高三物理一轮复习（考情解读知识通关题型突破能力提升）专题14 力学实验课件

目 录 Contents,考情精解读,实验1,实验2,实验5,实验4,实验3,实验7,实验6,A.考点全通关,考情精解读,考纲解读,命题趋势,命题规律,物理 专题十四 力学实验,单位制 实验一:研究匀变速直线运动 实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三:验证力的平行四边形定则 实验四:验证牛顿运动定律 实验五:探究动能定理 实验六:验证机械能守恒定律 实验七:验证动量守恒定律,考纲解读,命题趋势,命题规律,物理 专题十四 力学实验,考纲解读,命题规律,命题趋势,物理 专题十四 力学实验,考纲解读,命题规律,返回目录,1.热点预测 基本仪器的使用及读数、对匀变速直线运动的研究、牛顿第二定律的验证和验证机械能守恒定律是本专题考查的热点.题型以填空题为主,分值为510分. 2.趋势分析 高考注重对实验原理和数据处理的考查,要求考生能理解实验原理,挑选实验仪器,设计实验步骤,处理实验数据,分析实验误差,选修3-5变为必考后要注意掌握验证动量定理的实验.,命题趋势,物理 专题十四 力学实验,考点全通关,实验1 研究匀变速直线运动,继续学习,物理 专题十四 力学实验,一、实验目的 1.练习正确使用打点计时器,学会利用打上点的纸带研究物体的运动. 2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(x=aT2). 3.测定匀变速直线运动的加速度. 二、实验原理 1.打点计时器 (1)作用:计时仪器,每隔0.02 s打一次点.,(2)两种打点计时器的比较.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,(3)计时点和计数点 计时点是打点计时器打在纸带上的实际点,两相邻点间的时间间隔为0.02 s;计数点是人们根据需要按一定的个数选择的点,两个相邻计数点间的时间间隔由选择的个数而定,如每5个点取一个计数点和每隔4个点取一个计数点,时间间隔都是0.1 s. (4)纸带上的点的意义 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置. 通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运动情况. 可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔. 2.匀变速直线运动的判断 连续相等时间内的位移之差为恒量,即x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=恒量(不为零),则物体做匀变速直线运动,且x=aT2.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,三、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端固定有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸. 四、实验步骤 1.把固定有定滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路. 2.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面.实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点.换上新纸带重复实验,至少重复三次. 4.从几条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头比较密集的点,从便于测量的点开始确定计数点,为了计算方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为单位时间,即T=0.1 s.正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计好的表格中. 5.利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度. 6.增减所挂钩码数,重复实验两次.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,五、数据处理 1.目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,确定物体的运动性质等. 2.处理的方法 (1)分析物体的运动性质测量相邻计数点间的距离,计算相邻计数点距离之差,看其是否为常数,从而确定物体的运动性质. (2)由纸带求加速度,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,六、误差分析 1.电网频率不稳引起实验系统误差. 2.测量数据不准及描点、连线作图不准引起偶然误差. 七、注意事项 1.平行:纸带、细绳要和长木板平行. 2.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取纸带. 3.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地和小车与滑轮相撞.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,4.要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点,一般在纸带上每隔4个点取1个计数点,即“每5个点取1个计数点”,时间间隔为T=0.025 s=0.1 s. 5.测距离时不要分段测量,读数时要注意有效数字的要求,计算a时要注意用逐差法,以减小误差. 6.减小误差:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50 cm长的纸带上清楚地取出67个计数点为宜.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,1.误差 (1)定义:测量值与真实值之间的差异称为误差.误差是不可避免的,只能减小. (2)分类: 从误差来源分类,物理 专题十四 力学实验,返回目录,从分析数据看 2.有效数字 (1)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,共有几位数字,就是几位有效数字. 最末一位非零数字后面的数字0是有意义的,不能随意舍去. (2)不需要估读的仪器:游标卡尺、机械秒表、电阻箱.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系,一、实验目的 1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系. 2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据. 二、实验原理 1.如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等. 2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,三、实验器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸 四、实验步骤 1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长. 2.如图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入自己设计的表格中.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.,五、数据处理 1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图.连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线. 2.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数. 3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义. 六、误差分析 1.本实验的误差来源之一是对弹簧的拉力大小不稳定.因此,使弹簧的悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,可以提高实验的精确度. 2.弹簧长度的测量误差是本实验的主要误差来源.所以,测量时应尽量精确地测量弹簧的长度. 3.描点、作图不准确也会造成一定的实验误差.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,七、注意事项 1.每次增减钩码测量有关长度时,均需保证弹簧及钩码处于静止状态,否则,弹簧弹力可能与钩码重力不相等. 2.在弹簧下端增加钩码时,注意不要超过弹簧的弹性限度. 3.测量有关长度时,应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x三者之间的不同,明确三者之间的关系. 4.建立平面直角坐标系时,两坐标轴上单位长度所代表的量值要适当,不可过大,也不可过小. 5.描线的原则是,使尽可能多的点落在所描绘的图线上,不在图线上的点尽量均匀分布在图线的两侧,描出的图线应是平滑的曲线.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,返回目录,八、实验创新 1.创新图示 2.创新方法 (1)弹力的获得:弹簧竖直悬挂(如图甲),重物的重力作为弹簧的拉力,受到弹簧自重的影响.弹簧水平使用(如图乙),重物的重力作为弹簧的拉力,消除了弹簧自重的影响. (2)图像的获得:由坐标纸作图得F-x图像,传感器和计算机输入数据直接得F-x图像.,一、实验目的 1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则. 2.学会用作图法处理实验数据和得出实验结论. 二、实验原理 一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都可以使同一根一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以F为F1和F2的合力,作出F的图示,再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示,比较F、F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同.若是,则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则. 三、实验器材 方木板,白纸,弹簧测力计(两个),橡皮条,细绳套(两个),三角板,刻度尺,图钉(若干个),细芯铅笔.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验3 验证力的平行四边形定则,四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上. 2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套. 3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向. 4.只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向. 5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再做两次实验.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,五、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从O点沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示. 2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一个弹簧测力计时的拉力F的图示. 3.比较F与F是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则. 六、误差分析 1.读数误差 减小读数误差的方法:选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度;在允许的情况下,弹簧测力计的示数应尽量大一些,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,2.作图误差 减小作图误差的方法:作图时要画准结点的位置和两个测力计的方向.两个分力F1、F2间的夹角越大,用平行四边形定则作出的合力F的误差F就越大,所以实验时不要把F1、F2间的夹角取得太大;作图比例要恰当. 七、注意事项 1.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点位置一定要相同. 2.用两个弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在6090为宜. 3.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦.读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值应尽量大些.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,4.细绳套应适当长一些,以便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,去掉细绳套后,再将所标点与O点连接,即可确定力的方向. 5.在同一次实验中,画力的图示时所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍大一些. 弹簧测力计的使用方法:将两个弹簧测力计调零后,互勾并水平对拉,若两个弹簧测力计在对拉的过程中,读数相同,则可选用,若读数不同,应另换,直到相同为止.弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用.使用前要检查指针是否指在零刻度线,否则应校正零位.读数时应正对、平视刻度.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,返回目录,八、实验创新 1.创新图示 2.创新方法 (1)分力的获得:弹簧测力计的拉力、钩码的重力. (2)合力的获得:弹簧测力计的拉力、重物的重力、钩码的重力.,一、实验目的 1.学会用控制变量法研究物理规律. 2.探究加速度与力、质量的关系. 3.掌握利用图像处理数据的方法. 二、实验原理 探究加速度a与力F及质量m的关系时,应用的基本方法是控制变量法,即先控制一个参量小车的质量m不变,讨论加速度a与力F的关系,再控制小盘和砝码的总质量不变,即力F不变,改变小车的质量m,讨论加速度a与m的关系. 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验4 验证牛顿运动定律,物理 专题十四 力学实验,继续学习,五、实验数据的处理方法图像法、化曲为直的方法 1.探究加速度与力的关系 以加速度a为纵轴、F为横轴,先根据测量的数据描点,然后作出图像,看图像是否是通过原点的直线,就能判断a与F是否成正比. 2.探究加速度与质量的关系 以a为纵轴、m为横轴,根据各组数据在坐标系中描点,将会得到如图甲所示的一条曲线.由图线只能看出m增大时a减小,但不易得出a与m的具体关系.若以a为纵轴、1/m为横轴,将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线,据此可判断a与m成反比.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,七、注意事项 1.平衡摩擦力:一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调整出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车所受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动. 2.不需要重复平衡摩擦力:整个实验中平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力. 3.实验条件: 每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出,只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力. 4.“一先一后”:改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再释放小车.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,返回目录,一、实验目的 1.探究外力对物体做功与物体速度变化的关系. 2.通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系. 二、实验原理 探究功与物体动能变化的关系,可通过改变力对物体做的功,测出力对物体做的功不同时物体的速度.为简化实验可将物体的初速度设置为零,可用如图所示的装置进行实验,通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加,再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度,实验进行若干次,就得到若干组功和速度的数据.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验5 探究动能定理,三、实验器材 长木板(在两侧适当的对称位置钉两个钉子)、小车(前面带小钩)、橡皮筋(若干条,弹性好,等长度)、100200 g砝码、打点计时器及纸带、学生电源(使用电火花计时器时不用学生电源)及导线、刻度尺. 四、实验步骤 1.按实验装置图将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力. 2.先用一条橡皮筋进行实验.根据打点计时器打出的纸带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为W1,将这一组数据记入表格中. 3.换新纸带,用两条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第1次相同,这时橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格中. 4.用三条、四条同样的橡皮筋进行第3次、第4次实验,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同,用同样的方法测出功和速度,记入表格中.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,五、数据处理 先对测量数据进行估计,或者作出W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果假设为Wv2,则可以对每一个速度值算出它的二次方,然后以W为纵轴、v2为横轴作图,如果作出来的图像是一条直线,则说明Wv2成立. 六、误差分析 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不同,使橡皮筋的拉力做的功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.利用纸带上的点计算小车的速度时,测量不准确带来误差.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,返回目录,七、注意事项 1.平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡. 2.测小车速度时,应选纸带上点迹均匀的部分,也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点. 3.橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验6 验证机械能守恒定律,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,继续学习,2.本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差. 减小误差的办法是测下落距离时都从O点测起,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值以减小误差. 七、注意事项 1.打点计时器要稳定地固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔要调整在竖直方向,以减小摩擦阻力. 2.应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,使空气阻力减小. 3.实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,先接通电源,待打点计时器稳定工作后,再松开纸带.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,物理 专题十四 力学实验,返回目录,一、实验原理 在一维碰撞中,测出物体的质量m1和m2,碰撞前后物体的速度v、v,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量 p=m1v1+m2 v2,看碰撞前后动量是否守恒. 二、实验器材 方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥. 方案二:带细绳的摆球(相同的两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布. 方案三:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥. 方案四:斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,实验7 验证动量守恒定律,三、实验步骤 1.方案一:利用气垫导轨验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量:用天平测出滑块的质量. (2)安装:正确安装好气垫导轨. (3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量;改变滑块的初速度大小). (4)验证:一维碰撞中的动量守恒. 2.方案二:利用摆球验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2. (2)安装:把两个等大的摆球用等长的悬线悬挂起来. (3)实验:一个摆球静止,拉起另一个摆球,释放让它们相碰.,物理 专题十四 力学实验,继续学习,(4)测速度:测量摆球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应摆球的速度;测量碰撞后摆球摆起的角度,从而算出碰撞后对应摆球的速度. (5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验. (6)验证:一维碰撞中的动量守恒. 3.方案三:利用光滑桌面上两小车相碰验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量:用天平测出两小车的质量m1、m2. (2)安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器的限位孔连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥. (3)实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥,把两小车连接在一起共同运动. (4)测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=x/t算出速度. (5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验. (6)