高考物理 专题精解 11 力学实验课件.ppt

2016年高考物理专题精解 11 力学实验 一 误差与有效数字1 误差 2 有效数字 1 有效数字的最后一位是测量者估读出来的 是误差的来源 2 有效数字位数为从数的左边第一个不为零的数字算起的位数 如0 0125为三位有效数字 2 螺旋测微器的读数方法 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 01mm 注意半毫米刻度线是否露出 估读 最后结果要估读一位数 即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐 千分位上也应读取为 0 2 时间测量类仪器 1 打点计时器 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点 为便于测量和计算 某些实验中每五个点取一个计数点 这样时间间隔 t 0 02 5s 0 1s 2 频闪照相机 它是用等时间间隔获取信息的方法 是将物体在不同时刻的位置记录下来 使用时要明确频闪的时间间隔 3 光电计时器 记录遮光时间 2 操作关键 不要分段测量各段位移 应依次测出各计数点与第0个计数点的距离 再逐个计算x1 x2 x3 读数时要注意有效数字的要求 尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法a 细绳尽可能与长木板面保持平行 b 长木板表面粗糙程度 纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致 2 验证牛顿运动定律 1 实验原理小车的质量m不变 讨论a与f的关系 再控制小桶和沙的质量不变 即f不变 讨论a与m的关系 2 操作关键 平衡摩擦力 小车与车上所加砝码的总质量远大于小桶和沙的总质量 3 探究动能定理 1 实验原理小车在一根橡皮筋的作用下弹出 用2根 3根 同样的橡皮筋进行第2次 第3次 实验时 每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致 如果把第一次实验时橡皮筋做的功记为w 以后各次做的功就是2w 3w 小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出 作出w v 或w v2 w v3等 曲线探究 2 操作关键 平衡摩擦力 选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度 四 静止平衡类 实验1 探究弹力和弹簧伸长量的关系 1 实验原理要测出每次悬挂重物的重力大小f和弹簧伸长的长度x 建立f x坐标系 描点作图探究 2 操作关键 实验中不能挂过多的钩码 以防使弹簧超过弹性限度 作图像时 不要连成 折线 而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧 2 验证力的平行四边形定则 1 实验原理使一个力作用效果跟两个力共同作用效果相同 2 操作关键 每次拉伸结果位置o必须保持不变 记下每次各力的大小和方向 画力的图示时应选择适当的标度 考点一 基本仪器的读数 典例某同学测定一金属杆的长度和直径 示数如图 甲 乙 所示 则该金属杆的长度和直径分别为cm和mm 思路探究 1 高中阶段对长度的测量有什么要求 还有一种更精密的器材图中没有 是什么 答案 必须有估读值 注意 零 刻度线位置 螺旋测微器 2 你见过的游标卡尺有哪几种 它们的最小分度值分别是多少 读数时你对 估读 是怎么理解的 答案 有10分度 20分度 50分度 其最小分度值分别为0 1mm 0 05mm 0 02mm 读数时上下刻度线是否对齐 本身就是估读 不需估读到下一位 解析 用毫米刻度尺测量时 读数应读到mm的下一位 即长度测量值为60 10cm 题图 乙 中游标卡尺为五十分度 精确度为0 02mm 主尺读数为4mm 游标尺第10条刻度线与主尺刻度线对齐 故游标尺读数为10 0 02mm 0 20mm 所以金属杆直径测量值为4 20mm 答案 60 104 20 以例说法游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 1 10分度的游标卡尺 以mm为单位 小数点后只有1位 20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位 小数点后有2位 不估读 2 螺旋测微器以mm为单位 小数点后必须有3位 格数要估读 同时还要注意半毫米刻度线是否露出 1 如图中游标卡尺读数为mm 螺旋测微器读数为mm 解析 游标卡尺的固定刻度读数为52mm 游标尺读数为0 05 7mm 0 35mm 所以游标卡尺的读数为52mm 0 35mm 52 35mm 螺旋测微器的固定刻度读数为1 5mm 可动刻度读数为0 01 49 0mm 0 490mm 所以螺旋测微器的读数为1 5mm 0 490mm 1 990mm 答案 52 351 990 2 用螺旋测微器测量合金丝的直径 为防止读数时测微螺杆发生转动 读数前应先旋紧如图所示的部件 选填 a b c 或 d 从图中的示数可读出合金丝的直径为mm 解析 读数前先旋紧b 示数为0 01mm 41 0 0 410mm 答案 b0 410 考点二 与纸带相关的实验 答案 1 3 251 79 2 已知重力加速度大小为g 为求出动摩擦因数 还必须测量的物理量是 填正确答案标号 a 物块的质量b 斜面的高度c 斜面的倾角 答案 2 c 打点计时器及纸带问题的处理方法 1 打点计时器的认识和正确使用 电磁打点计时器工作电压为低压交流4 6v 电火花计时器工作电压为交流220v 工作时应先接通电源 后释放纸带 1 某实验小组要探究力对原来静止的物体做功与物体获得速度的关系 选取的实验装置如图所示 实验主要步骤如下 1 实验时 为使小车只在橡皮筋作用下运动 在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起 使木板倾斜合适的角度 打开打点计时器 轻推小车 得到的纸带应该是 填 甲 或 乙 2 使小车在一条橡皮筋的作用下弹出 沿木板滑行 这时橡皮筋对小车做的功为w 3 再用完全相同的2条 3条 橡皮筋作用于小车 并使每次释放小车时橡皮筋的 橡皮筋对小车做的功分别为2w 3w 4 分析打点计时器打出的纸带 分别求出小车每次获得的最大速度v1 v2 v3 5 作w v图像 则下列符合实际的图像是 解析 1 在该实验中要求橡皮筋对小车所做功为倍数关系 因此需要平衡摩擦力 要求未连接橡皮筋时小车做匀速运动 故选乙 3 本实验中通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 因此要求橡皮筋是相同的 每次拉伸长度相同 5 根据数学知识可知 a d图像基本为一抛物线 但符合实际的是d选项 答案 1 乙 3 伸长量 或形变量 长度等 都相同 5 d 2 对于利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验 1 实验中没有必要进行的操作是 a 用天平测重物的质量b 用秒表测重物下落的时间c 用打点计时器记录重物下落的信息d 利用纸带测量重物下落的高度 答案 1 ab 2 该实验所用打点计时器的电源频率为50hz 图中a b c为纸带中选取的三个计数点 相邻两个计数点之间还有4个点未画出 则相邻两个计数点之间的时间间隔t s 打点计时器在打下计数点b时 物体的下落速度vb m s 小数点后保留两位小数 答案 2 0 1 3 由于该实验中存在阻力做功 所以实验测得重物的重力势能的减少量动能的增加量 选填 小于 大于 或 等于 答案 3 大于 解析 3 由于纸带通过时受到摩擦阻力和重锤受到空气阻力 减少的重力势能有一部分转化为内能 所以重力势能的减少量大于动能的增加量 考点三 橡皮条 弹簧 类实验 典例某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 实验步骤 将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上 使其轴线沿竖直方向 如图 甲 所示 将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上 另一端用圆珠笔尖竖直向下拉 直到弹簧秤示数为某一设定值时 将橡皮筋两端的位置标记为o1 o2 记录弹簧秤的示数f 测量并记录o1 o2间的距离 即橡皮筋的长度l 每次将弹簧秤示数改变0 50n 测出所对应的l 部分数据如下表所示 找出 中f 2 50n时橡皮筋两端的位置 重新标记为o o 橡皮筋的拉力记为foo 在秤钩上涂抹少许润滑油 将橡皮筋搭在秤钩上 如图 乙 所示 用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端 使秤钩的下端达到o点 将两笔尖的位置标记为a b 橡皮筋oa段的拉力记为foa ob段的拉力记为fob 完成下列作图和填空 1 利用表中数据在图 丙 中画出f l图线 根据图线求得l0 cm 解析 1 根据表格数据描点 作出f l图线 图线的横截距即表示橡皮筋原长 因此l0 10 0cm 2 测得oa 6 00cm ob 7 60cm 则foa的大小为n 3 根据给出的标度 在图 丁 中作出foa和fob的合力f 的图示 4 通过比较f 与的大小和方向 即可得出实验结论 解析 2 橡皮筋总长l oa ob 13 60cm 根据f l图线 可读出弹簧长度l 13 6cm时橡皮筋的拉力为1 80n 3 根据平行四边形定则作图 对角线表示合力f 4 若f 与foo 在误差范围内大小相等 方向相同 就表明力的平行四边形定则是正确的 答案 2 1 80 1 70 1 90均正确 3 如图 乙 所示 4 foo 用图像法处理实验数据的六个要求图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法 以下为作图的规则 1 作图一定要用坐标纸 坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定 2 要标明轴名 单位 在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值 3 图上的连线不一定通过所有的数据点 应尽量使数据点合理地分布在线的两侧 且线要细 4 作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化 即 变曲为直 5 注意区别横 纵坐标轴的物理意义 标度及单位 6 明确图像的斜率 截距的物理意义 1 某同学利用铁架台 弹簧 刻度尺及钩码探究 弹力和弹簧伸长的关系 如图 甲 所示 1 实验中 下列操作正确的是 a 弹簧水平放置在桌面上 稳定后测出原始长度b 弹簧竖直悬挂在铁架台上 稳定后测出原始长度c 每次悬挂钩码后应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态d 用刻度尺测出弹簧的长度即为弹簧的伸长量 答案 1 bc 解析 1 在实验中 弹簧需竖直悬挂 弹簧本身重力会对弹簧原长带来一定影响 因此在实验操作中要将弹簧竖直悬挂 测量其长度即为原长 a错 b对 稳定后 在竖直方向弹簧弹力等于悬挂物体的重力 故c对 未悬挂重物时 弹簧长度为原长 悬挂重物后 弹簧长度与原长的差值 为弹簧的伸长量 d错 2 下表是该同学实验中所测的几组数据 请你在图 乙 中的坐标纸上作出f x图线 解析 2 根据表格中数据描点连线可作出图像 如图 答案 2 见解析 3 由 2 中的f x图线可求得弹簧的劲度系数k n m 保留三位有效数字 答案 3 19 8 18 8 20 0均可 2 图示为某同学做 验证力的平行四边形定则 的实验装置 该装置为水平放置的木板上固定有一张白纸 一橡皮筋的一端固定在白纸上的o点 另一端a拴两个细绳套 1 下面为实验的一些操作步骤 比较f 和f的大小 方向是否近似相同 过p点用统一标度作出f f1 f2图示 用一个弹簧测力计钩住细绳套 拉a至某点p 在纸上标出p点 记下拉力f的方向和大小 用平行四边形定则作出f1 f2的合力f 用两个弹簧测力计互成角度分别拉住两个细绳套 拉a至同样的位置p 在纸上记下两个力f1 f2的方向和大小 这些实验步骤的合理顺序为 解析 1 在实验的操作中 按照合理的顺序进行 即前面的步骤为后面的步骤创造条件 后面的步骤不能否定前面的操作 所以正确的顺序是 答案 1 2 对于该实验 下列说法正确的是 a 两细绳套必须等长b 若将细绳换成细橡皮筋 对实验结果无影响c 记录弹簧测力计拉力的方向时应将铅笔沿细绳画直线d 实验中 把橡皮筋的另一端拉到p点时 两弹簧测力计之间的夹角不能太大 答案 2 bd 解析 2 细绳套的作用是能显示出力的方向 所以不必等长 故a错误 若将细绳也换成橡皮筋 对实验结果没有影响 故b正确 记录弹簧测力计拉力的方向时应用铅笔沿细绳不同位置画两个点即可 故c错误 实验中 把橡皮筋的另一端拉到p点时 两弹簧测力计之间的夹角不能太大 否则无法实验或造成较大误差 故d正确 3 假如在上述实验步骤 中 使其中一弹簧测力计拉力f1的大小不变 逐渐增大f1与合力之间的夹角 且保证两弹簧测力计之间的夹角小于90 为了使橡皮筋仍然伸长到p点 对另一只弹簧测力计的拉力f2的大小和方向与原来相比 下面说法中正确的是 a f2一直变大 与合力方向的夹角一直增大b f2一直变大 与合力方向的夹角先变大后变小c f2一直变小 与合力方向的夹角一直减小d f2先减小后增大 与合力方向的夹角先减小后增大 解析 3 f1与f2的合力不变 作出力的矢量三角形 当f1大小不变 而逐渐增大f1与合力之间的夹角 时 f2一直变大 与合力方向的夹角 先变大后变小 故a c d错误 b正确 答案 3 b 考点四 力学创新拓展实验 典例如图 甲 所示 力传感器a与计算机相连 可获得力随时间变化的规律 将力传感器固定在水平桌面上 测力端通过轻质细绳与一滑块相连 调节传感器高度使细绳水平 滑块放在较长的小车上 滑块的质量m 1 5kg 小车的质量为m 2 0kg 小车与桌面间的摩擦忽略不计 一根轻质细绳跨过光滑的轻质滑轮 其一端连接小车 另一端系一只空沙桶 调节滑轮使桌面上部细绳水平 整个装置处于静止状态 现打开传感器 同时缓慢向沙桶里倒入沙子 当小车刚好开始运动时 立即停止倒沙子 若力传感器采集的f t图像如图 乙 所示 重力加速度g取10m s2 则 1 滑块与小车间的动摩擦因数 小车稳定运动的加速度大小a m s2 答案 1 0 20 21 2 若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平 左端略低一些 由此而引起的误差属于 填 偶然误差 或 系统误差 它会导致动摩擦因数 的测量结果 填 偏大 或 偏小 解析 2 传感器测力端与滑块间的细绳不水平 左端略低一些 则绳的拉力增大了正压力 绳在水平方向的分量平衡滑动摩擦力 传感器示数大于滑动摩擦力 所测动摩擦因数偏大 由此引起的误差属于系统误差 答案 2 系统误差偏大 创新实验题的特点与求解 1 力学创新型实验的特点 以基本的力学模型为载体 依托运动学规律和力学定律设计实验 将实验的基本方法 控制变量法 处理数据的基本方法 图像法 逐差法 融入到实验的综合分析之中 2 创新实验题的解法 根据题目情境 提取相应的力学模型 明确实验的理论依据和实验目的 设计实验方案 进行实验 记录数据 应用原理公式或图像法处理实验数据 结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析 1 如图 甲 所示 质量分别为m1和m2的物块a和b 分别系在一条跨过定滑轮的轻质细绳两端 已知m1 m2 1 2是两个计时光电门 不计滑轮质量和摩擦 用此装置验证机械能守恒定律 1 物块b上固定有一宽度为d的挡光条 实验中记录下挡光条通过1 2两光电门时的时间间隔分别为 t1和 t2 此外还需要测量的物理量是 解析 1 通过连接在一起的a b两物体验证机械能守恒定律 即验证系统的重力势能减少与动能的增加是否相等 a b连接在一起 a下降的距离一定等于b上升的距离 a b的速度大小由计时光电门得出 系统动能的增加可求出 若计算减少的重力势能 还需要测量两光电门之间的距离h 答案 1 两光电门之间的距离h 2 用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式 3 用螺旋测微器测挡光条宽度d时的结果如图 乙 所示 则d mm 3 螺旋测微器的固定刻度为2 5mm 可动刻度为9 8 0 01mm 0 098mm 所以挡光条宽度为2 5mm 0 098mm 2 598mm 3 2 598 2 596 2 600均可 2 用金属制成的线材 如钢丝 钢筋 受到拉力会伸长 17世纪英国物理学家胡克发现 金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比 这就是著名的胡克定律 这个发现为后人对材料的研究奠定了重要的基础 现有一根用新材料制成的金属杆