人教版高中物理第1课时　力学、热学和光学实验.docx

专题九　实验及拓展创新
第1课时　力学、热学和光学实验
专题
复****定位
解决问题
本专题主要复****力学、热学和光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。
高考重点
主要考查长度的测量和读数；对力的研究；“纸带类”实验；验证动量守恒定律；力学拓展创新实验；探究气体压强与体积的关系；测量玻璃的折射率；用双缝干涉实验测量光的波长；用单摆测量重力加速度的大小等。
题型难度
通常作为第一个实验题，考查实验的基本原理和方法，难度一般较小。
高考题型1　对力的研究
【例1】 (2021·广东省普通高中学业水平选择性考试，11)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图1所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g 的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表1所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。
图1
表1
n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1，2，3)计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值Δ＝＝________cm；
(2)上述Δ是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)。
答案　(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6
解析　(1)ΔL3＝L6－L3＝18.09 cm－12.05 cm＝6.04 cm，压缩量的平均值
Δ＝＝6.05 cm。
(2)根据(1)问可知，Δ为增加3个钢球时产生的平均压缩量。
(3)根据胡克定律的推论可知，3mgsin θ＝kΔ，代入数值解得k＝48.6 N/m。
【例2】 (2021·广东肇庆市高三下第三次统一测试)某同学用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水等器材验证“力的平行四边形定则”。实验时，先将一弹簧一端固定在墙上的钉子A上，另一端挂矿泉水瓶，如图2甲所示；然后将两弹簧一端分别固定在墙上的钉子A、B上，另一端连接于结点O，在结点O挂矿泉水瓶，静止时用智能手机的测角功能分别测出AO、BO与竖直方向的偏角α、β，如图乙所示。改变钉子B的位置，按照上述方法多测几次。
(1)依据上述方案并根据力的平行四边形定则，为画出力的合成图，必须的操作是________(选填选项前的字母)。
A.实验中要使AO、BO长度相同
B.要测量弹簧的原长
C.要测量图甲、乙中弹簧的长度
D.实验中要使结点O的位置始终固定不变
(2)根据实验原理及操作，为验证力的平行四边形定则，在作图时，图中________(选填“丙”或“丁”)是正确的。
图2
(3)某次实验中测得乙图中α＝30°，β＝45°，保持α偏角不变，将OB从乙图中位置沿顺时针缓慢转到水平位置，则OA中弹簧的长度将________，OB中弹簧的长度将____________(选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。
答案　(1)BC　(2)丙　(3)一直增大　先减小后增大
解析　(1)实验中，甲图用来测量合力，乙图用来测量两个分力，根据胡克定律，力的大小与弹簧伸长量成正比，力的大小可用弹簧伸长量来表示，因此必须测量弹簧的伸长量，但AO、BO长度不必相同，A错误，B、C正确；实验中重物重力是定值，所以不必保证O点固定不变，D错误。
(2)实验中矿泉水瓶的重力方向始终竖直向下，所以x1需要沿着竖直方向，故丙图是正确的。
(3)对O点受力分析，O点处于动态平衡中，重力大小方向不变，OA绳中拉力方向不变，根据平行四边形定则易得OA中弹力将一直变大，OB中弹力将先减小后增大，如图所示。
所以OA中弹簧的长度将一直增大，OB中弹簧的长度将先减小后增大。
高考题型2　“纸带类”实验
【例3】 (2021·广东深圳市高三下第一次调研考试)图3为“验证加速度与质量关
系”的实验装置，图4为同时释放小车甲、乙后打出的两条纸带(相邻计数点间均有4个点并未画出)。忽略绳子的质量以及滑轮与绳子间的摩擦。
图3
图4
(1)测量得到各相邻计数点间的距离如下表所示(单位：cm)：
s1(s1′)
s2(s2′)
s3(s3