高考二轮复习专题6 第1讲 力学实验Word格式文档下载.docx

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主尺上读的毫米数＋0.05n

50

49

0.02

主尺上读的毫米数＋0.02n

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光电计时器：

记录遮光时间。

3.力学实验

（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，探究动能定理。

4.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。

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）

图1

（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）

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。

（2）已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为Δt＝

s＝

s，所以A点位置的速度为vA＝

m/s＝0.19m/s。

根据逐差法可求加速度a＝

，解得a＝0.038m/s2。

答案　

（1）从右向左　

（2）0.19　0.038

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；

图2

（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。

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。

答案　

（1）4.0N　

（2）（ⅰ）见解析　（ⅱ）4.0　0.05

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。

图3

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。

图4

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）

解析　

（1）设挡光片末端到达光电门的速度为v，

则由速度—时间关系可知：

v＝vA＋aΔt，且v＝

联立解得：

v＝vA＋

aΔt；

（2）由图4可读出vA＝52.1cm/s，图线的斜率

k＝

a＝

cm/s2≈8.14cm/s2，

即a＝16.3cm/s2。

答案　

（1）v＝vA＋

aΔt　

（2）52.1　16.3

真题感悟

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——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。

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。

　游标卡尺和螺旋测微器的读数

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____________；

____________；

____________。

图5

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

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

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

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。

　“纸带”类实验

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

（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

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。

（2）因为连续相等时间内的位移之差Δx＝0.75cm，根据Δx＝aT2得，a＝

＝

m/s2＝0.75m/s2，xFG＝xEF＋0.75cm＝19.65cm－14.50cm＋0.75cm＝5.90cm。

打D点时纸带的速度

vD＝

m/s＝0.40m/s。

答案　

（1）ACD　

（2）0.75m/s2　0.40m/s　5.90cm

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

（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

（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

图10

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。

（2）打B点时小车的速度为vB＝

m/s＝0.316m/s；

根据逐差法得出小车加速度为a＝

＝0.93m/s2。

（3）F变大弯曲时，原因是随所挂钩码质量m的增大，不能满足钩码的质量远小于小车质量。

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

练后反思

纸带的三大应用

（1）由纸带确定时间

要区别打点计时器（打点周期为0.02s）打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔Δt＝0.02×

5s＝0.10s。

（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求打某一点的瞬时速度。

如图11甲所示，第n点的瞬时速度vn＝

。

（3）用“逐差法”求加速度

如图乙所示，因为a1＝

，a2＝

，a3＝

，所以a＝

甲

乙

图11

　“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验

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。

图12

（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。

（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：

_______________________________。

解析　

（1）已知刻度尺的零刻度线与弹簧上端平齐，由示数知此时弹簧长度为24.75cm。

（2）根据胡克定律，k＝

＝490N/m。

（按题目要求，结果保留3位有效数字）

（3）因为k＝

，弹簧伸长量的增加量Δx取决于所挂钩码重力的增加量ΔF，即k跟弹簧自重无关，故弹簧的自重对弹簧劲度系数的测量结果无影响。

（4）偶然误差是由各种偶然因素（实验者、测量仪器、被测物理量影响等）引起的，偏大和偏小概率均等，故多次测量求平均值可有效减小偶然误差。

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）

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

（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。

图14

（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________________________________________________

__________________________________________________________________。

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。

（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

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。

图15

（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。

（2）碰撞前两滑块的速度大小分别为v1＝

＝0.2s1f；

v2＝

＝0.2s3f。

碰撞后两滑块的共同速度大小v＝

＝0.2s2f。

所以碰前两滑块动量大小分别为p1＝mv1＝0.2mfs1，p2＝mv2＝0.2mfs3，总动量为p＝p1－p2＝0.2mf（s1－s3），碰后总动量为p′＝2mv＝0.4mfs2。

则验证动量守恒定律的表达式为0.2mf（s1－s3）＝0.4mfs2，即s1－s3＝2s2。

答案　

（1）A　左　

（2）0.2mfs1　0.2mfs3　s1－s3＝2s2

　力学创新实验

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：

图16

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。

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。

解析　

（1）不放小球m2，小球m1在斜面上的落点为E点，放上小球m2，小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点为D点，m2的落点为F点。

（2）由平抛运动的知识可知，设斜面BC的倾角为θ，小球从斜面顶端平抛落到斜面上，两者距离为L，则Lcosθ＝vt，Lsinθ＝

gt2，可得v＝Lcosθ

＝cosθ

由于θ、g都是恒量，所以v∝

，v2∝L，所以动量守恒的表达式为m1

＝m1

＋m2

（3）由能量守恒定律可得m1LE＝m1LD＋m2LF，即满足此关系式则说明两小球碰撞为弹性碰撞。

答案　

（1）D　F

（2）m1

（3）m1LE＝m1LD＋m2LF

2.如图17所示是某研究性学习小组设计的“探究做功与速度的关系”的实验装置。

他们将光电门固定在直轨道上的O点，将拉力传感器固定在质量为M的小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮将小车与钩码相连，用拉力传感器记录小车所受拉力F的大小，通过光电门记录遮光条通过光电门的时间t，结合遮光条的宽度d计算出小车通过光电门时的速度，该小组提出如下两种操作方案：

图17

（1）方案一：

用同一钩码通过细线拉同一小车，每次小车从不同位置由静止释放，各位置A、B、C、D、E、F、G（图中只标出了G）与O点间的距离s分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。

则该实验方案________（填“需要”或“不需要”）测量钩码的重力；

________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；

利用图象法处理实验数据，若以s为横轴，以________（填“t”、“t2”、“

”或“

”）为纵轴作出的图象是一条过原点的直线，则可得出做功与速度的关系。

（2）方案二：

用不同的钩码通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置（与O点之间距离为s0）由静止释放。

用该实验方案________（填“需要”或“不需要”）测量钩码的重力；

只要已知量和测得量满足关系________________，即可得出做功与速度的关系。

（3）为了减小两种方案的实验误差，下列做法正确的是________。

A.增大遮光条的宽度使其宽度测量的相对误差尽量小

B.对同一遮光条，多测几次宽度以减小偶然误差

C.钩码质量应当远小于小车质量

D.调节定滑轮高度，使连接小车的细线与轨道严格平行

解析　

（1）本实验探究做功与速度的关系，实际上是验证