学生实验第二课时教学设计

高考物理探究性实验题汇编

一．力学篇

1．（无锡市一调）学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用两种方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系。

Ⅰ．理论探究：

根据牛顿运动定律和有关运动学公式，推导在恒定合外力的作用下，功与物体动能变化间的关系，请在答题纸上对应位置写出你的推导过程。

Ⅱ．实验探究：

①某同学的实验方案如图乙所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：

a．______

_▲

___；b．

_▲

____；

②如图丙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打C点时小车的速度为

▲

；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有

▲

。

A B D E F C

△x1

△x2

△x3

△x4

△x5

丙

答案：推导（2分）：

牛顿第二定律得F合＝ma，由运动学公式得v22－v12=2ax，由功的定义式

W合

＝F合x，三式联立得W合

＝1122mv2mv1

22

Ⅱ①a.平衡摩擦力（1分）

b.钩码的重力远小于小车的总重力（1分）

②x2x3（2分，其它正确也得分）

钩码的重力和小车的总质量

（2分）

2T

2．（淮安一调9分）物体因绕轴转动时而具有的动能叫转动动能．转动动能的大小与角速度大小有关，为了探究转动动能的大小与角速度之间的定量关系，某同学设计了下列一个实验，即研究砂轮的转动．先让砂轮由电动机带动作匀速转动并测出其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服轮边缘的摩擦阻力做功，砂轮最后停下来，测出砂轮开始脱离动力到停止转动的圈数n，实验中得到几组n和ω的数值见下表：（砂轮直径d=10cm，1转轴间摩擦力大小fN）

πn ω/（rads-1）

Ek（J）

5 0.5 ▲

20 1 ▲

80 2 ▲

180 3 ▲

320 4 ▲

（1）根据功能关系，请你帮他计算出砂轮每次脱离动力时的转动动能，并填

入表格内；

（2）利用实验数据，请你帮他确定此砂轮的转动动能与角速度大小定量关系式

是 ▲ ．

答案：解：（1）-f（nπd）=0-Ek

代入数据，得

Ek=0.1n 分别填：0.5、2、8、18、32（直接填数据，正确的不扣分）

（2）Ek=2ω2

评分说明：第（1）问5分；第（2）4分。共计9分。

3．（启东市一调10分）在“利用打点计时器测定匀加速直线运动加速度”的实验中，打点计时器接在50HZ的低压交变电源上。某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（每相邻两个计数点间的四个点未画出）．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段（分别为a、b、c、d、e段），将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xoy坐标系中，如图所示，由此可以得到一条表示v-t关系的图线，从而求出加速度的大小．

A

出哪个轴相当于v轴？答：

；

⑵从第一个计数点开始计时，为求出0.15s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？答：

；

⑶若测得a段纸带的长度为2.0cm，e段纸带的长度为10.0cm，则可求出加速度的大小为

m/s2．

答案：（10分）

⑴v－t图线如图所示

（2分）

y轴相当于v轴

（2分）

⑵

b

(3分)

⑶

2.0

(3分)

O B

C

D

E

F

O y a b c d e x

⑴请你在xoy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线(作答在右图上)，并指y y 或

a b c d e a b c d e x

O

4.（海安如皋期中联考）某研究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系．实验室提供如下器材：

A．表面光滑的长木板（长度L）；

B．小车；

C．质量为m的钩码若干个；

D．方木块（备用于垫木板）；

E．米尺；

F．秒表。

（1）实验过程：

第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系．

实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑至底端用时t，就可以由公式a=_____________求出a，某同学记录了数据如下表所示：

根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间___________

质量

（填“改变”或“不改变”），经过分析得出加速度和质量的关系为_________．

时间t

M M+m

M+2m

第二步，在物体质量不变时，探究加速度与

倾角的关系．实验中通过改变方木块垫放位置来

次数

1 1.42 1.41 1.42 调整长木板倾角，由于没有量角器，因此通过测

2 1.40 1.42 h和加速1.39 量出木板顶端到水平面高度h，求出倾角α的正弦值sinα=h/L．某同学记录了高度3 1.41 1.38 1.42

度a的对应值如下表：

L

(m) h

(m) sinα=h/L

a

(m/s2) .10 0.10 .20 0.20 0.30 0.30 0.40 0.40 0.50 0.50 001.00 01234.970 .950 .925 .910 .900 请先在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图，然后根据所作的图线求出当地的重力加速度g=____________．进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系

为_______________________________________________．

（2）该探究小组所采用的探究方法是_______ ________________________________________．

解析：（1）2L/t2；不改变；无关；正确作图（4分）；9.81m/s2；a=gsinα；

（2）控制变量法。

5．(南通市一调10分)在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置。图中上下两层水小车Ⅰ

细线

平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，滑轮

细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部控制细线连到控制装置上，实验时通过控制装装小车Ⅱ

置置使两小车同时开始运动，然后同时停止。

砝码盘

（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，

和砝码

第10题图甲

使

；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量

小车的质量（选填“远大于”、“远小于”、“等于”）。

（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为

。

（3）实验中获得数据如下表所示：

小车Ⅰ、Ⅱ的质量m均为200g。

实验次数

1 小车

Ⅰ

Ⅱ

拉力F/N 0.1 0.2 位移s/cm

46.51

Ⅰ

0.2 29.04 2

Ⅱ

0.3 43.63

Ⅰ

0.3 41.16 3

Ⅱ

0.4 44.80

Ⅰ

0.4 36.43 4

Ⅱ

0.5 45.56

A B

cm

0 1 22 23 24

图乙

在第1次实验中小车Ⅰ从图乙中的A点运动到B点，请将测量结果填到表中空格处。通过分析，可知表中第

次实验数据存在明显错误，应舍弃。

答案：（1）细线与轨道平行（或水平）

（2分）

远小于

（2分）

（2）两小车从静止开始作匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等

（2分）

（3）23.36（23.34－23.38均对）

（2分）

3

（2分）

6、（泰州一调模拟9分）如图所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W. 当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放. 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.

（1）除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有 ；

（2）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是 ；

（3）每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的 部分进行测量；

（4）下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；

打点计时器

纸带

小车

橡皮筋

·

·

数据

物理量

橡皮筋做的功

次数

1 W 2 3 4 5

10个间隔的距离S（m）

0.200 0.280 0.300 0.400 0.450 10个间隔的时间T（s）

0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 小车获得的小车速度的平速度vn（m/s）

方vn2（m/s）2

（5）从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝

. 请你运用数据表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性；

（6）若在实验中你做出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是：

. 答案：

（1）刻度尺;

（1分）

（2）把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力

(1分) （3）点距均匀(1分) （4）2W、3W、4W、5W(2分) （5）v2（1分）；图像

(2分)

（6）分析误差来源或改进试验方案或测量手段，重新进行试验（1分）；

若答：“修改试验数据数据，使之符合自己的推测”得0分；

7．（无锡市）为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。

（1）为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力大小，你认为方案

更易于操作(2分)。

简述理由

。(3分) （2）若A和B的重力分别为100N和150N，当甲中A被拉动时，弹簧测力计a示数为60N，b示数为110N，则A、B间的动摩擦因数为

。(3分)

a

A

B

b

Fb

A

B

第12题图

甲

答案：（1）甲；因为甲方案拉木块时不需要匀速拉动, （2）0.4。

c Fc 乙

8．（无锡期中8分）科学探究活动通常包括以下几个环节，提出问题：猜想与假设，制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等，一位同学在学习了滑动摩擦力之后，认为滑动摩擦力的大小可能与两物体接触面积的大小有关，于是他通过实验探究这个问题。

（1）这位同学认为，滑动摩擦力的大小与两物体的面积的大小成正比，这属于上述科学探究的

环节。

（2）这完成本实验，需要自己制做木块，他制做的木块应是下列选项中的

。

A．各面粗糙程度相同的正方体

B．各面粗糙程度不同的正方体

C．各面粗糙程度相同。长宽高各不相同的长方体

D．各面粗糙程度不相同，长宽高各不相同的长方体

（3）本实实验中，该同学设计了两种实验方安案：

方案一：木板水平固定，通过弹簧秤水平拉动木块，如图（a）所示。

方案二：木块与弹簧秤相连，弹簧秤水平固定，通过细绳水平拉动木板。如图（b）所示。

①上述两种方案中，你认为更合理、更易于操作的是

（填“方案一”或“方案二”）

②该实验记录的数据是

。

答案：（8分）①猜想与假设

（2分）

②C

（2分）

③（1）方案二

（2分）

（2）弹簧秤的读数和木块底面的长宽（式底部面积）（2分）

9．（山东省实验中学10分）铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的，弯道处要求外轨比内轨高，其内外高度差h的设计不仅与r有关，还取决于火车在弯道上的行驶速率。下表格中是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之相对应的轨道的高度差h。

弯道半径r（m）

内外轨高度差h（m）

660 0.05 330 0.10 220 0.15 165 0.20 132 0.25 110 0.30

（1）根据表中数据，试导出h与r关系的表达式为：

，并求出当r=440m时，h的设计值应为：

。

（2）铁路建成后，火车通过弯道时，为保证绝对安全，要求内外轨道均不向车轮施加侧面压力，又已知我国铁路内外轨的间距设计值为L=1.500m，结合表中数据，算出我国火车的转弯速率：v＝

；（路轨倾角很小时，正弦值按正切值处理g=10m/s2）

（3）随着人均生活节奏加快，对交通运输的快捷提出了更高的要求，为了提高运输能力，国家对铁路不断进行提速，这就要求铁路转弯速率也需要提高，请根据上述计算原理和上述表格分析提速时应采取怎样的有效措施？答：

。

答案：（1）r.·h=33

0.075

（2）14.8 （3）增大h或增大r或减小L

10．（青岛质检二9分）某探究学习小组的纸带

打点计时器

滑块

细线

滑轮

长木板

水平实验台

小沙桶

同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过

滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑

块处于静止状态．

若你是小组中的一位成员，要完成

该项实验，则：

（1）你认为还需要的实验器材

有

．

（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是

，实验时首先要做的步骤是

．

（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1< v2）．则本实验最终要验证的数学表达式为

（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．

答案：（9分）（1）天平，刻度尺（2分）

（2）沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量（2分），平衡摩擦力（2分）

（3）mgL112Mv2Mv12（3分）

22

11．（东台市三调8分）现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。实验步骤如下（不考虑摩擦力的影响），在空格中填入适当的公式或文字。

（1）用天平测出小车的质量m （2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。

（3）用米尺测量A1与A2之间的距离s。则小车的加速度a＝

。

（4）用米尺测量A1相对于A2的高度h。则小车所受的合外力F＝

。

（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时改变h，使m与h的乘积不变。测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。请说出总质量与高度的乘积不变的原因______________________________。

2（6）多次测量m和t，以m为横坐标，t为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条____________线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。

答案：③2s

；(2分) 2tmgh④s；(2分) ⑤为了使各次测量中，小车所受的合外力不变；(2分) ⑥过原点的直线

(2分)

12（扬州期末调研）(2)如图甲所示为测量电动机转动角速度的实验装置，半径不大的圆形卡纸固定在电动机转轴上，在电动机的带动下匀速转动．在圆形卡纸的旁边安装一个改装了的电火花计时器．

电火花计时器

（甲）

（乙）

（丙）

下面是该实验的实验步骤：

Ⅰ．使电火花计时器与圆形卡纸保持良好接触；

Ⅱ．启动电动机，使圆形卡纸转动起来；

Ⅲ．接通电火花计时器的电源，使它工作起来；

Ⅳ．关闭电动机，拆除电火花计时器；研究卡纸上留下的一段痕迹（如图乙所示），写出角速度ω的表达式，代入数据，得出ω的测量值。

①．要得到角速度ω的测量值，还缺少一种必要的测量工具，它是_______ A ．秒表

B ．游标卡尺

C．

圆规

D ．量角器

②．写出ω的表达式，并指出表达式中各个物理量的含义：______________________ ___________________________________________________________________________；

③．为了避免在卡纸连续转动的过程中出现打点重叠，在电火花计时器与盘面保持良好接触的同时，可以缓慢地将电火花计时器沿圆形卡纸半径方向向卡纸中心移动。则卡纸上打下的点的分布曲线不是一个圆，而是类似一种螺旋线，如图丙所示。这对测量结果有影响吗？

。（选填“有影响”或“没有影响”）

理由是：___________________________________________________________。

答案：(2)①．D

……2分

②

(n1)t，θ是n个点对应的圆心角，t是电火花计时器的打点时间间隔；3分

③．没有影响

…1分

,电火花计时器向卡纸中心移动时不影响角度的测量2分

13、(上海梅山高中6分)将一个传感器接到计算机上，就可以测量快速变化的力，用这种方法测得某物体摆动时悬线上拉力大小随时间变化的曲线如图所示。该图提供了较多的信息，请你根据这些信息作出3个判断。

（1）

（2）

（3）

答案：（1）水管周长L、水管距地高度h，水柱的水平射程S。

L2g（2）vs、ms。

42h