高考物理二轮复习 第1部分 专题13 力学实验.docx

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高考物理二轮复习第1部分专题13力学实验

专题十三　力学实验

一、误差与有效数字

1．误差：

误差

产生原因

大小特点

减小方法

系统

误差

实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略

总是偏大或偏小

更新仪器，完善原理，改进方法

偶然

误差

测量、读数不准确

可大可小

画图象或取平均值

2.有效数字：

（1）有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是偶然误差的来源．

（2）从数的左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字．

二、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个刻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

10

9

0.1

0.1

主尺上读的毫米数＋0.1n

20

19

0.05

0.05

主尺上读的毫米数＋0.05n

50

49

0.02

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．

三、两类力学实验

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．

2．探究性实验：

探究弹力与弹簧伸长的关系，探究动能定理．

3．两种实验过程的比较：

类型

探究性实验

验证性实验

实

验

过

程

①提出问题

②猜想与假设

③制定计划与设计实验方案

④进行实验与收集数据

⑤分析与论证

⑥评估

⑦交流与合作

①实验目的

②实验器材

③实验原理

④实验步骤

⑤数据分析

⑥实验结论

四、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.

考点1|螺旋测微器和游标卡尺的读数　难度：

低档题题型：

实验题五年2考

　（2017·全国卷T22）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1（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.

（a）　　　　　　　　　　（b）

图1

【解题关键】　

关键语句

信息解读

校零时的示数

螺旋测微器的初始值不为零

金属板的厚度

图（b）和图（a）的读数之差

【解析】　题图（a）的读数为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

　（2017·全国卷ⅠT22

（1））测量d时，某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示数如图2所示，其读数为________cm.

图2

【解题关键】　

（1）根据游标卡尺确定游标卡尺的精度．

（2）正确读出20等份游标卡尺的读数．

【解析】　d＝0.9cm＋12×0.05mm＝0.9cm＋0.060cm＝0.960cm.

【答案】　0.960

1．高考考查特点

（1）以实验填空的形式考察测量仪器的使用和读数；

（2）考察以基础题为主，考察频次略低．

2．解题的常见误区及提醒

（1）误认为螺旋测微器无需估读，而游标卡尺需要估读；

（2）注意区分游标卡尺的精度．

●考向1　螺旋测微器的读数

1．（2017·成都检测）用螺旋测微器测不同规格的金属丝的直径，示数如图3所示．由图可读出金属丝的直径为

图甲________mm　图乙________cm

图丙________mm　图丁________cm.

甲　　　　　　　　　　乙

丙　　　　　　　　　　丁

图3

【解析】　根据螺旋测微器的读数方法：

螺旋测微器的读数值＝固定刻度值＋可动刻度×0.01mm，读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是10.002（1～3）mm、0.5365（4～6）cm、9.205（4～6）mm、0.5700cm

【答案】　10.002　0.5365　9.205　0.5700

●考向2　游标卡尺的读数

2．（2017·福建高考和2017·海南高考改编）某同学用游标卡尺游标卡尺测定四个不同规格金属杆的直径，示数如图4甲、乙、丙、丁所示，则该金属杆直径分别为

甲图：

________mm　乙图：

________cm

丙图：

________cm　丁图：

________mm.

甲

乙

丙

丁

图4

【解析】　根据游标卡尺的读数方法：

游标卡尺的读数值＝主尺整毫米数值＋对齐格数×精度（mm），读出甲、乙、丙、丁四图的读数值分别是

甲图：

d＝4mm＋10×0.02mm＝4.20mm

乙图：

d＝12mm＋4×0.05mm＝12.20mm＝1.220cm

丙图：

d＝11mm＋5×0.1mm＝11.5mm＝1.15cm

丁图：

d＝5mm＋5×0.05mm＝5.25mm.

【答案】　4.20mm　1.220cm　1.15cm　5.25mm

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，如第1题中图丁半刻度线露出，图甲、乙、丙没露出．

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，然后再转变为题目要求的单位．第1、2题中毫米和厘米各半．

考点2|力学基本实验　难度：

中低档题型：

实验题五年4考

　（2017·全国乙卷T22）某同学用图5（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz.打出纸带的一部分如图（b）所示．

（a）　　　　　　　　　　　（b）

图5

该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：

在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________．

（2）已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.

【解题关键】　解答本题时应从以下三点进行分析：

（1）依据匀加速下落过程中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度测量速度．

（2）可用“逐差法”测加速度．

（3）依据牛顿第二定律求出加速度后，利用题给数据推算f.

【解析】　

（1）重物匀加速下落时，根据匀变速直线运动的规律得

vB＝＝f（s1＋s2）

vC＝＝f（s2＋s3）

由s3－s1＝2aT2得

a＝.

（2）根据牛顿第二定律，有mg－kmg＝ma

根据以上各式，化简得f＝

代入数据可得f≈40Hz.

【答案】　

（1）f（s1＋s2）　f（s2＋s3）　f2（s3－s1）

（2）40

　（2017·全国卷ⅡT22）某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：

一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图6所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．

图6

回答下列问题：

（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等．已知重力加速度大小为g.为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的________（填正确答案标号）．

A．小球的质量m

B．小球抛出点到落地点的水平距离s

C．桌面到地面的高度h

D．弹簧的压缩量Δx

E．弹簧原长l0

（2）用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek＝________.

（3）图7中的直线是实验测量得到的sΔx图线．从理论上可推出，如果h不变，m增加，sΔx图线的斜率会________（选填“增大”“减小”或“不变”）；如果m不变，h增加，sΔx图线的斜率会________（填“增大”、“减小”或“不变”）．由图7中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与Δx的______次方成正比．

图7

【解题关键】　

关键语句

信息解读

由静止释放

弹簧的弹性势能转化为小球的动能

小球离开桌面

小球做平抛运动过程，水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动

【解析】　

（1）小球抛出时的动能Ek＝mv，要求得v0需利用平抛知识，s＝v0t，h＝gt2.根据s、h、g，求得v0＝s，因此，需测量小球质量m、桌面高度h及落地水平距离s.

（2）小球抛出时的动能Ek＝mv＝.

（3）弹簧的弹性势能Ep＝Ek＝mv＝.

即s＝2，根据题给的直线关系可知，s与Δx成正比，而Ep与s2成正比，故Ep应为Δx的2次方成正比，则s∝2Δx，sΔx图线的斜率正比于，如果h不变，m增加，sΔx图线的斜率将会减小；如果m不变，h增加，则sΔx图线的斜率会增大．

【答案】　

（1）ABC　

（2）　（3）减小　增大　2

解决动态平衡问题方法的选取

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．

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．

●考向1　“纸带”类实验

3．（2017·全国甲卷T22）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图8所示：

轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．

图8

（1）实验中涉及下列操作步骤：

①把纸带向左拉直

②松手释放物块

③接通打点计时器电源

④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量

上述步骤正确的操作顺序是________（填入代表步骤的序号）．

（2）图9中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s.比较两纸带可知，________（选填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．

图9

【解析】　

（1）实验时首先向左推物块使弹簧压缩，测量出弹簧压缩量，然后把纸带