力学实验的创新.doc

力学实验的创新设计性实验高考大纲规定的力学实验，有6个，它们是：1研究匀变速运动2探究加速度与力和质量的关系（牛顿第二定律）3验证机械能守恒定律4探究求合力的方法（验证平行四边形定则）5探究弹簧伸长与受力的关系6探究动能变化与弹力做功的关系但是，近几年的高考，往往并不考这些实验，或者考到了这些实验，并不是直接考查教科书所用的方法或器材，本文称为创新实验或设计实验。如下例。题型1：考查测定动摩擦因数例12012 江苏11（10分）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，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，请提出两个解决方案；（2）请根据下表的实验数据作出s-h关系图像h（cm）20.030.040.050.060.0s（cm）19.528.539.048.056.5（3）实验测得A、B的质量分别为m=0.40kg、M=0.50kg，根据s-h图像可计算出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”）【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）如图（3）0.4（4）偏大【解析】（3）在B下落至临落地时，据动能定理，有，在B落地后，A运动到Q，据动能定理，有，解得：。将，代入得=，从图象得斜率，即，代入上式得。（4）滑轮组的摩擦会导致偏小，从而偏大。【易错点】把从B开始下落到A停止作为整个过程，用动能定理，解得，把m=0.40kg、M=0.50kg，和图象的斜率，即，代入上式得。【错误原因】错解是认为A和B末速度都为0，实际上，B临落地时速度不为零，只是与地面碰撞后速度才为零。在教学实践中，犯这种错误的同学不少，他们得的结果是而不是。即凡是得的同学，错误原因都是这种。可见，在解题中，把物理过程分析清楚是很重要的。例2（2012山东）（12分）（1）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。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为_。滑块与斜面间的动摩擦因数为_。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【答案】x/H (h- x2/H ) cd【解析】由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块运动时间相同，由x=at2和 H=gt2联立解得滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为a/g= x/H。对滑块，由牛顿第二定律，mgsin-mgcos=ma ，而sin=h/x，cos= /x，a/g= x/H ，联立解得=(h- x2/H )。由=(h- x2/H )可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差和小球落地和滑块撞击挡板不同时造成的误差。题型2：考查探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律例32010年高考江苏省第11题（10分）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图像。（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。【答案】（1）之前 （2）（见下图）（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，则小车受空气阻力越大。题型3：考查测量滑块在斜面上运动的加速度例4（2012新课标）（10分）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；所得数据如下表所示。s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950T(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(m/s)1.711.621.551.451.341.22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；（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）。【答案】1.2.如下图32.0（1.82.2）【解析】（1）滑块做匀加速直线运动，一段位移上的平均速度等于该位移对应的时间内中间时刻的瞬时速度即，又根据得，所以，即。（3）求斜率绝对值k，因为，所以，解得=2.0m/s2。【点评】本题图象是图象，不是普通的图象，加速度等于图象斜率的2倍。此图象比较少见，是创新题目。题型4：考查用斜面和光电门验证机械能守恒定律例52011年高考海南物理卷第15题现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t0用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B 两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图。（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_ 。动能的增加量可表示为_ 。若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为= 。（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：以s为横坐标，为纵坐标，在答题卡上对应图16位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=_（保留3位有效数字）。图16由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出直线的斜率k0，将k和k0进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律。【答案】（1） （2）图象如下=2.40【解析】系统的重力势能的减小量是M的重力势能的减小量与m的重力势能的增加量之差，为。系统的动能的增加量为。在运动过程中机械能守恒，有=，解得与s的关系式为=。（2）由图可知：k=【点评】本题考查内容包含由数据表作图象，由图象求斜率，及公式的推导即原理的理解。其中由数据表作图象，由图象求斜率是重头戏。教科书中验证机械能守恒定律实验是物体做自由落体运动，本题是斜面上的匀加速