力学实验专题(学生版)

1、第2讲力学实验专题主讲人： 郎 学 兵网络构建高考概况考什么1基本力学测量仪器、仪表的使用；2应用打点计时器测物体的速度、加速度的方法；3各类力学实验的原理和步骤；4控制变量法、图象法、逐差法、倒数法等。怎么考1以打点纸带的分析为载体，考查有关速度、加速度分析的实验，以填空题为主；2以教材实验为基础，结合光电门、频闪照相和现代科技生活，考查实验分析、设计能力；3以实验数据的处理和误差分析为载体，考查学生分析评估能力。怎么办1强化基本仪器使用、读数方面的训练；2熟练掌握教材实验的原理、步骤；3领会控制变量法、逐差法等在实验操作和数据处理中的作用；4加强实验选取、实验情景与实验原理之间的因果逻辑推

2、理；5领会怎样减小实验误差的方法。（一）.基本仪器的使用及读数12015·合肥质检(1)图甲是用游标卡尺测量某金属圆筒外径时的示数，可读出该圆筒外径为_cm。(2)图乙是用螺旋测微器测量某金属棒直径时的示数，可读出该金属棒直径为_mm。2. 在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测某长方体工件的厚度如图所示，根据图示可判断其厚度为_mm，该学生用下列某种仪器测得该工件的宽度为1.275 cm。则该同学所用的仪器可能是_。(将正确答案的序号填在横线上)（二） 以打点计时器或光电门为计时工具的力学实验主要考查实验原理、应用纸带求时间、速度、加速度或与速度、加速度有关的问题。3振华同学用下图所

3、示的实验装置验证牛顿第二定律。(1)该实验装置中有两处错误，分别是：_和_。(2)振华同学在老师的指导下改正了实验装置中的错误后，将细绳对小车的拉力当做小车及车上砝码受到的合外力，来验证“合外力一定时加速度与质量成反比”。实验中，砝码盘及盘内砝码的总质量m最好应为_(填选项前的字母)。A10 gB50 gC100 g D1 kg振华同学在验证“合外力一定时加速度与质量成反比”的实验时，用电磁打点计时器打了一条理想的纸带，他按要求选取计数点后，在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段，但他清楚地知道甲、乙图属于同一纸带，则丙、丁、戊图中属于上述纸带的是_。由甲、乙图可求得小车的加速度大

4、小为_m/s2(小数点后保留两位数字)。42015·南昌一模某实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关系。铁架台竖直固定放置在水平桌面上，长木板一端放置在水平桌面边缘P处，另一位置放置在铁架台竖直铁杆上，使长木板倾斜放置，长木板P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时间。实验步骤是：用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L，用天平测量滑块的质量m。平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P处为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平面的高度H。保持P位置不变，长木板一端放置在铁架台竖直杆Q2上

5、。用刻度尺量出Q1Q2的距离h1，将滑块从Q2位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1。保持P位置不变，重新调节长木板一端在铁架台上的放置位置，重复步骤数次。.滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题(重力加速度已知为g)：(1)滑块通过光电门的速度v_。(2)滑块动能的变化量Ek_。(3)滑块克服摩擦力做的功Wf_。(4)合力对滑块做的功W合_。.某学生以铁架台竖起杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块通过光电门的挡光时间平方倒数为纵坐标，根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所示直线，直线延长线没有过坐标原点，其原因主要是_。（三） 一套装置、一条纸带串

6、联五个实验“长木板(带滑轮)、小车、纸带、打点计时器”体系装置，主要来研究匀变速直线运动，验证牛顿第二定律和机械能守恒，探究动能定理以及测定动摩擦因数五个实验。5如图甲所示的实验装置在力学实验中有重要的应用，设小车的总质量为M，小盘和盘中砝码总质量为m，打点计时器的打点周期为T，则：(1)用该装置做研究匀变速运动规律实验时得到的一条纸带，连续计时点A、B、C、D、E、F、G间距离如图乙所示。小车加速度大小的计算式应为a_。(2)下列关于该装置的应用正确的是_。A可用图甲所示装置研究匀变速运动的规律，但要抬高木板的右端，以平衡摩擦力B可用图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系，平衡摩擦力时，小车

7、应拖着纸带，在小盘和砝码的拉动下恰好做匀速运动C可用图甲所示装置探究动能定理，要定量研究小车所受合外力的功和小车动能变化的关系时，需要平衡摩擦力，同时还要满足mMD可用图甲所示装置验证小车的机械能守恒，但要抬高木板的右端，以平衡摩擦力62015·泰安一模用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。(1)实验时，一定要进行的下列操作是_。a小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数b改变砂和砂桶质量，打出几条纸带c用天平测出砂和砂桶的质量d为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量(2)以弹簧

8、测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a­F图象可能正确的是_。(3)若得出的a­F图象的斜率为k，则小车的质量为_。（四） “橡皮条、弹簧”类实验主要考查实验原理及数据处理的方法，主要有验证平行四边形法则，探究弹力大小与伸长量关系，以及探究动能定理等实验。作出W­v2图象，则下列符合实际的图象是_，小车的质量_(斜率为k)。72015·福建高考某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_cm；本实验通过在

9、弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_；(填选项前的字母)A逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_。82015·山西质监为探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，某同学设计了如图(a)的实验装置。实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图(b)；将水平弹簧的一端固定于水平气垫导轨的左侧；用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑

10、块，记录滑块脱离弹簧后通过光电门的时间t，算出滑块的速度v；重复步骤，作出v与x的关系图象如图(c)。回答下列问题：(1)遮光片的宽度为_cm。(2)若t3.0×102 s，则滑块的速度为_m/s。(3)由图(c)可知，v与x成_关系。(4)实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧压缩量的关系是 _。（五）力学创新实验的分析技巧2015·课标全国卷(6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)。完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图(a)所示，

11、托盘秤的示数为1.00 kg；(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为_kg；(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N；小车通过最低点时的速度大小为_m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)（六）专题跟踪强化训练1.2015·抚顺期中某同学验证动能定理的实验装置如图1所示。水平桌面

12、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片，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t，L表示A、B两点间的距离。滑块与气垫导轨间没有摩擦，用g表示重力加速度。(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度。将游标卡尺的测量爪合在一起，发现游标尺的零刻度线与主尺的零刻度线不重合，如图2甲所示。用此游标卡尺测遮光片的宽度时示数如图2乙所示读数值d测_mm，遮光片宽度的实际值d真_mm。(2)该同学首先调整导轨倾角，易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过

13、滑轮连接在滑块上。让滑块恰好在A点静止，此时易拉罐和里面的细沙总质量为m。剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为_。(3)为验证从AB过程中小车合外力做功与滑块动能变化的关系，需要验证的关系式为_(用题目中所给的物理量符号表示)。22015·淮安调研如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(Hd)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_mm。(2)小

14、球经过光电门B时的速度表达式为_。(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：_时，可判断小球下落过程中机械能守恒。(4)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep，增加下落高度后，则EpEk将_(选填“增加”、“减小”或“不变”)。3如图甲，一个圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。圆盘加速转动时，纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，用此装置打出的一条纸带如图丙所示(打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，A、B、C、D为计数点，相邻两计数

15、点间有四个点未画出)。(1)根据图乙读出圆盘的直径为_cm；(2)根据图丙计算，打D点时圆盘转动的角速度为_rad/s；(3)由图丙可知，纸带运动的加速度大小为_m/s2。4物理兴趣小组的同学现用如图所示的实验装置“研究匀变速直线运动”：表面粗糙的木板固定在水平桌面上，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，小车到滑轮的距离大于钩码到地面之间的距离。实验时先用手固定小车，挂上适量的钩码，接通打点计时器的电源，释放小车，小车在钩码的作用下开始做匀加速运动，打点计时器在纸带上打出一系列的点。钩码落地后，小车继续在木板上向前运动。下图是钩码落地后打点计时器打出的一段纸带，相邻两计数点之间的时间间

16、隔为T0.1 s，解答下列问题(计算结果保留两位有效数字)：(1)他们已计算出小车在通过计数点1、2、3、4、5、6的瞬时速度，并填入了下表，以0点为计时起点，根据表中的数据请你在下图中作出小车的v­t图象；各计数点的瞬时速度单位(m/s)v1v2v3v4v5v60.4120.3640.3140.2640.2150.165(2)由所作的v­t图象可判断出小车做_(选填“匀速直线运动”或“匀变速直线运动”或“不能判断”)；(3)根据图象可求得钩码落地后小车的加速度a_m/s2；(4)若小车的质量m1 kg，则小车与木板之间的动摩擦因数_(g10 m/s2)。5. 2015&#

17、183;山东高考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0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N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。

18、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F­l图线，根据图线求得l0_cm。(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N。(3)在图丁中根据给出的标度，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。6.小明同学看了“神舟十号”宇航员王亚平在太空授课时，利用牛顿第二定律测量指令长聂海胜的质量后深受启发，在学校实验

19、室里设计了如图甲所示的实验装置，测量手机电池的质量，为使滑块平稳运动，小明把两块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧。接通气源，当空气从导轨两侧稳定喷出时，发现滑块与气垫导轨没有直接接触，装置能正常使用。调节导轨水平，把细线的一端固定在滑块上，另一端固定在钩码上。(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L_mm。(2)将附带手机电池的滑块从图甲所示位置由静止释放，在钩码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为t17.2×103 s，通过第二个光电门的时间为t22.3×103 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始

20、遮住第二个光电门的时间为t0.592 s，则手机电池经过光电门1时的瞬时速度v1_m/s(保留两位有效数字)，经过光电门2时的瞬时速度v2_m/s(保留3位有效数字)，重力加速度g10 m/s2，手机电池的加速度a_m/s2(保留两位有效数字)。(3)已知钩码的质量为m1200 g，滑块与遮光条的总质量为m2510 g，则一块手机电池的质量为m_ g(保留3位有效数字)。72015·湖北联考某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了如图所示甲、乙两套装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有沙子)，一端带有定滑轮的足够长的木

21、板水平放置。(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦，小组成员认为：甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小；乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小。请判断两种分析是否正确，若不正确，请指明并简要说出不正确的原因。_。(2)选择了上述一种合理的方法后，要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还必需的两个实验仪器是_、_。(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大，在长木板保持水平的情况下，请你利用该装置测出小车受到的阻力，其方法是_。(4)在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，某同学打出的一段纸带如下图所示，O、A、BF为打点计时器连续打出的计时点，根

22、据图中数据求出小车运动时与纸带上E点相对应的瞬时速度vE_m/s。(结果保留3位有效数字)82015·黄冈测试甲、乙两个物理实验小组分别探究“弹力和弹簧伸长的关系”。(1)甲组同学利用图(a)所示的装置，将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值，然后在弹簧下端钩上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值，所读数据列表如下：(弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g取9.8 m/s2)123456钩码质量m/g0306090120150刻度尺读数x/cm6.008.349.4810.6411.79实验中挂30 g钩码时刻度尺的读数如图，请你

23、将这个测量值填入记录表中。该小组根据所测数据，在图(b)中的坐标纸建立x­m坐标系，并描出5组测量数据，请你将第2组数据描在坐标纸上，并画出x­m的关系图线。作出的图线与坐标轴纵轴有一截距，其表示的物理意义是_；该弹簧的劲度系数k_N/m(结果保留3位有效数字)。(2)乙组同学利用图(c)所示的装置，用与甲组同样规格的弹簧做实验，他们将弹簧左端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧右端指针所指刻度尺的刻度值，然后通过定滑轮在弹簧右端的细绳上钩上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值。之后他们经历了与甲组同样的实验步骤，最后甲、乙两组将测出的劲度系数进行比对，

24、发现乙组的测量结果总比甲组的测量结果稍大一些，其原因是_，这种误差叫_(填“系统误差”或“偶然误差”)。92015·漳州质检某学习小组可用如图甲所示的实验装置来做系列实验。设钩码的质量为m，小车和车内砝码的总质量为M(1)下列说法正确的是_。A用该装置可以测定当地的重力加速度B用该装置可以探究牛顿第二定律，以小车为研究对象时，要保证拉力近似等于钩码的重力，因此必须满足mMC可以用该装置验证机械能守恒定律，但必须满足mMD可以用该装置探究动能定理，以钩码和小车整体为研究对象，但不必满足mM(2)某同学在用该装置探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”时，由于改变小车和砝

25、码的总质量M时，小车所受的阻力也会变化，本实验改变M时是否要重新平衡小车所受的阻力？_(选填“是”或“否”)。(3)图乙为某次实验得到的纸带，A、B、C、D、E、F、G是按打点顺序依次选取的计数点，计数点间的距离如图所示，相邻计数点间时间间隔为0.1 s，则小车的加速度大小约为_m/s2(保留两位有效数字)102015·衡水调研如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。直径为d、质量为m的钢球自由下落的过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g。(1)钢球下落的加速度大小a_，钢球受到的空气平均阻力Ff_。(2)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度_(选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。112015·大连模拟某兴趣小组要测量木块与较粗糙木板之间的动摩擦因数，他们先将粗糙木板水平固定，再用另一较光滑的板做成斜面，倾斜板与水平板间由一小段光滑曲面连接，保证木块在两板间通过时速度大小不变。(1)使木块从相对水