考查實驗內(nèi)容全國課標(biāo)卷Ⅰ用打點計時器測自由落體的加速度和阻力全國課標(biāo)卷Ⅱ用打點計時器測彈簧的彈性勢能全國課標(biāo)卷Ⅲ用傳感器探究物體的加速度與外力的關(guān)系海南卷 用打點計時器測物體的速度和加速度江蘇卷 用光電門驗證單擺的機械能守恒浙江卷 研究互成角度的二力合成及彈力與伸長的關(guān)系上海卷 用DIS 驗證落體的機械能守恒北京卷 用打點計時器驗證落體的機械能守恒天津卷 用打點計時器研究勻變速直線運動四川卷 用光電門測彈簧的彈性勢能

可見，利用打點紙帶或光電門測速度與加速度，利用能的轉(zhuǎn)化研究彈性勢能、驗證機械能守恒定律，成為2016年力學(xué)實驗題的主旋律，經(jīng)典翻新形成常態(tài)。

二、典例品讀

（1）用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到________之間的豎直距離。

A.鋼球在A點時的頂端

B.鋼球在A點時的球心

C.鋼球在A點時的底端

（3）下表為該同學(xué)的實驗結(jié)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

他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。

（4）請你提出一條減小上述差異的改進建議。

（3）比較該同學(xué)實驗結(jié)果，每次均為ΔEp＜ΔEk，表明存在系統(tǒng)誤差，不是偶然誤差?？諝庾枇ψ鲐?fù)功，只會使ΔEp＞ΔEk，與結(jié)果不符。

【答案】（1）B

（2）1.50（1.49～1.51） 1.50（1.49～1.51）

（3）不同意，因為空氣阻力會使ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp。

【點評】本題重在考查實驗原理和測量方法，數(shù)據(jù)處理和誤差分析，基本儀器讀數(shù)穿插其中。誤差分析是一大亮點，不仔細(xì)研究很難發(fā)現(xiàn)。題目還留有遐想，如①對于該同學(xué)實驗結(jié)果，如何計算這5組測量結(jié)果的相對誤差平均值？②驗證機械能守恒定律，還有哪些方法？

【例2】（2016·全國卷Ⅲ）某物理課外小組利用圖3中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為0.010kg。實驗步驟如下：

（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑。

（2）將n（依次取n＝1，2，3，4，5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移x，繪制x-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。

（3）對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n＝2時的x-t圖象如圖4所示，由圖4求出此時小車的加速度（保留2位有效數(shù)字），將結(jié)果填入下表。

n1 2 3 4 5a/m·s-20.20 0.58 0.78 1.00

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖5中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。

（5）利用a-n圖象求得小車（空載）的質(zhì)量為______kg（保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s-2）。

（6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），下列說法正確的是________（填入正確選項前的標(biāo)號）。

A.a-n圖線不再是直線

B.a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點

C.a-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

（4）補齊數(shù)據(jù)點，畫出擬合直線，如圖6所示。

（5）實驗步驟（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑，則有μ＝tanθ；

對整體（M＋5m），將n個鉤碼掛在輕繩右端，根據(jù)牛頓第二定律得

（6）若事前未平衡摩擦力（板水平），對整體

nmg-F′f＝（5m＋M）a′，F(xiàn)′f＝μ［（5-n）m＋M］g，

【答案】（3）0.39

（4）如圖6所示

（5）0.45

（6）BC

【啟示】同一裝置可完成不同內(nèi)容的實驗，不同裝置也可完成同樣內(nèi)容的實驗。一定要掌握課本介紹的基本實驗?zāi)Ｐ停⒅卦淼睦斫?、遷移和拓展，活化實驗方法技能。如：

①驗證牛頓第二定律實驗，并非一定要m遠(yuǎn)小于M。當(dāng)拉力用力傳感器直接測出，或把懸掛物和小車看作整體時，就無須m遠(yuǎn)小于M。

②什么時候需要平衡小車的滑動摩擦力？如用本題裝置探究動能定理，當(dāng)以懸掛物重力作為系統(tǒng)合力時，則需要平衡摩擦力；如測量小車與長木板間的摩擦因數(shù)，就無須平衡摩擦力。

（作者單位：湖北省武漢市黃陂區(qū)第一中學(xué)）