专题七_力学实验与创新课件

1、专 题 七 实验技能与创新高考对学生实验的考查，主要有以下十一个实验：研究匀变速直线运动；探究弹力和弹簧伸长量的关系；验证力的平行四边形定则；验证牛顿第二定律；探究做功和物体速度变化的关系；专题定位验证机械能守恒定律；测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；描绘小灯泡的伏安特性曲线；测定电源的电动势和内阻；练习使用多用电表；传感器的简单使用专题定位高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，来完成新的实验设计设计型实验的考查将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查专题定位1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验

2、，抓住实验的灵魂实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析应考策略第1课时力学实验与创新热 点 实 验 例 析审题破题 真题演练栏目索引热点实验例析考向1探究弹力和弹簧伸长量的关系例1(2014新课标23)某实验小组探究弹簧的劲度系数 k 与其长度(圈数)的关系实验装置如图 1 所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7 个指针 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6 分别固定在弹簧上距悬点 0、10、20、30、40、50、60 圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0 指向图1零 刻度设弹簧下端未挂重物时，各指针的位 置记为 x0 ；挂有质量为 0.100 kg 的砝码时，各指针

3、的位置记为 x .测量结果及部分计算结果如下表所示( n 为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2)已知实验所用弹簧总圈数为 60，整个弹簧的自由长度为 11.88 cm.(1)将表中数据补充完整：_；_.解析根据胡克定律有 mgk(xx0)，解得 81.7N/m 0.012 2 m/N. 81.7 0.012 2(2)以 n 为横坐标， 为纵坐标，在图 2 给出的坐标纸上画出 n 图像图2解析 n 图像如图所示(3)图 2 中画出的直线可近似认为通过原点若从实验中所用的弹簧截取圈数为 n 的一段弹簧，该弹簧的劲度系数 k 与其圈数 n 的关系的表达式为 k_ N/m；该弹簧的劲度系数

4、k 与其自由长度 l0(单位为m)的关系表达式为 k_ N/m.解析 根据图像可知，k 与 n 的关系表达式为k N/m，k与l0的关系表达式为k N/m.实验数据处理方法：(1)列表法将测得的实验数据填入设计好的表格之中，可以分析两物理量间的定性关系(2)图象法根据记录的实验数据在直角坐标系内进行作图若是曲线应平滑，若是直线要让尽量多的点过直线或在直线两侧均匀分布以题说法(3)函数法往往是根据图象得到物理量间的函数关系方程式以题说法针对训练1 如图3为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺现在测得在挂钩上挂上一定数

5、量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表：图3已知所有钩码的质量可认为相同且为 m050 g，当地重力加速度 g9.8 m/s2.请回答下列问题：钩码数 n012345刻度尺读数xn(cm)2.62 4.17 5.70 7.22 8.84 10.43解析根据胡克定律 k(xx0)nm0g，代入数据求 k，再求平均值得 k32 N/m；(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k_ N/m.(结果保留两位有效数字)32解析因在计算弹力时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了，故弹簧自身有重量对测量值没有影响(2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量，测量的弹簧劲度系数k的值与真实值相比较_(填“偏大”、“偏小

6、”或“没有影响”)没有影响考向2验证力的平行四边形定则例2 (2014江苏11)小明通过实验验证力的平行四边形定则(1)实验记录纸如图4所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力 F1 和 F2 的方向分别过P1 和 P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力 F3 的方向过 P3 点三个力的大小分别为：F13.30 N、F23.85 N 和 F34.25 N请根据图中给出的标度作图求出 F1和 F2的合力图4热点实验例析解析 作出的图示如图所示.答案见解析图(F合4.64.9 N都算对)(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果他

7、用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响实验装置如图5所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于 O 点，下端N挂一重物用与白纸平行的水平力缓慢地移动 N ，在白纸上记录下 N 的轨迹重复上述过程，再次记录下N 的轨迹图5两次实验记录的轨迹如图6所示过 O 点作一条直线与轨迹交于 a、b 两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到 a 和 b 时所受拉力 Fa、Fb 的大小关系为_图6解析 重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力 T 的方向相同，故水平拉力 F 大小相等，即 FaFb.答案FaFb(3)根据

8、(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？_(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大解析 根据题图可知，选项B、D正确，选项A、C错误.BD(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.解析 橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差.答案 橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)1.本实验考查的重点是“力作用效果的等效性”.2.对实验步

9、骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点.以题说法针对训练2 有同学利用如图7所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮 A 和 B，将绳子打一个结点 O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码的个数读出三根绳子的拉力 FTOA、FTOB 和 FTOC，回答下列问题：图7(1)改变钩码个数，实验能完成的是_.A.钩码的个数N1N22，N34B.钩码的个数N1N33，N24C.钩码的个数N1N2N34D.钩码的个数N13，N24，N35BCD(2)在拆下钩码和绳子前，应该做好三个方面的记录：_；_；_.解析为验证平行四边形定则，必须通过作受力图

10、.所以先明确受力点，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示.因此要做好记录，需从力的三要素角度出发：需记录 O 点的位置；钩码的个数 N1、N2、N3；拉力 FTOA、FTOB、FTOC的方向.答案标记结点 O 的位置钩码的个数 N1、N2、N3OA、OB、OC 三段绳子的方向热点实验例析考向3探究加速度与力、质量的关系例3如图8所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系”的实验装置图.图中 A 为小车，质量为 m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器 B，它们均置于一端带有定滑轮的足够长的木板上，P 的质量为 m2，C 为弹簧测力计，实验时改变 P的质量，读出测力计不同读数 F，不

11、计绳与滑轮之间的摩擦.图8(1)下列说法正确的是()A.一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B.实验时应先接通电源后释放小车C.实验中 m2 应远小于 m1D.测力计的读数始终为解析该实验要平衡摩擦力，故A错误；答案B拉力可由测力计示数获得，故不要求重物质量远小于小车质量，故C错误；由于重物向下加速运动，由牛顿第二定律：m2g2Fm2a，解得： 故D错误；故选B.(2)如图 9 为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出.由此可求得小车的加速度的大小是_ m/s2.(交流电的频率为50 Hz，结果保留二位有效数字)图9解析根据匀变速直线运动的推论

12、公式 xaT2，有：a0.50 m/s2.答案0.50(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的 aF 图象，可能是下列哪个选项中的图象()答案C解析 若没有平衡摩擦力，则当 0FFf时，a0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，所以该同学测得的 aF 图象可能是选项C中的图象.新课标考试大纲规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、验证牛顿第二定律、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律.这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用.以题说法1.由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的

13、区别与联系，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为 t0.025 s0.1 s.以题说法2.求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图 10 所示，打 n 点时的瞬时速度 vn以题说法图103.用“逐差法”求加速度如图11所示，a以题说法图11有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为 d )通过光电门的时间 t 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即 v .(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为 L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a .以题说法针对训

14、练3 某同学利用如图12甲所示装置来研究加速度与力的关系.他将光电门1和2分别固定在长木板的 A、B 两处，换用不同的重物通过细线拉同一小车(小车质量约为200克)，每次小车都从同一位置由静止释放.图12解析长木板右端垫一物块，调整后可以使小车的下滑分力与受到的摩擦力平衡.平衡摩擦力(1)长木板右端垫一物块，其作用是用来_；解析从游标卡尺读出：5 mm20.1 mm5.2 mm0.52 cm.0.52(2)用游标卡尺测得遮光条的宽度为_ cm；解析应使拉力远小于小车的重力，这时拉力才接近重物的重量，但如果选 A，由于拉力太小，不容易观察，因此不能选 A，只能选 B、C.(3)对于所挂重物的质量

15、，以下取值有利于减小实验误差的是_.(填选项前字母)A.1克B.5克C.10克D.40克BC(4)现用该装置来探究功与速度变化的关系，关闭光电门 2，测出多组重物的质量 m 和对应遮光条通过光电门1的时间 t，通过描点作出线性图象，应作出_图象.(填选项前字母)解析实际验证的是 mgh Mv2，而 v 由于做出的图象为直线，因此应该做出 图象.D热点实验例析考向4探究动能定理例4(2014天津9(2)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系.此外还准备了打点计时器及配套的

16、电源、导线、复写纸、纸带、小木块等.组装的实验装置如图13所示.图13解析本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度.若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_.答案刻度尺、天平(包括砝码)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行.他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号).A.避免小车在运动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力解析 牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的

17、合力，选项D正确.D解析 在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码).答案可在小车上加适量砝码(或钩码)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_.他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些.这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号).A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码

18、做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力答案CD解析 当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确.明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似，可以进行知识与方法的迁移.学会利用所学知识，对实验器材或实验方法加以重组，完成新的实验设计.以题说法针对训练4 在探究动能定理的实验中，某实验小组组装了一套如图14所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与

19、细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为 T ，实验的部分步骤如下：图14解析当打点计时器能在纸带上打出一系列间隔均匀的点时，小车做匀速直线运动，受力平衡.(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列_的点.间距相等(2)测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后_，打出一条纸带，关闭电源.解析在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车.释放小车(3)在打出的纸带中选

20、择一条比较理想的纸带如图15所示，在纸带上按打点先后顺序依次取 O、A、B、C、D、E 等多个计数点，各个计数点到 O 点间的距离分别用 hA、hB、hC、hD、hE、表示，则小车和拉力传感器在计时器打下 D 点时的动能表达式为_，若拉力传感器的读数为 F，计时器打下 A 点到打下 D 点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为_.图15解析D 点的瞬时速度等于 CE 段的平均速度，即vD故打下 D 点时的动能为 EkD 拉力对小车做的功为 WF(hDhA).(4)某同学以 A 点为起始点，以 A 点到各个计数点动能的增量 Ek 为纵坐标，以 A 点到各个计数点拉力对小车所做的功 W 为横坐标，

21、得到一条过原点的倾角为45的直线，由此可以得到的结论是_.解析因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45，可得出方程式 EkW，故可得结论：外力所做的功等于物体动能的变化量.外力所做的功等于物体动能的变化量热点实验例析考向5验证机械能守恒定律例5为了验证机械能守恒定律，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计了一套实验装置，如图16所示.当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01 ms.将具有很好挡光效果图16的宽度为 d3.8103 m 的黑色磁带贴在透明直尺上.实验时，将直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光

22、电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间 ti 与图中所示的高度差 hi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示(表格中M 为直尺质量，取 g9.8 m/s2).(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用 vi 求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是： _.解析(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度，故直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可利用 vi 求出.答案瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度(2)请将表格中的数据填写完整.解析 第5点速度为 v5 4.22 m/s.从第5点到第1点间重力势能的减少量为EpMgh5M9.80.414.02M.答案 4.22

23、4.01M4.02M(3)通过实验得出的结论是：_解析 从表中数据可知，在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量.在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量_.(4)根据该实验，请你判断下列 Ekh 图象中正确的是()解析 根据动能定理可知：MghEk，故 Ekh的图象是一条过原点的直线，故C正确.答案C本实验数据处理的方法方法1：利用起点和第 n 点：验证方法2：任取较远两点 A、B：验证方法3：图象法.以题说法针对训练5 如图17甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德(GAtwood 17461807)创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线

24、运动的规律.某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示.图17(1)实验时，该同学进行了如下操作：将质量均为 M (A 的含挡光片、B 的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态.测量出_(填“A 的上表面”、“A 的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离 h.在 B 的下端挂上质量为 m 的物块 C，让系统(重物 A、B 以及物块 C )中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为 t .测出挡光片的宽度 d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律.(2)如果系统(重物 A、B 以及物块 C )的机械能守恒，应满足的关系式为_(已知重力加速度为 g

25、 ).解析(1)、(2)需要测量系统重力势能的变化量，则应该测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离，系统的末速度为：v 则系统重力势能的减少量 Ep mgh ，系统动能的增加量为：Ek (2Mm)v2 (2Mm) ，若系统机械能守恒，则有：mgh (2Mm) .解析 系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验系统误差的原因可能有：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等.(3)引起该实验系统误差的原因有：_(写一条即可). 绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物 A、B 以及物块 C )的机械能

26、守恒，不断增大物块 C 的质量 m，重物 B 的加速度 a 也将不断增大，那么 a 与 m 之间有怎样的定量关系？a 随 m 增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：写出a与m之间的关系式：_(还要用到 M 和 g ). a 的值会趋于_.解析 根据牛顿第二定律得，系统所受的合力为 mg，则系统加速度为：a当 m 不断增大，则 a 趋于 g . 答案重力加速度 g审题破题 真题演练11.力学创新实验的分析技巧例6(10分)用如图18所示实验装置测量滑块 A与木板间的动摩擦因数.长木板水平固定，细线跨过定滑轮与滑块 A、重锤 B 相连.将细线拉直，测出 B 离地面的高度 h，将重锤从 h 高处静止释放，B 落地后，测出 A 在木板上滑动的距离 x ；改变 B 释放高度重复实验，实验数据如下表所示.图18实验次数123456h/cm10.015.020.025.030.035.0 x/cm14.722.430.337.644.952.4实验数据如下表所示(1)若测得 A 的质量 mA3 kg，B 的质量 mB1 kg，A 和 B 间细线的长度 L112.0 cm，木板的长度 l98.0 cm，要达到实验目的，以上四个量中没有必要测量的是_(用物理量的符号表示).(2)作出 x 随 h 变化的图象.(3)由图象并结合(1)中所测数值求