版高考物理大二轮总复习与增分策略专题九必考力学实验一.docx

版高考物理大二轮总复习与增分策略专题九必考力学实验一.docx

《版高考物理大二轮总复习与增分策略专题九必考力学实验一.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版高考物理大二轮总复习与增分策略专题九必考力学实验一.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

版高考物理大二轮总复习与增分策略专题九必考力学实验一

专题九必考力学实验

（一）

考纲解读

实验名称

考试属性

说明

必考

加试

1.用打点计时器测速度

√

1.不要求了解电磁打点（电火花）计时器的内部结构和技术细节2.不要求理解用气垫导轨、光电门和数字计时器研究运动的原理

3.不要求运用a－F图象和a－

图象分析与解决问题

2.探究小车速度随时间变化的规律

√

3.探究求合力的方法

√

4.探究加速度与力、质量的关系

√

　　　　　　用打点计时器测速度

　　　　　　探究小车速度随时间变化的规律

1.打点计时器

（1）作用：

计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50Hz时，每隔0.02s打一次点.

（2）工作条件：

电磁打点计时器用6V以下交流电源；电火花计时器用220V交流电源.

（3）处理纸带数据时区分计时点和计数点：

计时点是指打点计时器在纸带上打下的点.计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”的取点方法是一样的，时间间隔均为0.1s.

2.匀变速直线运动的判断

（1）沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.

（2）利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v－t图象.若v－t图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动.

3.由纸带求物体运动速度的方法

根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，知vn＝

.

4.利用纸带求物体加速度的两种方法

（1）逐差法：

根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2（T为相邻两计数点之间的时间间隔），求出a1＝

，a2＝

，a3＝

，再算出a1、a2、a3的平均值a＝

＝

×（

＋

＋

）

＝

，即为物体的加速度.

（2）图象法：

如图1所示，以打某计数点时为计时起点，利用vn＝

求出打各点时的瞬时速度，描点得v－t图象，图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度.

图1

5.注意事项

（1）平行：

纸带、细绳要和长木板平行.

（2）靠近：

释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置.

（3）先后顺序：

实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带.

（4）防止碰撞：

在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞.

（5）减小误差：

小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集.

（6）纸带选取：

选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点.

（7）准确作图：

在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位（避免所描点过密或过疏而导致误差过大），仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧.

例1

　（2016·浙江10月选考·17）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中

（1）下列说法中不正确或不必要的是________（填字母）.

A.长木板的一端必须垫高，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动

B.连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行

C.小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车

D.选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始

（2）图2是实验中打下的一段纸带，算出计数点2的速度大小为________m/s，并在图3中标出，其余计数点1、3、4、5对应的小车瞬时速度大小在图3中已标出.

（3）作图并求得小车的加速度大小为________m/s2.

图2

图3

答案　

（1）AD　

（2）0.60　（3）1.45

解析　

（1）探究小车的速度随时间的变化规律，要求长木板平放即选项A不是必要的.在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点取点后处理实验数据，所以D选项也不是必要的.连接小车的细线需要与木板平行，否则就要涉及到线的拉力分解问题，即拉力是一个变力，选项B是必要的.操作时应先接通电源再释放小车，所以C选项是必要的.因此答案为A、D.

（2）根据图中x1＝3.80cm，x3＝15.70cm，所以v2＝

≈0.60m/s.

（3）由图象可求出加速度a＝

＝1.45m/s2

变式题组

1.（多选）关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中正确的是（　　）

A.长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低

B.在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处

C.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车

D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动

答案　BCD

解析　长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故选项A错误.实验时，为了能在纸带上得到较多的点迹，释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处，选项B正确；如果先释放小车，可能纸带上打不上几个点，故选项C正确；为了保护小车避免落地摔坏，在小车到达定滑轮前要用手使小车停止运动，选项D正确.

2.（2015·浙江选考）在“用打点计时器测速度”的实验中某同学获得的一条纸带如图4所示.

图4

（1）已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________.

（2）A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x＝________m；

（3）C点对应的速度是________m/s；小车运动的加速度为________m/s2.（计算结果均保留两位有效数字）

（4）若实验后发现，实际所用交流电的频率高于50Hz，则上述计算结果与真实值相比是________.（填“偏大”“偏小”或“不变”）

答案　

（1）0.02s　

（2）3.0×10－3　（3）0.060　0.20　（4）偏小

解析　

（1）T＝

＝0.02s.

（2）因毫米刻度尺的最小刻度为1mm，故应估读到0.1mm，即x＝3.0mm＝3.0×10－3m.

（3）由于匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于该段中间时刻的瞬时速度，所以vC＝

＝

×10－2m/s＝0.060m/s.小车运动的加速度a＝

＝

×10－2m/s2＝0.20m/s2.

（4）若实验后发现，实际所用交流电的频率高于50Hz，此时两计时点间的距离小于真实值，故测得的速度与加速度均小于真实值.

　　　　　　探究求合力的方法

1.实验原理

互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等.

2.实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.

3.实验步骤

（1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上.

（2）用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.

（3）用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.

（4）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向.

（5）比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等.

4.注意事项

（1）位置不变：

在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同.

（2）角度合适：

用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°为宜.

（3）在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.

（4）统一标度：

在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些.

5.误差分析

（1）误差来源：

除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等.

（2）减小误差的办法：

①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录.

②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.

例2

（1）如图5为“探究求合力的方法”的实验装置.小张同学在实验中用a、b两弹簧秤拉橡皮条，如图所示.他在实验操作中除了所用细绳太短外，至少还有一处错误，请你帮他找出错误之处__________________________.（写出一条即可）

图5

（2）小张同学修正错误后，重新进行了测量，在测量时，左、右两只弹簧秤的示数如图6甲所示，则左弹簧秤的示数是________N，右弹簧秤的示数是________N.若两根细绳的夹角为90°，请你帮他在所给的方格纸（图乙）上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.

图6

（3）小张同学实验后发现用一个弹簧秤也能完成这个实验，请问他这个想法是否可行？

________（填“是”或“否”）.

答案　

（1）a弹簧秤所用拉力太大，或b弹簧秤拉力方向与细绳方向不一致　

（2）2.75（±0.02）　3.30（±0.02）　作图如图所示　（3）是

解析　

（1）在该实验中，要正确测量弹力的大小和方向，同时作出的平行四边形要大小适中，不能太小也不能太大，以免增大误差.题中操作错误或不妥之处有：

b弹簧秤拉力方向与细绳方向不一致；a弹簧秤的拉力太大，用一只弹簧秤再次做实验时会超出量程.

（2）左弹簧秤的示数为2.75N，右弹簧秤的示数为3.30N，合力如图所示.

（3）用一个弹簧秤也能完成这个实验是可行的，两个分力先后两次测量，一个用手拉、一个用弹簧秤测，保持位置不变，手和弹簧秤换一下.

变式题组

3.（多选）（2015·浙江10月选考真题）在“探究求合力的方法”的实验中，下列器材中必须要用的是（　　）

答案　BD

解析　在“探究求合力的方法”的实验中，要用弹簧测力计测拉力，用刻度尺画线并测量表示力的大小的线段长度.故选B、D.

4.如图7所示，在“探究求合力的方法”的实验中，有下列实验步骤：

a.在桌上放一块方木板，在方木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的A点.

b.只用一只弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向，按同样比例作出力F′的图示.

c.改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验.

d.记下两只弹簧测力计的示数F1、F2及结点的位置，描下两条细绳的方向，在纸上按比例作出力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F.

e.比较力F′与F，可以看出，它们在实验误差允许的范围内是相等的.

f.把两条细绳系在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O.

图7

完成下列填空：

（1）上述步骤中，正确的顺序是________（填写步骤前面的字母）.

（2）（多选）下列哪些措施能减小实验误差________.

A.两条细绳必须等长

B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行

C.拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些

D.实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上，向相反方向拉动，检查读数是否相同，若不同，则进行调节使之相同

答案　

（1）afdbec　

（2）BCD

解析　

（1）先固定好白纸和橡皮条，用两个弹簧测力计拉橡皮条到结点O，记下两个力的大小和方向，然后用一个弹簧测力计拉橡皮条到O点，记下拉力的大小和方向，由平行四边形定则画出两个力的合力，与第二次的一个力比较大小和方向；改变两个分力的大小和夹角，重复实验.故实验步骤为afdbec.

（2）两条细绳是否等长，不会影响实验误差，A错误；避免拉力和纸面不平行，如果不平行画出的力就不是实际作用力了，B可以减小误差；细绳稍长些，这样在描点画力的方向时，偏差少，误差小，C正确；实验前调节弹簧测力计，使得两个读数相同，这样画出的平行四边形才准确，可以减小误差，D正确.

　　　　　　探究加速度与力、质量的关系

1.实验原理（实验原理图如图8所示）

图8

（1）保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系.

（2）保持合外力不变，探究加速度与质量的关系.

（3）作出a－F图象和a－

图象，确定其关系.

2.实验器材

小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺.

3.实验步骤

（1）测量：

用天平测量砝码和小盘的质量m′和小车的质量m.

（2）安装：

按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车牵引力）.

（3）平衡摩擦力：

在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能匀速下滑.

（4）操作：

①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码.

②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①.

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.

④描点作图，作a－F的图象.

⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－

图象.

4.注意事项

（1）平衡摩擦力：

适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.

（2）不重复平衡摩擦力.

（3）实验条件：

m≫m′.

（4）一先一后一按：

改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.

5.误差分析

（1）因实验原理不完善引起的误差：

本实验用砝码和小盘的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于砝码和小盘的总重力.

（2）摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.

6.数据处理

（1）利用逐差法求a.

（2）以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比.

（3）以a为纵坐标，

为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比.

例3

　某班级同学用如图9所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系.甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上，小车甲上固定一个力传感器，小车乙上固定一个加速度传感器（可以测量乙在任意时刻的加速度大小），力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接，在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始运动，利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小.

图9

（1）下列关于实验装置和操作的说法中正确的是________.

A.轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力

B.轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力

C.实验中，在小车乙向下运动的过程中均可采集数据

D.实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集数据

（2）四个实验小组选用的小车乙（含加速度传感器）的质量分别为m1＝0.5kg，m2＝1.0kg、m3＝1.5kg和m4＝2.0kg，其中有三个小组已经完成了a－F图象，如图10所示.最后一个小组的实验数据如下表所示，请在图中完成该组的a－F图线.

实验次数

1

2

3

4

5

6

拉力F（N）

24.5

20.0

17.5

12.0

8.1

4.8

加速度a（m/s2）

16.3

13.3

11.7

8.0

5.4

3.2

图10

（3）在验证了a和F的关系后，为了进一步验证a和m的关系，可直接利用图中的四条图线收集数据，然后作图.请写出具体的做法：

①如何收集数据？

________________________________________________________________________；

②为了更直观地验证a和m的关系，建立的坐标系应以________为纵轴，以________为横轴.

答案　

（1）BD　

（2）如图所示

（3）①在a－F图象上作一条垂直于横轴的直线，与四条图线分别有个交点，记录下四个交点的坐标a，分别与图象对应的m组成四组数据　②a　

解析　

（1）本实验的研究对象是小车乙，所以轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力，A错误，B正确；实验研究的是加速过程，C错误，D正确.

（2）根据数据描点再作图.

（3）①在a－F图象上作一条垂直于横轴的直线，与四条图线分别有个交点，记下四个交点的纵轴标a，分别与各图线对应的m组成四组数据.②因a与m成反比关系，为了方便判断，画a－

图象.

变式题组

5.（2015·台州模拟）

（1）我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是________________________________.

（2）某同学的实验方案如图11所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：

图11

a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是______________________.

b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于________________.

（3）该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：

A.利用公式a＝

计算；

B.根据a＝

利用逐差法计算.

两种方案中，你认为选择方案________比较合理.

答案　

（1）控制变量法　

（2）a.平衡摩擦力　b.砂桶的重力　（3）B

解析　

（1）要研究三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法.

（2）用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力.想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，应使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力.

（3）利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝

利用逐差法计算，方案B比较合理.

1.“探究求合力的方法”的实验情况如图1甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.

图1

（1）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________.

（2）本实验采用的科学方法是（　　）

A.理想实验法

B.等效替代法

C.控制变量法

D.建立物理模型法

答案　

（1）F′　

（2）B

解析　

（1）图中F′为拉橡皮条所施加的力，一定与AO的方向相同.F是两个分力通过平行四边形定则合成得到的合力，由于实验误差的存在，F的方向与AO方向不一定完全相同，故方向一定沿AO方向的是F′.

（2）本实验是通过等效替代的方法来完成实验的，故采用的科学方法为等效替代法.

2.（2016·嘉兴调研）某同学用如图2所示的实验装置来探究求合力的方法.弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向.

图2

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.

（2）下列不必要的实验要求是________.（请填写选项前对应的字母）

A.应测量重物M所受的重力

B.弹簧测力计应在使用前校零

C.拉线方向应与木板平面平行

D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法.

答案　

（1）3.60　

（2）D　（3）见解析

解析　

（1）如题图所示，弹簧测力计A的示数为3.60N.

（2）“探究求合力的方法”实验，只要验证FA、FB和Mg满足平行四边形即可，D不必要.

（3）弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明弹簧测力计A的拉力过大，由力的平行四边形定则可知，改变弹簧测力计B拉力的大小、减小重物M的质量、改变弹簧测力计B拉力的方向，都可以减小弹簧测力计A的拉力，也可将A更换为量程较大的测力计.

3.李明同学在做“探究求合力的方法”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小，如图3甲所示.

图3

（1）试在图甲中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力.

（2）有关此实验，下列叙述正确的是______.

A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大

B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D.若只增大某一个弹簧测力计的拉力的大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需要调整另一个弹簧测力计的拉力的大小即可

（3）图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？

（力F′是用一个弹簧测力计拉时的图示）

答案　

（1）如图所示

（2）AC　（3）张华的实验比较符合实验事实

解析　

（1）用平行四边形定则作图，即以F1、F2为两邻边作平行四边形，对角线就表示合力F.（标上箭头表明方向）

（2）两分力可以同时大于合力，故A正确；结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力——橡皮筋的拉力等大反向，是一对平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B错；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同，故C对；若两个分力的大小变化而方向都不变，则合力必定变化，故D错.

（3）作图法得到的F必为平行四边形的对角线，单个弹簧测力计的拉力F′一定与橡皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实.

4.某同学用如图4甲所示的实验装置研究匀变速直线运动.

图4

实验步骤如下：

A.安装好实验器材.

B.让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点.

C.测量x1、x2、x3…….

结合上述实验步骤，请你继续完成下列问题：

（1）实验中，除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列仪器和器材中，必须使用的有________.（填选项代号）

A.电压合适的50Hz交流电源　B.电压可调的直流电源

C.秒表　D.刻度尺　E.天平　F.重锤　G.弹簧测力计

（2）如果小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是________.

答案　

（1）AD　

（2）2x2＝x1＋x3　

解析　

（1）实验中打点计时器要使用50Hz的交流电源；测量x1、x2、x3要使用刻度尺；实验中无需使用秒表、天平、重锤和弹簧测力计，故选A、D.

（2）因小车做匀加速直线运动，所以相邻相等时间内的位移之差是恒量，故x3－x2＝x2－x1，即2x2＝x1＋x3；c点是bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度，即vc＝

＝

.

5.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，小车做匀加速直线运动，打点计时器接在50Hz的低压交变电源上.某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（