1、1、考法分析和解题技法（一）考法分析热门考法考法 1 实验原理与操作考法 2 数据处理与误差分析考法 3 创新实验设计（2）解题技法1. 实验原理与操作 数据处理2. 误差分析（1）误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功 W 与橡皮筋的条数不成正比（2）没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差（3）利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差3. 创新实验设计视角 1 实验器材的改进，使用拉力传感器和速度传感器如图所示，将拉力传感器固定在小车上，平衡小车的摩擦力，拉力传感器可以记录小车受到的拉力大小，在水平桌面上相距一定距离 x 的 A、B 两点各安装一个
2、速度传感器，分别记录小车通过A、B 时的速度大小，改变钩码的数量，分别得到对应拉力的功 W 和 v2(即 v v )，也可验证得2A 2B到 Wv2 的结论视角 2 实验方案的改进利用自由落体运动探究功和动能的关系视角 3 创新拓展把探究功和动能关系的实验拓展为探究弹性势能和形变量关系的实验视角 4 数据处理的改进(1)在数据处理时，可用小车的动能增量 Ek 作为纵轴，小车拉力的功 W 作横轴作出 EkW 图象(2)因小车合力一定时，合力的功 W 与小车位移 L 成正比，因此，可以做出 Lv2 图象或 LEk 图象二、真题再现考例 1 (2017 北京卷，T21)如图 1 所示，用质量为 m
3、的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验图 1(1)打点计时器使用的电源是 _ ( 选填选项前的字母)A直流电源 B交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 _ ( 选填选项前的字母)A把长木板右端垫高 B改变小车的质量在不挂重物且_(选填选项前的字母 )的情况下，轻推一下小车若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响A计时器不打点 B计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为 O.在纸带上依次取 A、B、C若干个计数点，已知相
4、邻计数点间的时间间隔为 T.测得 A、B、C 各点到 O 点的距离为 x1、x 2、x 3如图 2 所示图 2实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为 mg.从打 O 点到打 B 点的过程中，拉力对小车做的功 W _ ，打 B 点时小车的速度 v _ .(4)以 v2 为纵坐标，W 为横坐标，利用实验数据作出如图 3 所示的 v2W 图象由此图象可得 v2随 W 变化的表达式为 _ .根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2 这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是 _ .图 3(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小
5、车质量的条件，则从理论上分析，图 4 中正确反映 v2W 关系的是 _ .图 4【答案】 (1)B (2)A B (3)mgx2 (4) v24.7W (4.5W5.0W 均认为正确) 质量 x3 x12T(5)A(4)根据图线，关系式写为 v2kWb，在直线上取两点，如(1.410 2, 0.07)(8102, 0.38)，代入上式，解得 k4.7，b0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为 v24.7W .把功的单位用基本单位表示，JNmkgm 2s2 ，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为 kg1 ，故与图线斜率有关的物理量应是质量(5)若重物质量 m 不满足远小于小车质量 M，
6、则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，【考法】实验原理与操作、数据处理与误差分析。 四、跟踪速练1. 某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题(1)如图甲所示，在保持 M7m 条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为 50 Hz.图乙是在 m100 g、M1 kg 情况下打出的一条纸带，O 为起点，A、B 、C 为过程中 3 个相邻的计数点，相邻的计数点之间有 4 个点没有标出，有关数据如图乙所示，则打 B 点时小车的动能 Ek_J，从开始运动到打 B 点时，绳
7、的拉力对小车做的功W_J(保留 2 位有效数字，g 取 9.8 m/s2)(2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功 W 大于小车获得的动能 Ek，请你举出导致这一结果的主要原因：_.( 写出一种即可)【答案】(1)0.50 0.51 (2)摩擦力没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力(写出一种即可)【解析】(1)小车拖动纸带做匀加速直线运动，B 为 AC 的中间时刻，由匀变速直线运动的规律可得 vB ，其中 xACOCOA 19.95 cm，T50.02 s0.1 s，代入可求得 vB0.9975 m/s，所ACvxAC2T以在 B 点小车的动能 Ek Mv 0.50 J绳的拉力近似等于砂
8、和砂桶的总重力，所以绳的拉力对小12 2B车做的功 Wmgx OB0.51 J.(2)若摩擦力没有完全抵消，小车所受合外力的功还应包含摩擦力做的负功，故拉力的功大于动能的增量；若砂与砂桶的重力不满足“远小于小车的重力”的条件，则砂和砂桶的重力大于绳的拉力，若把砂和砂桶的重力近似为拉力，导致拉力做的功大于动能增量2. 某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力(1)(多选 )为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是_A实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B实验操作时要先放小车，后接通电源C在利用纸带
9、进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好D在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有_.(3)如图为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的 A、B 两点来探究“ 动能定理”已知打点计时器的打点周期为 T，重力加速度为 g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为 M，砂和砂桶的总质量为 m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来_【答案】 (1)AD (2) 刻度尺、天平 (3)mgxMx2 x2132T2(3)在 A 点的速度为 v1 ，在 B 点：v 2x14T x24T所以动能变化量Ek Mv Mv 12 2 12 21
10、 Mx2 x2132T2而砂和砂桶的总重力做的功为：W Gmgx要探究动能定理的表达式为：mgxMx2 x2132T23.某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等组装的实验装置如图所示(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些？_.(2)实验开始时，他先调节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避免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
11、迹清晰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，发现小车运动过快，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，请你利用本实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，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些这一情况可能是下列哪些原因造成的_( 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【答案】 (1)刻度尺、天平( 包括
12、砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD4. (2017 安徽马鞍山模拟)某同学用如图甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系”的实验，他通过成倍增加位移的方法来进行验证方法如下：将光电门固定在水平轨道上的 B 点，用重物通过细线拉小车，保持小车( 带遮光条) 和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离进行多次实验，每次实验时要求小车都由静止释放(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度 d，示数如图乙所示，则 d_ cm.(2)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为 t，小车到光电门的距离为 s，通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系，则所作图象关
13、系是_时才能符合实验要求As t Bs t 2Cs t 1 Ds t2(3)下列实验操作中必要的是_A调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动B必须满足重物的质量远小于小车的质量C必须保证小车由静止状态开始释放【答案】(1)1.075 (2)D (3)C5某实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实验步骤：用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作 G；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；改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤；实验数据如表所示：G/N 1.50 2.00 2.5
14、0 3.00 3.50 4.00F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61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；滑块由静止释放后开始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)根据表中数据在给定坐标纸上作出 F G 图线(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数 _( 保留两位有效数字)(3)滑块最大速度的大小 v_(用 h、s、 和重力加速度 g 表示)【答案】(1)见解析图 (2)0.40(0.380
15、.42 均正确) (3) 【解析】(1)根据表中数据描点作出图象如图所示6. 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能(1)实验中涉及下列操作步骤：把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是_( 填入代表步骤的序号) (2)图(b)中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率
16、为 50 Hz.由 M 纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_ m/s.比较两纸带可知， _(填“M” 或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大【答案】 (1) (2)1.29 M7用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在 O 点；在 O 点右侧的 B、C 位置各安装一个光电门，计时器( 图中未画出)与两个光电门相连先用米尺测得 B、C 两点间距离 s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置 A，由静止释放，计时器显示遮光片从 B 到 C 所用的时间 t，用米尺测量 A、O 之间的距离 x.(1)计算滑块离开弹簧时速度大
17、小的表达式是_(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_A弹簧原长B当地重力加速度C滑块(含遮光片)的质量(3)增大 A、O 之间的距离 x，计时器显示时间 t 将_ A增大 B减小 C 不变【答案】(1)v (2)C (3)BstB 对 8某同学利用如图所示的装置“探究功与速度变化的关系”：在木块的左端固定一挡板，挡板上栓一轻质弹簧，弹簧的右端固定一小物块，物块的上方有一很窄的遮光片，当弹簧的长度为原长时，物块恰处于 O 点，O 点的正上方有一光电门，光电门上连接计时器 (图中未画出)已知弹性势能的表达式为 Ep k(x)2.12(1)实验开始时，_平衡摩擦力；_测量遮光片的宽度 (均填“需要
18、”或“不需要”)(2)所有实验条件具备后，将小物块向左压缩 x 后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间 t1.(3)将小物块向左压缩 2x、3x、4x、后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，分别记下遮光片通过光电门的时间 t2、t 3、t 4、.(4)将几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为 W1、W 2、W 3、，则 W1W2W3_，若以 W 为纵坐标、 为横坐标作图，则得到的图象是_(填“一条直线” 或“一条曲线”)1t2【答案】(1)需要 不需要 (4)149 一条直线【解析】(1)由于该实验要求弹簧弹力做功，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力光电门
19、测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度 v，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间 t，小物块的速度 v ，根据功能关系可以求出需要验证的关系式可知：dtW mv2 m，若以 W 为纵坐标、 为横坐标作图，则得到的图象是一条倾斜直线，即可得到合12 d22t2 1t2力功与速度变化的关系，所以不需要测量遮光片的宽度(4)已知弹性势能的表达式为 Ep k(x)2.12所以几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为 W1、W 2、 W3、，则 W1W2W3149，若以W 为纵坐标、 为横坐标作图，则得到的图象是一条直线1t29某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理(1)将气垫导轨调至水
20、平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s_cm；(2)测量挡光条的宽度 d，记录挡光条通过光电门 1 和 2 所用的时间 t1 和 t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力 F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_.(3)该实验_满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量( 填 “需要”或“ 不需要”)【答案】 (1)50.00 (2) 滑块、挡光条和拉力传感器的总质量 M (3)不需要10.某学习小组利用如图所示的装置探究动能定理(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离 x _ cm ；(2)测量挡光条的宽度 d，记
21、录挡光条通过光电门 1 和 2 所用的时间 t1 和 t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力 F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？ _ (填“ 是”或“ 否”) 【答案】 (1)50.00 (2) 滑块、挡光条和拉力传感器的总质量 (3)否11. 如图是某小组验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在 B 处。测得滑块(含遮光条和拉力传感器) 质量为 M、钩码的总质量为 m、遮光条的宽度为 d，当地的重力加速度为
22、g。当气垫导轨充气后，将滑块在图示 A 位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为 F，光电门记录的时间为t。(1)实验中是否要求钩码总质量 m 远小于滑块质量 M？_(填“是”或“ 否”)；(2)测得 AB 之间的距离为 L，则对滑块验证动能定理的表达式为_( 用以上对应物理量的符号表示)；(3)为减少实验误差，可采取的方法是( )A增大 AB 之间的距离B减少钩码的总质量C增大滑块的质量D减少遮光条的宽度【答案】 (1)否 (2) FL M( )2 (3)AD12 dt【解析】 (1)拉力是直接通过传感器测量的与小车质量和钩码质量大小无关，故不需要钩码总质量 m 远小于滑块质量 M；(2)由
23、于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通过 B 点的速度为 v ，拉力做功为：W FL ，动能的增加量为 Ek M( )2，故本dt 12 dt实验中验证动能定理的表达式为 FL M( )2；12 dt(3)由公式可知，实验误差来自长度的测量和速度的测量，为减小误差可以让 AB 之间的距离 L 增大或减小遮光片的长度，故 A、 D 正确。12.某同学利用自己设计的弹簧弹射器测量弹簧的弹性势能。装置如图所示，水平放置的弹射器将质量为 m 的静止小球弹射出去。测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为 t，甲、乙光电门间距为 L，忽略一切阻力
24、。(1)小球被弹射出的速度大小 v_，求得静止释放小球时弹簧弹性势能 Ep_；(用题目中的字母符号表示)(2)由于重力作用，小球被弹射出去后运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_影响( 选填“有”或“无”)。【答案】 (1) (2)无Lt mL22t213.(2018 山东烟台高三上学期期中 )某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中 A 为小车，B 为打点计时器，C 为弹簧测力计，P 为小桶(内有砂子 )，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点(1)该
25、同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清晰的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离 x，计算出它们与零点之间的速度平方差 v2v 2v ，弹簧测力计的读20数为 F，小车的质量为 m，然后建立 v2x 坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为 _(填写表达式) (2)若测出小车质量为 0.4 kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为 _N.【答案】 (1) (2)12Fm【解析】 (1)根据动能定理可知 Fx mv2，所以理论上 v2 xx， v2x 图象为过原点12 2Fm的直线，直线的斜率 k .(2)结合图象可知 k 5 N/kg ，所以 F1 N.2Fm 2Fm
