高考物理二轮复习 专题八 力学实验课件

专题八 力学实验 考情分析 201520162017 力学实验 T11：探究小磁 铁在铜管中下落 时受电磁阻尼作 用的运动规律 T11：验证机械能守恒 定律 T10：探究恒 力做功与物 体动能变化 的关系 命题题解读读 本专题有五个实验，分别为“速度随时间变化的规律”、“ 力的平行四边形定则”、“加速度与物体质量、物体受力的 关系”、“探究动能定理”、“验证机械能守恒定律”，其 中“探究动能定理”为2017年江苏考纲新增实验。从三年命 题情况看，命题特点为： (1)注重基础。如各种器材的特性、使用等，一般穿插在综合 问题中命题。 (2)提倡创新。如以考纲中的几个实验原理为立足点，合理创 新，考查学生的实验能力，突出选拔功能。 整体难难度偏难难，命题题指数，复习习目标标是达B冲A 。 1.(2017江苏苏清江中学模拟拟)在“探究力的平行四边形定则”的 实验中，两只弹簧测力计拉力F1(4个格长)和F2已于图中作出了 他们的图示，O点是橡皮条的一个端点，图中每格长度代表1 N 。 图图1 (1)用作图法作出合力F的图示； (2)合力方向与F1的夹角为_； (3)保持O点位置不变，F1方向也不变，让F1、F2夹角由90逐渐 增大，则F1大小_(填“增大”或“减小”)。 答案 (1)如解析图所示 (2)37 (3)增大 2.(2017江苏苏七校联联考)在做“研究匀变速直线运动”的实验时 ，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图2所示，并 在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计 数点间还有4个点图中没有画出。打点计时器接频率为f50 Hz的交流电源。 (1)每两个相邻的计数点的时间间隔为_s，打点计时器 使用的是_(选填“交流”或“直流”)电源； 图图2 (2)打下E点时纸带的速度vE_(用题中给定字母表示)； (3)若测得d665.00 cm，d319.00 cm，物体的加速度a _m/s2； (4)如果当时电网中交变电流的频率f50 Hz，但当时做实验的 同学并不知道，那么测得的加速度值比真实值_(选填“ 偏大”或“偏小”)。 3.(2017江苏苏徐州市徐州、宿迁、连连云港、淮安四市模拟拟)用图3 所示装置验证机械能守恒定律。实验前调整光电门位置使小球 下落过程中球心通过光电门。实验中通过断开电磁铁开关使小 球从A点下落，经过光电门B，记录挡光时间t，测出小球在 AB间下落的距离h。竖直平移光电门B，重复上述步骤，测得多 组h及相应的t，已知当地重力加速度为g。 图图3 1.关于基本仪仪器的使用 基本仪仪器的使用和读读数 (1)游标卡尺：测外径或厚度在卡脚下方测量，不能将小测量 物靠近主尺放置；要认准游标“0”刻度在哪，读数时应轻轻 “锁定”游标。 (2)螺旋测微器：测量长度较小的物体；要注意0.5 mm刻度线 在上方还是下方；听到“咯、咯”声之后要换用微调；读数 时应轻轻“锁定”可动部分。 (3)弹簧测力计：使用前应校零，选择弹簧测力计时，要选力的 方向通过弹簧轴线的，必要时要选对拉时读数相同的弹簧测力计 。 (4)打点计时器：电火花打点计时器使用的是220 V交流电源；电 磁打点计时器使用的是低压6 V以下交流电源。 2.关于基本仪仪器的读读数 (2)游标卡尺的读数：注意游标卡尺的精度是多少(即游标部 分格数的倒数)，测量时还要注意看准是第几(用n表示)条游 标刻度线与主尺上的某条刻度线对齐，三种游标卡尺的读数 见下表 游标尺/mm 精度 /mm 测量结果(游标尺上第n个 刻线与主尺上的某刻度线 对正时)/mm刻度格 数 刻度总 长度 每小格与1 毫米差 1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n 20190.050.05 主尺上读的毫米数0.05n 50490.020.02 主尺上读的毫米数0.02n 注意：读数最后的“0”不能丢。如20分度的游标卡尺游标尺 上偶数条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐或50分度的游标卡尺 游标尺上“5”的整数倍条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐等 。 读数时两次单位要统一，都用mm，最后根据题目要求转换单位 。 游标卡尺不需要估读。 (3)螺旋测微器的读数：测量值固定刻度整毫米数半毫米数 可动刻度读数(含估读)0.01 mm。 实验中需要平衡摩擦力，应当取下_(选填“小车上的 钩码”“小托盘和砝码”或“纸带”)，将木板右端适当垫高， 直至小车在长木板上运动时，纸带上打出来的点_。 丙 图图4 图丙为实验中得到的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、 6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出，所用交流电的 频率为50 Hz，从纸带上测出x13.20 cm，x24.74 cm，x3 6.30 cm，x47.85 cm，x59.41 cm，x610.96 cm，小车运动 的加速度大小为_(结果保留三位有效数字) 答案 (1)5.670 mm (2)小托盘和砝码 间距相等 1.55 m/s2 【变变式1】 (2017南京、盐盐城高三一模)(1)用游标卡尺测量小球 的直径如图5甲、乙所示。测量方法正确的是_(选填“ 甲”或“乙”)。 图图5 (2)用螺旋测微器测量合金丝的直径，如图6，此示数为_mm 。 图图6 (3)在“用打点计时器测速度”的实验中，交流电源频率为50 Hz ，打出一段纸带如图7所示。纸带经过计数点2时，测得的瞬时速 度v_m/s。若实验时交流电源频率大于50 Hz，则纸带 经过2号点的实际速度_(选填“大于”“小于”“等于 ”)测量速度。 图图7 1.力学实验实验 的基本方法 基本实验实验 方法与数据处处理 力学实验的基本方法就是测量力、位移、时间等的方法。测力 可以用弹簧测力计，也可以用天平测出质量求得力，还可以根 据牛顿运动定律或动能定理等测出相关物理量来求得力。测位 移主要用到打点计时器、频闪照相、位移传感器结合示波器或 给定图象和用测长度的仪器测量，也可以根据牛顿运动定律或 动能定理等求得相关物理量来求得位移。测时间主要用到打点 计时器、秒表、光电门等仪器，也可根据题目中已知装置、图 象结合相关规律求得时间。 2.数据处处理方法 (1)作图法。作图必须规范，要有两个箭头、两个物理量及单位 ，标度必须标注完整，要使图线分布在坐标纸的较大区域内， 要根据两个坐标轴物理量间的关系考虑是拟合直线还是平滑的 曲线，还要考虑截距的物理意义。 (2)数学方法。 3.有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数 字止，共有几个数字，就是几位有效数字。 4.误误差 (1)由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统 误差，特点是测量值总偏大或偏小。 (2)由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量的影响而产 生的误差是偶然误差，特点是有时偏大有时偏小，可用多次测 量求平均值减小偶然误差。 【例2】 (2017南通高三第二次调调研)探究外力做功与物体动能 变化关系的实验装置如图8所示，根据实验中力传感器读数和 电磁打点计时器打出纸带的测量数据等可分别求得外力对小车 做功和小车动能的变化。 图图8 (1)关于该实验，下列说法正确的有_。 A.调整垫块的高度，改变钩码质量，使小车能在木板上做匀速运 动 B.调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行 C.实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量 D.若纸带上打出的是短线，可能是小车运动的速度过快 (2)除了图中所注明的器材外，实验中还需要交流电源、导线、 刻度尺和_。 (3)某次实验中打出了一根纸带，其中一部分如图9所示，各个打 点是连续的计时点， A、B、D、E、F各点与O点的距离如图，若 小车质量为m、打点周期为T，且已读出这次实验过程中力传感器 的读数F，则A、E两点间外力做功W_，小车动能变化 Ek_；在不同次实验中测得多组外力做功Wi和动能变 化Eki的数据，作出WEk图象如图10所示，图线斜率约等于1 ，由此得到结论是_。 (4)每次实验结果显示，拉力F做的功W总略小于小车动能的变化 Ek，请分析出现这种情况的可能原因_。(写 出1条) 【变变式2】 (2017海安、南外、金陵三校联联考)某同学采用如图 11所示的装置研究匀变速直线运动。打点计时器工作频率为50 Hz。 图图11 该同学的操作步骤如下： a.将木板的左端垫起，平衡小车的摩擦力； b.在小车中放入砝码，纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用 细线连接小车和钩码； c.将小车停在打点计时器附近，接通电源，释放小车，小车拖动 纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点，断开电源； d.改变钩码或小车中砝码的质量，更换纸带，重复b、c操作。 (1)设钩码质量为m1、砝码和小车总质量为m2，重力加速度为g， 则小车的加速度为a_(用题中所给字母表示)。 (2)图12是某次实验中得到的一条纸带，在纸带上取计数点O、A 、B、C、D和E，用最小刻度是毫米的刻度尺进行测量，读出各计 数点对应的刻度x，通过计算得到各计数点到O的距离s以及对应 时刻小车的瞬时速度v。某同学不小心将计数点C的数据弄模糊了 ，请你将C点对应的数据填在下表中的相应位置。 图图12 计数点x/cms/cm v/(ms1) O1.00 0.30 A2.341.340.38 B4.043.040.46 C_ D8.337.330.61 E10.909.900.70 (3)实验小组通过绘制v2s图线来分析运动规律(其中v2v2 v02，v是各计数点对应时刻小车的瞬时速度，v0是O点对应时 刻小车的瞬时速度)。他们根据实验数据在图中标出了O、A、B、 C、D、E对应的坐标点，请你在图13中画出v2s图线。 (4)绘制的v2s图线的斜率k_(用题中所给字母表示 )，若发现该斜率大于理论值，其原因可能是 _。 图图13 “长木板(带滑轮)、小车、纸带、打点计时器”体系装置，主要 来研究速度随时间的变化、加速度与物体质量、物体受力的关系 、探究动能定理、验证机械能守恒以及测定动摩擦因数等几个实 验。“长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及 注意事项如下： 力学实验设计实验设计 (1)在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“探究动 能定理”的实验中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力的方法是将 小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一 条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀 速下滑。 (2)在测定动摩擦因数的实验中，木板必须水平，细线必须与长 木板平行，这样才能使压力等于木块的重力，细线对木块的拉力 沿水平方向。 (3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于 悬挂物的重力，只有当M车m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的 重力。如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的 拉力，不需要M车m挂。 【例3】 (2017常州一模)如图14为测量物块与水平桌面之间动摩 擦因数的实际装置示意图。实验步骤如下： 用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m，用游标卡 尺测量遮光片的宽度d，用米尺测量两光电门之间的距离s。 图图14 回答下列问题： (1)用20分度的游标卡尺测量d时的示数如图15所示，其读数为 _cm。 图图15 (4)倾倾斜细线细线 的拉力有垂直板向下的分量，实际实际 增大了正压压力， 实验结论则实验结论则 是测测得的偏大，这这是由于器材和实验实验 原理造成的 误误差，是系统误统误 差。 【变变式3】 (2017江苏扬苏扬 州中学高三期初考)(1)如图16所示为某 同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置。 图图16 在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使小车受到合外力等 于砝码和砝码盘的总重量，通常采用如下两个措施： A.平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移 动木块的位置，直到小车在砝码盘的拉动下带动纸带与小车一起 做匀速直线运动； B.在调整砝码多少的过程中，要保证砝码和砝码盘的总质量m远 小于小车和砝码的总质量M。 以上哪一个措施中有何重大错误？(说明错误点) _。 如图17是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周 期是0.02 s，结合图中给出的数据(单位cm)，求出小车运动加速 度的大小为_m/s2，并求出纸带中P