高考物理冲刺复习 专题七 力学实验课件.ppt

专题七力学实验 1 实验一 研究匀变速直线运动2 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系3 实验三 验证力的平行四边形定则4 实验四 验证牛顿运动定律5 实验五 探究动能定理6 实验六 验证机械能守恒定律 1 学会正确使用的仪器主要有 刻度尺 天平 秒表 电火花计时器 电磁打点计时器 弹簧测力计等 2 理解各实验原理 并能根据实验原理进行正确的实验操作 还要会一些简单的创新实验 3 掌握常用的实验方法 例如控制变量法 图象法处理数据 4 了解误差的概念 知道系统误差和偶然误差 知道多次测量求平均值的方法减小偶然误差 能在力学实验中分析误差的主要来源 不要求计算误差 但要知道如何采取措施尽可能地减小误差 5 知道有效数字的概念 会用有效数字表达直接测量的结果 间接测量的有效数字运算不作要求 研究匀变速直线运动 典例1 2012 山东高考 某同学利用图甲所示的实验装置 探究物块在水平桌面上的运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落地后 物块再运动一段距离停在桌面上 尚未到达滑轮处 从纸带上便于测量的点开始 每5个点取1个计数点 相邻计数点间的距离如图乙所示 打点计时器电源的频率为50hz 1 通过分析纸带数据 可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速 2 计数点5对应的速度大小为 m s 计数点6对应的速度大小为 m s 保留三位有效数字 3 物块减速运动过程中加速度的大小为a m s2 若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数 g为重力加速度 则计算结果比动摩擦因数的真实值 选填 偏大 或 偏小 审题视角 解答本题应明确以下三点 关键点 1 从点迹的间距正确判断物块的运动情况 2 中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度 3 正确应用逐差法公式 s at2解题 精讲精析 1 由于计数点6之前相邻计数点之间距离之差约为2cm 而计数点6 7之间的距离比计数点5 6之间的距离多1 27cm 故可判断物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速 2 计数点5对应的速度物块做加速运动时加速度大小 3 物块做减速运动时的加速度大小为由牛顿第二定律得 mg ma 所以由于除去物块与桌面间的摩擦力 纸带还受到摩擦力的作用 故计算结果比动摩擦因数的真实值偏大 答案 1 67 或76 2 1 001 20 3 2 00偏大 命题人揭秘 处理纸带数据应明确三个问题 1 每相邻两个计数点之间所对应的打点的时间间隔 2 瞬时速度的求解方法 3 根据 逐差法 求加速度 探究弹簧弹力大小与伸长量的关系 典例2 2011 安徽高考 为了测量某一弹簧的劲度系数 将该弹簧竖直悬挂起来 在自由端挂上不同质量的砝码 实验测出了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据 其对应点已在图上标出 g 9 8m s2 1 作出m l的关系图线 2 弹簧的劲度系数为 n m 审题视角 分析该题的关键是 关键点 1 明确坐标轴所表示的物理量及单位 2 明确描点画线的原则 3 分析图线斜率的物理意义 精讲精析 1 如图所示 让直线通过尽可能多的点 使不能落在直线上的点均匀分布在直线两侧 2 由胡克定律得 mg k l 故从图线中取两相距较远的点 代入上式得 答案 1 见精讲精析 2 0 250 0 255 命题人揭秘 本题考查 探究弹力和弹簧伸长的关系 重在考查学生利用图象处理数据的能力 该实验探究应注意以下几点 1 所挂砝码不要过重 以免弹簧被过分拉伸 超出它的弹性限度 要注意观察 适可而止 2 每次所挂砝码的质量差尽量大一些 从而使坐标系上描的点尽可能稀 这样作出的图线精确 3 描点画线时 所描的点不一定都落在一条曲线上 但应注意一定要使不能落在曲线上的点均匀分布在曲线的两侧 4 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 验证力的平行四边形定则 典例3 2011 江苏高考 某同学用如图所示的实验装置来验证 力的平行四边形定则 弹簧测力计a挂于固定点p 下端用细线挂一重物m 弹簧测力计b的一端用细线系于o点 手持另一端向左拉 使结点o静止在某位置 分别读出弹簧测力计a和b的示数 并在贴于竖直木板的白纸上记录o点的位置和拉线的方向 1 本实验用的弹簧测力计示数的单位为n 图中a的示数为 n 2 下列不必要的实验要求是 请填写选项前对应的字母 a 应测量重物m所受的重力b 弹簧测力计应在使用前校零c 拉线方向应与木板平面平行d 改变拉力 进行多次实验 每次都要使o点静止在同一位置 3 某次实验中 该同学发现弹簧测力计a的指针稍稍超出量程 请您提出两个解决办法 审题视角 解答该题应注意 关键点 1 弹簧测力计的读数要求 2 当测知重物m的重量后 作用于o点的三力大小 方向确定 由此判定是否使o静止于同一位置 精讲精析 1 根据弹簧测力计的指针位置以及读数规则可知a的示数为3 6n 2 要验证的关系是a b两个弹簧测力计的拉力的合力与m的重力等大反向 所以应测量m的重力 为减小测量误差应该做到弹簧测力计使用前校零 拉线的方向与木板平面平行 a b c对 改变拉力进行多次实验 o点位置可以不同 d错 3 a的拉力超过其量程 为减小a的数值 有多个方法 例如 使b拉力减小 减小m的重力大小 a换成量程更大的弹簧测力计 改变b的拉力方向等 答案 1 3 6 2 d 3 使b拉力减小 减小m的重力大小 a换成量程更大的弹簧测力计或改变b的拉力方向等 任选两种 命题人揭秘 本题考查验证力的平行四边形定则 意在考查学生的实验与探究能力 该题是在课本实验基础上迁移创新而来 要求学生不能生搬硬套 要灵活地根据实验要求进行判断分析 体现了高考对实验能力的要求 即能运用已学过的物理理论 实验方法和实验仪器去处理问题 包括简单的设计性实验 加速度的分析测定 典例4 2011 新课标全国卷 利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度 一斜面上安装有两个光电门 其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处 光电门甲的位置可移动 当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时 与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t 改变 光电门甲的位置进行多次测量 每次都使滑块从同一点由静止开始下滑 并用米尺测量甲 乙之间的距离s 记下相应的t值 所得数据如表所示 完成下列填空和作图 1 若滑块所受摩擦力为一常量 滑块加速度的大小a 滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1 测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是 2 根据表中给出的数据 在图2给出的坐标纸上画出图线 审题视角 解答该题的思路是 关键点 1 根据运动学公式 写出a与v1 s和t之间的关系式 2 由以上公式变形得出关系式 然后分析斜率的意义 3 由所画出的图线 得出滑块加速度的大小为a m s2 保留2位有效数字 精讲精析 1 由运动学公式从此式可知 图线是一条斜率为负数的直线 2 根据题目提供的数据按进行处理 把处理的数值对应描点 然后用一条直线连接这些点 所得图象如图所示 3 由图线知斜率绝对值为又从斜率的绝对值为故有即a 2 0m s2 答案 1 2 见精讲精析图 3 2 0 1 8 2 2范围内均正确 命题人揭秘 本题主要考查学生处理实验数据的能力 通过物理公式得出所研究的图象纵横坐标物理量关系 然后分析图线的斜率的意义 该题中 是由得出结论由此可知a的大小为图象斜率的2倍 验证机械能守恒定律 典例5 2010 新课标全国卷 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的字母 a 米尺b 秒表c 0 12v的直流电源d 0 12v的交流电源 2 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 审题视角 解答本题时应注意以下两点 关键点 1 明确验证机械能守恒定律的实验原理 在此基础上选择实验器材 2 能够分析本实验的误差来源 精讲精析 1 用米尺测量纸带两点间的距离 故选a 打点计时器需要低压交流电源供电 故选用d项交流电源 不选低压直流电源c 打点计时器就是计时仪器 不需要秒表 故不选b 2 纸带与打点计时器之间有摩擦和下落过程有空气阻力 这将导致增加的动能小于减少的重力势能 用米尺测量纸带上点距读数时存在误差 这属于偶然误差 交流电频率不稳定 计时点之间时间间隔不均匀等 答案 1 a d 2 纸带与打点计时器之间有摩擦 下落过程有空气阻力 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 交流电频率不稳定 任选其二 命题人揭秘 本题用验证机械能守恒定律的实验命题 考查考生对实验器材的选择和实验误差的分析 选择实验器材的依据是实验原理 所以理解实验原理是做好一个实验的重中之重 本实验原理是以自由落体运动情景为载体 因为从理论上分析 在自由落体运动中只有重力做功 机械能守恒 重力势能转化为动能 检验下落过程减少的重力势能是否等于增加的动能 即检验其中质量可以约去 不必测量重锤质量 验证牛顿第二定律 典例6 2010 山东高考 请完成以下三小题 某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系 弹簧测力计固定在一合适的木板上 桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮 细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接 在桌面上画出两条平行线mn pq 并测出间距d 开始时将木板置于mn处 现缓慢向瓶中加水 直到木板刚刚开始运动为止 记下弹簧测力计的示数f0 以此表示滑动摩擦力的大小 再将木板放回原处并按住 继续向瓶中加水后 记下弹簧测力计的示数f1 然后释放木板 并用秒表记下木板运动到pq处的时间t 1 木板的加速度可以用d t表示为a 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是 一种即可 2 改变瓶中水的质量重复实验 确定加速度a与弹簧测力计示数f1的关系 下列图象能表示该同学实验结果的是 3 用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比 它的优点是 a 可以改变滑动摩擦力的大小b 可以更方便地获取多组实验数据c 可以比较精确地测出摩擦力的大小d 可以获得更大的加速度以提高实验精度 审题视角 解答本题应注意以下三点 关键点 1 根据实验原理分析该实验中提供的测量合外力的方法 2 能够分析误差来源并采取措施尽可能减小 3 该实验未平衡摩擦力 而是测出滑动摩擦力 体会加水法与挂钩码相比的好处 精讲精析 1 木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动 由为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持f1不变 重复实验多次测量d t 取平均值 2 该实验原理与教材实验原理类似 同样需要满足木板的质量m远大于矿泉水瓶的质量m 此时可认为绳上的拉力t近似等于弹簧测力计示数f1 本实验中没有平衡摩擦力 但通过题意可知受到的摩擦力为f0 木板受到的合外力为 f1 f0 图象反映的是a与f1的关系 而不是a与 f1 f0 的关系 所以图象不 过原点 当f1增大时 即矿泉水瓶的质量m增大时 该实验不再满足mm 此时a越大 绳上的拉力t就越小于弹簧测力计开始加速运动时的示数f1 加速度增加得就越慢 图线弯曲 斜率变小 c正确 3 用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比 它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出滑动摩擦力的大小 b c说法是正确的 两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小 a说法错误 通过 2 中分析可以知道当 加速度增大时 实验条件便不再满足 此时实验误差变大 d说法错误 答案 1 2d t2保持f1不变 重复实验多次测量d t 取平均值 2 c 3 b c 阅卷人点拨 纸带数据处理问题高考指数 1 2011 广东高考 如图甲是 研究匀变速直线运动 实验中获得的一条纸带 o a b c d和e为纸带上六个计数点 加速度大小用a表示 1 od间的距离为 cm 2 如图乙是根据实验数据绘出的s t2图线 s为各计数点至同一起点的距离 斜率表示 其大小为 m s2 保留三位有效数字 解题指南 解答该题应抓住以下两点 1 毫米刻度尺读数时要注意估读 2 通过两个变量之间的函数关系式确定斜率的意义 解析 由图甲d点对应的数值可以读出od之间的距离为1 20cm 物体做匀变速直线运动 位移和时间之间的关系为可见在s t2图象中的斜率表示加速度的一半 可得加速度为0 933m s2 答案 1 1 20 2 加速度的一半0 933 2 2010 广东高考 如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带 1 已知打点计时器电源频率为50hz 则纸带上打相邻两点的时间间隔为 2 a b c d是纸带上四个计数点 每两个相邻计数点间有四个点没有画出 从图中读出a b两点间距s c点对应的速度是 计算结果保留三位有效数字 解析 1 打点计时器的电源频率为50hz 即打点的频率也为50hz 则打相邻两点的时间间隔 2 方法一 读a b两点数值 1 00cm 1 70cm 毫米刻度尺精确到1mm 估读到0 1mm a b两点间距 s 1 70cm 1 00cm 0 70cm 方法二 由sbc sab scd sbc得 sab 2sbc scd 0 70cm 物体做匀变速直线运动 在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 可知 答案 1 0 02s 2 0 70cm0 100m s 3 2010 重庆高考 某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度 电源频率f 50hz 在纸带上打出的点中 选出零点 每隔4个点取1个计数点 因保存不当 纸带被污染 如图所示 a b c d是依次排列的4个计数点 仅能读出其中3个计数点到o点的距离 xa 16 6mm xb 126 5mm xd 624 5mm 若无法再做实验 可由以上信息推知 1 相邻两计数点的时间间隔为 s 2 打c点时物体的速度大小为 m s 取2位有效数字 3 物体的加速度大小为 用xa xb xd和f表示 解析 1 打点计时器打出的纸带每隔4个点取一个计数点 则相邻两计数点的时间间隔为t 0 02 5s 0 1s 2 由匀变速直线运动的规律 某段时间内中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度 可得 3 匀加速直线运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以at2均匀增大 有 bc ab at2 cd bc at2 ab 2at2bd 2ab 3at2 所以答案 1 0 1 2 2 5 3 探究弹力与弹簧伸长的关系高考指数 4 2012 广东高考 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 选填 水平 或 竖直 方向 2 弹簧自然悬挂 待弹簧 时 长度记为l0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记为lx 在砝码盘中每次增加10g砝码 弹簧长度依次记为l1至l6 数据如表 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知所用刻度尺的最小分度为 3 如图是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 选填 l0 或 lx 的差值 4 由图可知弹簧的劲度系数为 n m 通过图和表可知砝码盘的质量为 g 结果保留两位有效数字 重力加速度取9 8m s2 解题指南 本题要注意测量仪器的精度及正确读数 同时要注意利用图象法求解问题的几个重要的物理量 如斜率 截距等 解析 2 测量仪器是10分度的 需要估读到最小精度的下一位 则此刻度尺的最小精度应为1mm 故l3读数错误 3 横轴表示的是弹簧的形变量 故为弹簧长度与l0的差值 4 由mg kx得图象的斜率故k 4 9n m 挂了砝码盘后弹簧伸长了2cm 由mg kx知其质量为10g 答案 1 竖直 2 稳定l31mm 3 l0 4 4 910 5 2010 福建高考 某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系实验时 将原长约200mm的橡皮筋上端固定 在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码 质量均为20g 每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量 当挂上10只钩码后 再逐一把钩码取下 每取下一只钩码 也记下对应的橡皮筋伸长量 根据测量数据 作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长 量 l与拉力f关系的图象如图所示 从图象中可以得出 填选项前的字母 a 增挂钩码时 l与f成正比 而减挂钩码时 l与f不成正比b 当所挂钩码数相同时 增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大c 当所挂钩码数相同时 增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等d 增挂钩码时所挂钩码数过多 导致橡皮筋超出弹性限度 解析 选d 增挂钩码时图线为曲线 l与f不成正比 故a不正确 当所挂钩码数相同时 即f相同时 由图象可知增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的小 是因为增挂钩码时所挂钩码数过多 超出了橡皮筋的弹性限度 故b c不正确 d正确 6 2010 浙江高考 在 探究弹簧弹力大小与伸长量的关系 实验中 甲 乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧 为测量橡皮绳的劲度系数 他们在橡皮绳下面依次逐个挂上钩码 每个钩码的质量均为m 0 1kg 取g 10m s2 并记录绳下端的坐标x加i 下标i表示挂在绳下端钩码个数 然后逐个拿下钩码 同样记录绳下端的坐标x减i 绳下端坐标的平均值xi x加i x减i 2的数据如表 1 同一橡皮绳的x加i x减i 大于或小于 2 同学的数据更符合实验要求 甲或乙 3 选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k n m 4 为了更好的测量劲度系数 在选用钩码时需考虑的因素有哪些 解析 1 因橡皮绳被拉伸后不是完全弹性形变 不可能恢复到原长 故x加i小于x减i 2 乙同学的数据更符合实验要求 橡皮绳长度的改变量如下表所示 由下表数据知乙同学的数据中的改变量与增减的钩码数的正比例关系更明显 3 由上表根据乙同学的数据作图得由图可得k乙 57n m 70n m 4 尽可能使伸长量在弹性范围内 同时有足够大的伸长量 以减小长度测量的误差 答案 1 小于 2 乙 3 见解析 4 尽可能使伸长量在弹性范围内 同时有足够大的伸长量 以减小长度测量的误差 验证力的平行四边形定则高考指数 7 2012 浙江高考 在 探究求合力的方法 实验中 现有木板 白纸 图钉 橡皮筋 细绳套和一把弹簧秤 1 为完成实验 某同学另找来一根弹簧 先测量其劲度系数 得到的实验数据如下表 用作图法求得该弹簧的劲度系数k n m 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如图所示 其读数为 n 同时利用 1 中结果获得弹簧上的弹力值为2 50n 请画出这两个共点力的合力f合 3 由图得到f合 n 解题指南 在f x图象中 图线的斜率等于弹簧的劲度系数 弹簧秤的读数要估读一位 用平行四边形定则画合力 解析 1 根据表格数据描点 然后连成一条过原点的直线 直线的斜率等于弹簧的劲度系数 2 读出弹簧秤的读数为2 10n 保留三位有效数字 以o为顶点 画出两弹簧的绳套方向就是两拉力方向 再确定并画好力的标度 画出两拉力的图示 以两拉力为邻边作出平行四边形 画出平行四边形的对角线 即合力f合 3 用刻度尺量出合力的长度 根据确定的标度算出合力的大小 答案 1 如图55 2内均可 2 2 10 说明 有效数字位数正确 0 02内均可 画法见解析 3 3 3 说明 0 2内均可 8 2010 天津高考 在探究求合力的方法时 先将橡皮条的一端固定在水平木板上 另一端系上带有绳套的两根细绳 实验时 需要两次拉伸橡皮条 一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条 另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条 1 实验对两次拉伸橡皮条的要求中 下列哪些说法是正确的 填字母代号 a 将橡皮条拉伸相同长度即可b 将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 c 将弹簧测力计都拉伸到相同刻度d 将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 2 同学们在操作过程中有如下议论 其中对减小实验误差有益的说法是 填字母代号 a 两细绳必须等长b 弹簧测力计 细绳 橡皮条都应与木板平行c 用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大d 拉橡皮条的细绳要长些 标记同一细绳方向的两点要远些 解析 1 本实验利用等效法 使一个力f 的作用效果和两个力f1 f2的作用效果相同 都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点 这要求将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 即将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 故b d正确 a c都未限制方向 无法保证效果相同 2 若验证一个力f 是否为力f1和f2的合力时 需作出各力的图示 则应记录力的三要素 作用点 大小 方向 细绳套应适当长一些 标记同一细绳方向的两点要远些 便于确定力的 方向 减小偏差 但两细绳不必等长 故a不正确 d正确 为了避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦 应确保弹簧测力计 细绳 橡皮条都与木板平行 并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上 故b正确 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 以减小相对误差 但没必要使拉力之差尽可能的大 故c不正确 答案 1 b d 2 b d 方法技巧 解答 验证力的平行四边形定则 问题的注意事项 1 注意实验中等效思想的应用 2 熟知实验中的注意事项 3 掌握简单的实验误差分析 牛顿第二定律的验证及应用高考指数 9 2012 安徽高考 图甲为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 砂和砂桶的总质量为m 小车和砝码的总质量为m 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 1 实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 先调节长木板一端滑轮的高度 使细线与长木板平行 接下来还需要进行的一项操作是 a 将长木板水平放置 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 给打点计时器通电 调节m的大小 使小车在砂和砂桶的牵引下运动 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动b 将长木板的一端垫起适当的高度 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 撤去砂和砂桶 给打点计时器通电 轻推小车 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动c 将长木板的一端垫起适当的高度 撤去纸带以及砂和砂桶 轻推小车 观察判断小车是否做匀速运动 2 实验中要进行质量m和m的选取 以下最合理的一组是 a m 200g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gb m 200g m 20g 40g 60g 80g 100g 120gc m 400g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gd m 400g m 20g 40g 60g 80g 100g 120g 3 图乙是实验中得到的一条纸带 a b c d e f g为7个相邻的计数点 相邻的两个计数点之间还有四个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 sab 4 22cm sbc 4 65cm scd 5 08cm sde 5 49cm sef 5 91cm sfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度a m s2 结果保留2位有效数字 解题指南 解答本题时要注意以下两点 1 实验中应注意分析误差来源及减小误差的方法 2 利用纸带求加速度时应用位移逐差法 解析 1 选b 要使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 应将长木板远离定滑轮的一端垫起 使小车所受重力沿木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡 即选项b正确 2 选c 要使砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 必须使m m 只有选项c符合这个要求 3 小车的加速度为 其中t 0 1s 代入数据得 a 0 42m s2 答案 1 b 2 c 3 0 42 10 2011 山东高考 某探究小组设计了 用一把尺子测定动摩擦因数 的实验方案 如图所示 将一个小球和一个滑块用细绳连接 跨在斜面上端 开始时小球和滑块均静止 剪断细绳后 小球自由下落 滑块沿斜面下滑 可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音 保持小球和滑块释放的位置不变 调整挡板位置 重复以上操作 直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音 用刻度尺测出小球下落 的高度h 滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x 空气阻力对本实验的影响可以忽略 1 滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为 2 滑块与斜面间的动摩擦因数为 3 以下能引起实验误差的是 a 滑块的质量b 当地重力加速度的大小c 长度测量时的读数误差d 小球落地和滑块撞击挡板不同时 解题指南 解答该题要把握以下三点 1 滑块 小球同时运动 同时听到撞击声 说明运动时间相同 2 滑块在粗糙的斜面上做匀加速直线运动 小球做自由落体运动 3 根据牛顿第二定律和几何关系求出动摩擦因数 解析 1 由于小球落地和滑块撞击挡板是同时的 可以得出两个物体运动的时间相同 即滑块 小球 2 对滑块受力分析可知 3 由上面的表达式可知所测动摩擦因数与h h x有关 故正确选项为c d 答案 3 c d 11 2010 江苏高考 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采用了 加速度与物体质量 物体受力关系 的实验装置 如图所示 实验时 平衡小车与木板之间的摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 1 往砝码盘中加入一小砝码 在释放小车 选填 之前 或 之后 接通打点计时器的电源 在纸带上打出一系列的点 2 从纸带上选取若干计数点进行测量 得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表 请根据实验数据作出小车的v t图象 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将变大 你是否同意他的观点 请根据v t图象简要阐述理由 解析 1 为了充分利用纸带 尽可能多地记录小车运动情况 应先接通电源再释放小车 2 作图法处理实验数据时 将描出的点用平滑的曲线连起来 不在图线上的点应均匀分布在图线两侧 不要用折线 如图所示 3 从v t图象中可观察到速度越来越大 斜率越来越小即加速度越来越小 小车受到的合外力越来越小 则可知空气阻力越来越大 故该同学的观点是正确的 答案 1 之前 2 见解析 3 同意 在v t图象中 速度越大时 加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受到的空气阻力越大 探究动能定理高考指数 12 2012 江苏高考 为测定木块与桌面之间的动摩擦因数 小亮设计了如图所示的装置进行实验 实验中 当木块a位于水平桌面上的o点时 重物b刚好接触地面 将a拉到p点 待b稳定后静止释放 a最终滑到q点 分别测量op oq的长度h和s 改变h 重复上述实验 分别记录几组实验数据 1 实验开始时 发现a释放后会撞到滑轮 请提出两个解决方法 2 请根据下表的实验数据作出s h关系的图象 3 实验测得a b的质量分别为m 0 40kg m 0 50kg 根据s h图象可计算出a木块与桌面间的动摩擦因数 结果保留一位有效数字 4 实验中 滑轮轴的摩擦会导致 的测量结果 选填 偏大 或 偏小 解析 1 为使a不撞到滑轮 应设法减小b落地瞬间a的速度 因而可以减小b的质量 增加细线的长度或增大a的质量 降低b的起始高度 2 如图 3 对a木块应用动能定理 有由图可知代入数据可以解得 0 38 0 4 4 考虑到滑轮的摩擦力做负功 实验中要克服滑轮的摩擦力做功 造成实验结果偏大 答案 1 减小b的质量 增加细线的长度 或增大a的质量 降低b的起始高度 2 见解析图 3 0 4 4 偏大 13 2009 安徽高考 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系 实验装置如图所示 实验主要过程如下 1 设法让橡皮筋对小车做的功分别为w 2w 3w 2 分析打点计时器打出的纸带 求出小车的速度v1 v2 v3 3 作出w v草图 4 分析w v图象 如果w v图象是一条直线 表明w v 如果不是直线 可考虑是否存在w v2 w v3 w 等关系 以下关于该实验的说法中有一项不正确 它是 a 本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为w 2w 3w 所采用的方法是选用同样的橡皮筋 并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致 当用1条橡皮筋进行该实验时 橡皮筋对小车做的功为w 用2条 3条 橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 橡皮筋对小车做的功分别是2w 3w b 小车运动中会受到阻力 补偿的方法 可以使木板适当倾斜c 某同学在一次实验中 得到一条记录纸带 纸带上打出的点 两端密 中间疏 出现这种情况的原因 可能是没有使木板倾斜或倾角太小d 根据记录纸带上打出的点 求小车获得的速度的方法 是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算 解析 选d 放开小车之后 小车在橡皮筋的作用下开始加速运动 等到橡皮筋恢复原长之后 小车做匀速直线运动 本实验中测得的速度是小车匀速运动的速度 而不是整个过程的平 均速度 因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点 所以d说法是错误的 该实验利用倍增法 并未具体测量做功数值 而是以一根橡皮筋从拉伸到原长的过程所做的功作为单位功 通过改变橡皮筋的根数成倍地增加做功 故a说法正确 小车运动中受到木板的摩擦力 为了确保橡皮筋的弹力充当合外力 需要平衡摩擦力 故b说法正确 若得到的纸带中间疏 两端密 说明最后小车减速运动 而不是匀速运动 可能是摩擦力导致 这意味着没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 故c说法正确 利用光电门测速度和加速度高考指数 14 2009 上海高考 小明同学在学习了dis实验后 设计了一个测物体瞬时速度的实验 其装置如图所示 在小车上固定挡光片 使挡光片的前端与车头齐平 将光电门传感器固定在轨道侧面 垫高轨道的一端 小明同学将小车从该端同一位置由静止释放 获得了如下几组实验数据 则以下表述正确的是 四个挡光片中 挡光片i的宽度最小 四个挡光片中 挡光片 的宽度最小 四次实验中 第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度 四次实验中 第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度a b c d 解析 选d 将小车从该端同一位置由静止释放 则到光电门时速度不变 通过光电门的时间越短说明挡光片的宽度越小 故挡光片 宽度最小 挡光片 宽度最大 故 不正确 正确 挡光片宽度越小 小车通过光电门的平均速度越接近于该点的瞬时速度 故 不正确 正确 15 2009 全国卷 某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系 设计实验装置如图 长直平板一端放在水平桌面上 另一端架在一物块上 在平板上标出a b两点 b点处放置一光电门 用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间 实验步骤如下 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d 用天平测量滑块的质量m 用直尺测量ab之间的距离s a点到水平桌面的垂直距离h1 b点到水平桌面的垂直距离h2 将滑块从a点静止释放 由光电计时器读出滑块的挡光时间t 重复步骤 数次 并求挡光时间的平均值 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cos 多次改变斜面的倾角 重复实验步骤 做出f cos 关系曲线 用测量的物理量完成下列各式 重力加速度为g 1 斜面倾角的余弦cos 2 滑块通过光电门时的速度v 3 滑块运动时的加速度a 4 滑块运动时所受到的摩擦阻力f 解析 1 根据三角形关系可得 2 滑块通过光电门时速度 3 根据运动学公式则有 4 滑块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动 受重力 支持力 滑动摩擦力 根据牛顿第二定律mgsin f ma 则有答案 验证机械能守恒定律高考指数 16 2010 四川高考 有4条用打点计时器 所用交流电频率为50hz 打出的纸带a b c d 其中一条是做 验证机械能守恒定律 实验时打出的 为找出该纸带 某同学在每条纸带上取了点迹清晰的 连续的4个点 用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1 s2 s3 请你根据下列s1 s2 s3的测量结果确定该纸带为 已知当地的重力加速度为9 791m s2 a 61 0mm65 8mm70 7mmb 41 2mm45 1mm53 0mmc 49 6mm53 5mm57 3mmd 60 5mm61 0mm60 6mm 解析 选c 在匀变速直线运动中相邻的相等时间内的距离之差 s at2 验证机械能守恒定律的实验以重锤的自由落体运动情景为载体 所以相邻的0 02s内的位移增加量为 s gt2 9 791 0 022mm 3 9mm 只有c选项符合 故c正确 17 2010 全国卷 利用图中所示的装置可以研究自由落体运动 实验中需要调整好仪器 接通打点计时器的电源 松开纸带 使重物下落 打点计时器会在纸带上打出一系列的小点 1 为了测试重物下落的加速度 还需要的实验器材有 填入正确选项前的字母 a 天平b 秒表c 米尺 2 若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值 而实验操作与数据处理均无错误 写出一个你认为可能引起此误差的原因 解析 1 下落时间由打点计时器测定 下落位移由米尺测定 故选c 由于打点计时器与纸带之间存在摩擦力 由牛顿第二定律可知mg f ma mg 则下落的加速度值小于当地的重力加速度值 答案 c 打点计时器与纸带之间存在摩擦力 18 2010 安徽高考 利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时 需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h 某班同学利用实验得到的纸带 设计了以下四种测量方案 a 用刻度尺测出物体下落的高度h 并测出下落时间t 通过v gt计算出瞬时速度v0b 用刻度尺测出物体下落的高度h 并通过计算出瞬时速度c 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度 等于这点前后相邻两点间的平均速度 测算出瞬时速度 并通过计算得出高度hd 用刻度尺测出物体下落的高度h 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度 等于这点前后相邻两点间的平均速度 测算出瞬时速度v0以上方案中只有一种正确 正确的是 填入相应的字母 解析 选d 速度不能用v gt或计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用v gt计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的错误结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用刻度尺直接测量 而不能用计算得到 答案 d 19 2010 海南高考 利用气垫导轨验证机械能守恒定律 实验装置示意图如图所示 1 实验步骤 将气垫导轨放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 将导轨调至水平 用游标卡尺测量挡光条的宽度l 9 30mm 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s cm 将滑块移至光电门1左侧某处 待砝码静止不动时 释放滑块 要求砝码落地前挡光条已通过光电门2 从数字计时器 图中未画出 上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间 t1和 t2 用天平称出滑块和挡光条的总质量m 再称出托盘和砝码的总质量m 2 用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1 和v2 当滑块通过光电门1和光电门2时 系统 包括滑块 挡光条 托盘和砝码 的总动能分别为ek1 和ek2 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中 系统势能的减少 ep 重力加速度为g 3 如果 ep 则可认为验证了机械能守恒定律 解析 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s 80 30cm 20 30cm 60 00cm 由于挡光条宽度很小 因此将挡光条通过光电门时的平均速度看做瞬时速度 挡光条的宽度l可用游标卡尺测量 挡光时间 t可从数字计时器读出 因此 滑块通过光电门的瞬时速度为则通过光电门1时瞬时速度为通过光电门2时瞬时速度为 由于质量事先已用天平测出 由公式可得 滑块通过光电门1时动能滑块通过光电门2时动能末动能减初动能可得动能的增加值 两光电门中心之间的距离s即砝码和托盘下落的高度 系统势能的减小值 ep mgs 最后对比ek2 ek1与 ep数值大小 在误差允许的范围内相等 就验证了机械能守恒定律 答案 1 60 00 59 96 60 04 mgs 3 ek2 ek1 研究匀变速直线运动1 实验原理对打点计时器的认识 1 作用 计时仪器 每隔0 02s打一次点 2 工作条件 电磁打点计时器 4 6v低压交流电 电火花计时器 220v交流电 3 纸带上点的意义 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间隔 可以判断物体的运动情况 2 利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 1 沿直线运动的物体在连续相等时间间隔的不同时刻的速度分别为v1 v2 v3 v4 若v2 v1 v3 v2 v4 v3 则说明物体在相等时间内速度的增量相等 由此说明物体在做匀变速直线运动 即加速度恒定不变 2 沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1 x2 x3 x4 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 则说明物体在做匀变速直线运动 且 x at2 3 利用纸带数据求解速度 加速度的方法 1 平均速度法 求某点瞬时速度 即如图所示 2 逐差法 求加速度 即然后取平均值 即这样使所给数据全部得到利用 以提高准确度 3 图象法 求加速度 即由 平均速度法 求出多个点的速度 画出v t图象 直线的斜率即代表加速度 4 数据处理及实验结论由实验数据得出v t图象 1 根据表格中的v t数据 在平面直角坐标系中仔细描点 如图所示 对于每次实验 描出的几个点都大致落在一条直线上 2 作一条直线 使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上 落不到直线上的点 应均匀分布在直线的两侧 这条直线就是本次实验的v t图象 它是一条倾斜的直线 名师点睛 1 开始释放小车时 应使小车靠近打点计时器 2 先接通电源 计时器工作后 再放开小车 当小车停止运动时及时断开电源 3 要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞 在小车到达滑轮前及时用手按住它 4 牵引小车的钩码个数要适当 以免加速度过大而使纸带上的点太少 或者加速度太小 而使各段位移无多大差别 从而使误差增大 加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六 七个计数点为宜 状元心得 1 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每隔四个点取一个计数点 即时间间隔为t 0 02 5s 0 1s 2 多测几组数据 尽量减小偶然误差 名师点睛 由实验得出的v t图象 进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律 有两条途径进行分析 1 小车运动的v t图象是一条倾斜的直线 如图所示 当时间增加相同的值 t 速度也会增加相同的值 v 由此得出结论 小车的速度随时间均匀变化 2 既然小车的v t图象是一条倾斜的直线 那么v随t变化的函数关系式为v kt b 所以小车的速度随时间均匀变化 探究弹力和弹簧伸长的关系1 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 2 要点步骤 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 将已知质量的钩码挂在弹簧的下端 在平衡时测量弹簧的总长并测出钩码的重力 填写在表格里 3 改变所挂钩码的质量 多次重复前面的实验过程 4 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 3 实验改进在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 也可以不测量弹簧的自然长度 而以弹簧的总长作为自变量 弹力为函数 作出弹力随弹簧长度的关系图线 这样可避免因测弹簧的自然长度而带来误差 名师点睛 一 实验操作时注意以下三点1 所挂钩码不要过重 以免弹簧被过分拉伸 超出它的弹性限度 要注意观察 适可而止 2 每次所挂钩码的质量差尽量大一些 从而使坐标系上描的点尽可能稀 这样作出的图线精确 3 测弹簧长度时 一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量 以免增大误差 二 处理数据时注意以下两点1 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 2 按照图中各点的分布与走向 尝试作出一条平滑的曲线 包括直线 所描的点不一定正好都在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点分布大致均匀 切忌画成折线 验证力的平行四边形定则1 实验原理 1 等效法 一个力f 的作用效果和两个力f1 f2的作用效果相同 就是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点 所以力f 就是这两个力f1和f2的合力 作出力f 的示意图 如图所示 2 平行四边形法 根据平行四边形定则作出力f1和f2的合力f的示意图 3 验证 比较f和f 的大小和方向是否相同 若在误差允许的范围内相同 则就验证了力的平行四边形定则 2 要点步骤 1 在水平桌面上平放一块方木板 在方木板上铺一张白纸 用图钉把白纸固定在方木板上 2 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的a点 在橡皮条的另一端拴上两条细绳 细绳的另一端各系上细绳套 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 将结点拉到某一位置o 如图所示 4 用铅笔描下o点的位置和两条细绳的方向 读出并记录两个弹簧测力计的示数 5 用铅笔和刻度尺在白纸上从o点沿两条细绳的方向画直线 按一定的标度作出两个力f1和f2的图示 并以f1和f2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形 过o点的平行四边形的对角线即为合力f 6 只用一个弹簧测力计 通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置o 读出并记录弹簧测力计的示数 描下细绳的方向 按同一标度用刻度尺从o点作出这个力f 的示意图 7 比较f 与用平行四边形定则求出的合力f的大小和方向 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 8 改变f1和f2的大小和方向 再做两次实验 3 实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成 具体操作如下 1 把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接 另一条细绳用手直接抓住 然后同时拉这两条细绳 使结点至o点 记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数f1 2 放回橡皮条后 将弹簧测力计连接到另一细绳上 再用手抓住另一条细绳 同时拉这两条细绳 使结点至o点 并使两条细绳位于记录下来的方向上 读出弹簧测力计的示数f2 其他步骤与提供两只弹簧测力计时相同 这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差 但实验过程稍麻烦 状元心得 验证力的平行四边形定则的实验体现了物理等效替代的思想 所以本节实验要牢牢控制好效果相同 名师点睛 1 注意事项 1 同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是 将两只弹簧测力计调零后互钩对拉 若两只弹簧测力计在对拉过程中 读数相同 则可选 若读数不同 应调整或另换 直至相同为止 2 在同一次实验中 使橡皮条拉长时 结点o位置一定要相同 3 用两只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60 100 之间为宜 4 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与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 拉力的数值尽量大些 5 细绳套应适当长一些 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 6 在同一次实验中 画力的图示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 2 误差分析 1 弹簧测力计本身的误差 2 读数误差和作图误差 3 两分力f1 f2间的夹角 越大 用平行四边形定则作图得出的合力f的误差 f也越大 验证牛顿第二定律1 实验原理探究