力学实验的学习资料

力学实验的学习资料第1页/共57页(1)验证性实验：验证力的平行四边形定则，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律，验证动量守恒定律。(2)探究性实验：探究弹力与弹簧伸长的关系，探究功与速度变化间的关系。实验考查类型：第2页/共57页1.误差和有效数字(1)有效数字①有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止，共有几个数字，就是几位有效数字。②科学记数法：大的数字，如36500，如果第3位数5已不可靠时，应记作3.65×104；与保留几位小数要区分(2)误差①误差是测量值与真实值之间的差异，不是错误，且不可避免。②由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统误差，特点是测量值总偏大或偏小。③由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量物的影响而产生的误差是偶然误差，特点是有时偏大有时偏小，可用多次测量求平均值减小偶然误差。第3页/共57页2.基本仪器的使用(1)长度测量类仪器：①毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。②游标卡尺的读数：游标尺/mm精度/mm测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线正对时)/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n第4页/共57页③螺旋测微器的读数：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。(2)时间测量类仪器：①打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为Δt＝0.02×5s＝0.1s。②频闪照相机：用相等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来。③光电门：记录遮光时间。第5页/共57页3.实验数据的处理方法(1)列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。(2)平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。(3)作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。第6页/共57页1.(2017·全国卷Ⅰ，22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图1(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。(结果均保留2位有效数字)第7页/共57页解析(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动。第8页/共57页2.(2017·全国卷Ⅲ，22)

某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图2(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N。(ⅰ)用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图2(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。第9页/共57页解析(1)由图(b)可知，F的大小为4.0N(2)(ⅰ)画出力F1、F2的图示，如图所示(ⅱ)用刻度尺量出F合的线段长为20mm，所以F合大小为4.0N，F合与拉力F的夹角的正切值为tanα＝0.05。第10页/共57页3.(2017·全国卷Ⅱ，22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下：①如图3(a)，将光电门固定在斜面下端附近，将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt；③用Δs表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示)，v表示滑块在挡光片遮住光线的Δt时间内的平均速度大小，求出v；④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；⑤多次重复步骤④；⑥利用实验中得到的数据作出v－Δt图，如图4所示。第11页/共57页完成下列填空：(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v与vA、a和Δt的关系式为

v＝________。(2)由图4可求得vA＝______cm/s，a＝______cm/s2。(结果保留3位有效数字)图4第12页/共57页第13页/共57页1.高考考查特点(1)“源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验命题的理念。(2)考查实验的灵魂——实验原理是重中之重。(3)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中。(4)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。如2017年全国卷Ⅱ的第22题。第14页/共57页2.解题的常见误区及提醒(1)拘泥于教材实验，死记硬背不知变通是常见错误。(2)注重物理规律在实验仪器和操作中的实现条件是解题的关键。(3)不分析试题的情景，生搬硬套教材实验，错误的应用实验结论。(4)进行实验时要注重实验的细节，不能结合实验的器材和数据以及物体的受力情况进行分析。第15页/共57页1.下面各图均是用游标卡尺测量时的示意图，图5甲中游标卡尺为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为____________；____________；____________。游标卡尺和螺旋测微器的读数第16页/共57页图5第17页/共57页解析在图甲中，主尺读数为42mm，游标尺上第5条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是50分度的，所以读数为42mm＋5×0.02mm＝42.10mm；在图乙中，主尺读数为63mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是20分度的，所以读数为63mm＋6×0.05mm＝63.30mm；在图丙中，主尺读数为29mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是10分度的，所以读数为29mm＋8×0.1mm＝29.8mm。答案42.10mm

63.30mm

29.8mm第18页/共57页2.某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图6(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为________mm，图(b)所示读数为______mm，所测金属板的厚度为______mm。图6第19页/共57页解析题图(a)所示读数为0mm＋1.0×0.01mm＝0.010mm；题图(b)的读数为6.5mm＋37.0×0.01mm＝6.870mm；故金属板的厚度d＝6.870mm－0.010mm＝6.860mm。答案

0.010

6.870

6.860第20页/共57页练后反思游标卡尺和螺旋测微器读数的“3点注意”(1)螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出。(2)游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺，小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺，小数点后有2位。(3)注意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再换算为题目要求的单位。第21页/共57页1.(1)在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是________。(填正确答案标号)A.选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B.使小车运动的加速度尽量小些C.舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算D.适当增加挂在细绳下钩码的个数“纸带”类实验第22页/共57页(2)某次实验获得的纸带如图7所示，O点为起始点，A、B、C、D、E、F、G为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，由图可知纸带的加速度为a＝________，在打D点时纸带的速度为vD＝________(保留两位有效数字)，F到G的距离为xFG＝________。图7第23页/共57页解析(1)选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位，可以减小测量的误差，A正确；为了减小实验的测量误差，加速度应适当大一些，B错误；舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算，可以减小误差，C正确；适当增加钩码的个数，可以适当增大加速度，减小实验误差，D正确。第24页/共57页答案

(1)ACD

(2)0.75m/s2

0.40m/s

5.90cm第25页/共57页2.用图8所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a。图8第26页/共57页(1)关于实验操作，下列说法中正确的是________。A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车第27页/共57页(2)图9为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度v＝________m/s，小车的加速度a＝______m/s2。(3)改变细线下端钩码的个数，得到a－F图象如图10所示，造成图线上端弯曲的原因可能是________________________________________________________________________________。图9第28页/共57页解析(1)细线的拉力不能引起小车对长木板压力的变化，A项正确；平衡摩擦力时不要挂钩码，B项错误；改变小车的拉力时无需重新平衡摩擦力，C项错误；实验时应先接通电源，后释放小车，D项正确。图10第29页/共57页答案

(1)AD

(2)0.316(0.32也算对)

0.93(3)随所挂钩码质量m的增大，不能满足M≫m第30页/共57页练后反思纸带的三大应用第31页/共57页甲乙图11第32页/共57页1.小明同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，安装好如图12所示的实验装置，让刻度尺的零刻度线与弹簧上端平齐。(1)在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(分度值是1mm)上位置的放大图如图12所示，可读出弹簧的长度l1＝________cm。“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验图12第33页/共57页(2)在弹性限度内，在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。实验中，当挂3个钩码时，弹簧长度为24.95cm。已知单个钩码质量是50g，当地重力加速度g＝9.80m/s2，据此小明计算出弹簧的劲度系数为________N/m。(结果保留3位有效数字)(3)实验中没有考虑到弹簧的自重，对弹簧劲度系数的测量结果有无影响？________(填“有”或“没有”)。(4)小红同学发现小明仅用这两组数据计算出的结果与弹簧的标称值相差较大，请你帮助小红提出更合理的数据处理方案：_______________________________。第34页/共57页答案

(1)24.75

(2)490

(3)没有(4)作出F－l图象，求斜率；作出F－Δl图象，求斜率；利用逐差法求劲度系数；用多组数据，求平均值(答出任一种即可)第35页/共57页2.现要用图13甲完成“验证力的平行四边形定则”实验：把白纸固定在竖直放置的木板上，白纸上画有一些同心圆，相邻两圆之间的距离为r，圆心O距第一个圆的距离为r，A、B为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。CO为竖直方向的一基准线。图13第36页/共57页(1)完成下列主要实验步骤所缺的内容：①用一细线系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在C点，橡皮筋的另一端连接两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1N)如图乙所示，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，记下________________和两条轻绳的方向，取下钩码。②再用一把弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至O处，如图丙所示，记下弹簧测力计的读数F′＝________N。第37页/共57页(2)若相邻两圆环之间的距离表示1N，该同学已经在图14中作出两条轻绳的拉力F1和F2。请按力的图示在图14中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示。(3)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是__________________________________________________________________________________。(填一个原因)(4)在步骤①中“适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处”的目的是_____________________________________________________________________。图14第38页/共57页解析(1)①本实验中钩码的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳上的钩码的个数，这样就相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。②弹簧测力计的读数F′＝5.0N。(2)所作的图示如图所示。第39页/共57页(3)测量存在误差、作图没有画准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与绳之间的摩擦力等。(4)由于CO是在竖直方向，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，目的是为了使F1和F2的合力沿竖直方向。答案

(1)①两条细绳上的钩码的个数②5.0

(2)见解析(3)见解析(4)使F1和F2的合力沿竖直方向第40页/共57页3.气垫导轨工作时，可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响。现借助气垫导轨验证动量守恒定律，如图15甲所示，在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B(图中未标出)两滑块，左侧滑块的左端、右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带(图中未画出)相连，打点计时器电源的频率为f。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。如图乙、图丙所示为某次实验打出的、分别与两个滑块相连的两条纸带，纸带上相邻两计数点间有4个点未画出，用刻度尺分别测出s1、s2和s3。第41页/共57页图15第42页/共57页(1)若碰前滑块A的速度大于滑块B的速度，则滑块________(填“A或B”)与图乙所示纸带的________(填“左”或“右”)端相连；(2)碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为________、________，验证动量守恒定律的表达式为________(用题目所给的已知量表示)。解析(1)因碰前A的速度大于B的速度，且A、B的速度方向相反，碰后速度相同，根据动量守恒定律可知，滑块A应与图乙所示纸带的左侧相连。第43页/共57页答案

(1)A左(2)0.2mfs1

0.2mfs3

s1－s3＝2s2第44页/共57页1.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：力学创新实验图16第45页/共57页①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1>m2。②按照如图16所示，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。④将小球m2放在斜槽末端点B处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，分别记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。第46页/共57页图中D、E、F点是该同学记下小球在斜面上的落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点。(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式________________，则说明碰撞中动量是守恒的。(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式________________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。第47页/共57页第48页/共57页(3)由能量