专题力学实验.docx
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专题力学实验
专题：
物理实验部分
专题定位：
本专题解决的是中学阶段必须掌握的实验．高考除了对教材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．设计型实验将逐步取代对教材中原有的单纯学生实验的考查．现在的实验题类型由原来的电学实验转变为“一力一电”模式．
高考对学生实验的考查，主要有以下十一个实验：
①研究匀变速直线运动的规律；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿第二定律；⑤探究做功和物体速度变化的关系；⑥探究平抛运动规律；⑦验证机械能守恒定律；⑧测定金属丝的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）；⑨描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑩测定电源的电动势和内阻；⑪练习使用多用电表．
应考策略：
（1）强调基本技能，熟知各种器材的特性．读数类：
游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等；选器材类：
例如选取什么量程的电表和滑动变阻器等．
（2）重视实验原理，巧妙变换拓展．例如探究匀变速直线运动的变形和测量电阻的再造等．源于课本不拘泥于课本一直是高考命题理念所倡导的，所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂——原理，是我们复习的重中之重．（3）提倡分析讨论，讲究实验的品质．像近年高考中的数据处理，误差分析、改良方案，甚至开放性实验等与课标的一标多本思路是交汇的．（4）知识创新型实验．例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的方案．其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视．
第1课时力学实验
热点实验例析
一、基本仪器的使用
例1如图1甲所示的螺旋测微器读数为________
mm.图乙中游标卡尺（游标尺上有50个等分刻度）读数为________cm
以题说法 1.游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据读成以毫米为单位的．先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．2．游标卡尺读数时不需要估读．
3．螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出，由可动刻度的0刻度线位置判定；要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字．
预测演练1如图2甲所示游标卡尺读数为____mm，图乙中螺旋测微器读数为________mm.
二、验证性实验
1．验证力的平行四边形定则
例2在“验证力的平行四边形定则”实验中，情况如图3甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．
（1）如图3甲，当用两个弹簧秤同时拉橡皮筋时，必须记录下两弹簧秤读数，及__________________．
（2）图乙中的F与F′中，____（填“F”或“F′”）一定与AO共线．
误区提示：
本实验结果有明显偏差的原因很多，但归纳起来可分为两类：
一类是在实验操作过程中产生的，如O点位置变动、弹簧测力计与木板平面不平行、弹簧测力计的使用和读数不正确（读数时要注意弹簧测力计零刻度的位置）等；另一类是在处理实验数据时产生的，如力的方向的标注、力的图示（平行四边形作图）的不准确等．所以一定要注意有可能产生这些偏差的原因．另外，用作图法来处理实验数据并得出结论时，规范作图至关重要，要养成规范作图的习惯．
预测演练2在“验证力的平行四边形定则”的实验中
（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：
A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．
B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图4甲所示，记录：
______________、__________________、__________________.
C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使__________________________，记录_______________________．
（2）如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中sinβ∶sinα＝________.
2．验证机械能守恒定律
例3（2010·课标全国卷·22）图5为验
证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：
带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．（填入正确选项前的字母）
A．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D．0～12V的交流电源
（2）实验中误差产生的原因有________．（写出两个原因）
预测演练3光电计时器结构如图6（a）所示，当有物体从M、N间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，若知道物体的长度，就可知道物体通过光电门的速度．如图（b），E、F为上下两个光电门，现要利用此装置探究机械能守恒定律．
（1）读出图（c）中游标卡尺测量的物块A厚度为____cm.
（2）让物块A从某一位置下落，通过测量并计算得出它通过光电门E和F的速度分别为v1和v2，已知当地重力加速度为g，若要探究物块在E、F之间运动的过程机械能是否守恒，还需测量的物理量为_________
___________________．若__________________和____________________在误差允许的范围内相等，则可说明物块的机械能守恒．（用物理量的字母符号表示）
三、测量性实验
测量做匀加速直线运动的物体的加速度
例3（2010·重庆·22
（1））某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f＝50Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点．因保存不当，纸带被污染．如图1所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：
sA＝16.6mm、sB＝126.5mm、sD＝624.5mm.
若无法再做实验，可由以上信息推知：
①相邻两计数点的时间间隔为________s；
②打C点时物体的速率大小为__________m/s（取2位有效数字）；
③物体的加速度大小为________（用sA、sB、sD和f表示）．
考前提醒 此实验主要考查平均速度法求某一点的瞬时速度和用逐差法求匀加速直线运动的加速度.
原创模拟
在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中：
①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，在下面的仪器和器材中，必须使用的有________（填选项代号）．
A．额定电压为220V，频率为50Hz的交流电源B．电压可调的直流电源
C．刻度尺 D．秒表 E．天平
②实验过程中，下列做法正确的是________．
A．先接通电源，再使纸带运动B．先使纸带运动，再接通电源
C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
③图示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，测出1、2、3、4、5、6点到0点的距离如图2所示（单位：
cm）．由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的即时速度大小v4＝________m/s，小车的加速度大小a＝______m/s2.（结果保留三位有效数字）
四、探究性实验
1．探究弹力与弹簧伸长量的关系
例4（2010·浙江卷·21Ⅰ）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧．为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码（每个钩码的质量均为m＝0.1kg，取g＝10m/s2），并记录绳下端的坐标X加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，绳下端的坐标的平均值Xi＝（X加i－X减i）/2的数据如下表：
（下标i表示挂在绳下端钩码个数）
挂在橡皮绳下端的钩码个数
橡皮绳下端的坐标（Xi/mm）
甲
乙
1
216.5
216.5
2
246.7
232.0
3
284.0
246.5
4
335.0
264.2
5
394.5
281.3
6
462.0
301.0
（1）同一橡皮绳的X加i________X减i（大于或小于）；
（2）________同学的数据更符合实验要求（甲或乙）；
（3）选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k（N/m）；
（4）为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？
预测演练4小明同学在实验室探究弹力和弹簧伸长量的关系的探究过程是：
【猜想与假设】 弹力和弹簧伸长量成正比例关系．
【设计与进行实验】
（1）设计如图7所示的实验装置进行实验；
（2）在弹簧下端挂上钩码，当分别悬挂10g、20g钩码时，记下指针所指的标尺刻度；
（3）将实验数据记录在表格中.
（4）整理器材，进行实验数据分析并得出结论．【交流与评估】
小明同学将实验数据记录在下表中（重力加速度g＝9.8m/s2）
钩码质量m/g
0
10
20
标尺刻度x/10－2m
6.00
8.00
10.00
他根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x－m图像如图8所示，于是小明根据图像得出结论：
弹簧弹力和弹簧伸长量不是正比例关系而是一次函数关系，自己先前的猜想是错误的．
（1）请说明小明结论错误的原因：
___________________
（2）小明同学在这个实验【设计与进行实验】中的设计方案上还存在的不足之处是
2．探究小车加速度与外力、质量的关系
例5
（1）某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图9为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列哪两项说法是正确的（ ）
A．要平衡摩擦力
B．实验时不需要平衡摩擦力
C．钩码的重力要远小于小车的总重力
D．实验进行时应先释放小车再接通电源
（2）如图10所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图所示．则打C点时小车的速度为________________；若要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的两个物理量是________________．
预测演练5“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图11甲所示．
（1）在小车某次运动过程中，打出了一条纸带如图乙所示．打点计时器打点的时间间隔为0.02s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，并量出了相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝______m/s2.（结果保留三位有效数字）
（2）一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定，探究加速度与小车（包括车中砝码）质量M的关系，以下做法正确的是（ ）
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．小车运动的加速度可根据m以及M，直接用公式a＝
求出
（3）在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时．二位同学根据各自的实验数据分别作出的a－F图线如图12甲、乙所示，对这两图的分析正确的是（ ）
A．甲图图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入砝码盘的重力
B．甲图图线不通过原点，可能是因为没有平衡摩擦力
C．乙图图线的弯曲部分，是因为小车的质量太大
D．乙图图线的弯曲部分，是因为盘中的砝码总质量太大
3．探究功与物体速度变化的关系
例6某学习小组的同学们探究“做功与物体速度变化的关系”，它们在实验室组装了一套如图13所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、砝码若干．
实验步骤如下：
①将长木板左端垫起，平衡小车与木板之间的摩擦力；
②测量托盘及砝码的总质量m；
③接通电源后静止释放小车，小车在细线拉动下带着纸带一起运动．图14是实验中打出的一条纸带
（1）纸带的________（填“左端”或“右端”）与小车相连．
（2）打点计时器所用交流电的频率为50Hz，在纸带上每5个点取一个计数点，用刻度尺量出相邻计数点之间的距离，打点1时小车的速度v1＝________m/s，打点3时小车的速度v3＝________m/s.（结果均保留两位有效数字）．
（3）用天平测得托盘及砝码的总质量为m＝0.10kg，若将托盘及砝码的重力看做小车受到的合外力，由点1到点3过程中合力对小车做功W合＝________J．（g＝9.8m/s2，结果保留两位有效数字）
（4）考虑实验过程中存在误差后，请判断此次实验中使用的小车的质量可能是：
________.
A．0.88kgB．0.98kg
C．1.00kgD．1.08kg
预测演练6
（1）如图15所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，为了平衡小车运动中受到的阻力，应该采用下面所述的________方法（填“a”、“b”或“c”）．
a．逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动
b．逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止
c．逐步调节木板的倾斜程度，使夹在小车后面的纸带上所打的点间隔均匀
（2）在上述实验操作中，打点计时器使用的交流电频率为50Hz.某同学打出的一段纸带如图16所示，O、A、B、…、E为打点计时器连续打出的计时点，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.（计算结果保留3位有效数字）
（3）若某同学分别用1根、2根、……、5根相同的橡皮筋进行实验，测得小车匀速运动时的速度分别为0.52m/s、0.78m/s、0.96m/s、1.08m/s、1.22m/s.请根据实验数据在图17的坐标纸上画出橡皮筋所做的功W与小车获得的速度v之间的关系图象．
四、创新型实验
例7为了测量木块与长木板间的动摩擦因数．某同学用铁架台将长木板倾斜支在水平桌面上，组成如图18甲所示的装置．所提供的器材有：
长木板、木块（其前端固定有用于挡光的窄片K）、光电计时器、米尺、铁架台等．在长木板上标出A、B两点，B点处放置光电门（图中未画出），用于记录窄片通过光电门时的挡光时间．该同学进行了如下实验：
（1）用游标卡尺测量窄片K的宽度d如图乙所示．则d＝________mm，测量长木板上A、B两点间的距离L和竖直高度差h.
（2）从A点由静止释放木块使其沿斜面下滑，测得木块经过光电门时的挡光时间为Δt＝2.50×10－3s，算出木块经B点时的速度v＝________m/s，由L和v得出滑块的加速度a.
（3）由以上测量和算出的物理量可以得出木块与长木板间的动摩擦因数的表达式为μ＝________（用题中所给字母h、L、a和重力加速度g表示）．
以题说法 本题考查了用平均速度法求某一点的瞬时速度．
预测演练7如图19甲所示为测量电动机转动角速度的实验装置，半径不大的圆形卡纸固定在电动机转轴上，在电动机的带动下匀速转动，在圆形卡纸的旁边安装一个改装了的电火花计时器．
下面是该实验的实验步骤：
Ⅰ.使电火花计时器与圆形卡纸保持良好接触；
Ⅱ.启动电动机，使圆形卡纸转动起来；
Ⅲ.接通电火花计时器的电源，使它工作起来；
Ⅳ.关闭电动机，拆除电火花计时器；研究卡纸上留下的一段痕迹（如图19乙所示），写出角速度ω的表达式，代入数据，得出ω的测量值．
（1）要得到角速度ω的测量值，还缺少一种必要的测量工具，它是（ ）
A．秒表B．游标卡尺
C．圆规D．量角器
（2）写出ω的表达式，并指出表达式中各个物理量的含义：
___________________________________________.
考能定时训练
1．下列有关实验的描述中，正确的是（ ）
A．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，拉橡皮筋的细绳应稍长一些
B．在“探究弹簧弹力与其伸长量的关系”的实验中，作出弹力和弹簧长度的图象也能求出弹簧的劲度系数
C．在“探究功与速度变化的关系”的实验中，需要求出打点纸带的平均速度
D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须由v＝gt求出打某点时纸带的速度
2．
（1）如图20所示，用螺旋测微器测定某一金属丝直径，测得的直径为______mm；用20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的长度为________cm.
（2）某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图21所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器的电源频率为50Hz.由这些已知数据计算：
①该匀变速直线运动的加速度a＝________m/s2.
②与纸带上D点相对应的瞬时速度v＝_______m/s.（答案均要求保留3位有效数字）
3．某探究学习小组的同学欲以图22装置中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）你认为还需要的实验器材有_________________．
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是__________________________________，实验时首先要做的步骤是_____________________．
（3）在
（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1＜v2）．则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为________（用题中的字母表示）．
4．某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置如图23所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图中P0P0′、P1P1′、…），槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图24所示．
（1）实验时每次让小球从同一位置由静止释放，是为了____________________________．
（2）每次将B板向内侧平移距离d，是为了___________________________________________．
（3）从得到小球在白纸上打下的若干痕迹点开始，简述测量小球平抛初速度的主要步骤（包括需测量的物理量及初速度的表达式）．
5．某同学在验证机械能守恒定律实验中，通过实验得到一条纸带如图25所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，测得h1＝12.01cm，h2＝19.15cm，h3＝27.86cm.已知重锤质量为0.5kg，打点计时器的工作电流频率为50Hz，当地的重力加速度g＝9.80m/s2.
（1）由以上数据算出：
当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J，此时重锤的动能比开始下落时增加了________J（计算结果保留两位有效数字）．从计算结果可知，该实验小组在做实验时出现问题的可能原因是
________________________________________________________________________________________.
（2）在上图所示的纸带上，某同学又选取多个计数点，测出各计数点到第一个点O的距离h，算出各计数点对应的速度v，并以h为横轴，以
为纵轴画出的图线应是如下图中的______．图线的斜率表示______________________．
6．几个同学利用如图26甲所示的装置探究“弹力和弹簧伸长量的关系”，他们先读出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度（图中标尺等分刻度只是示意图），然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，依次读出指针所指的标尺刻度．所得数据列表如下：
（弹簧弹力始终未超过弹性限度，重力加速度g＝9.8m/s2）
砝码质量m/g
0
50
100
150
200
250
标尺刻度
x/10－2m
6.00
8.02
10.00
13.12
14.10
15.92
（1）根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．
（2）根据作出的关系曲线，可以求得这种规格弹簧的劲度系数为______N/m.（结果保留三位有效数字）
（3）从装置示意图可看出，弹簧不挂砝码时，刻度尺的“0”刻度与弹簧的上端没有对齐，这对准确测出劲度系数是否有影响？
________（填“有影响”或“无影响”）．
7．如图27为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率
（1）实验主要步骤如下：
①将拉力传感器固定在小车上；
②平衡摩擦力，让小车做________运动；
③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；
④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB；
⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作．
（2）下表中记录了实验测得的几组数据，vB2－vA2是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a＝____，请将表中第3次的实验数据填写完整（结果保留三位有效数字）；
次数
F（N）
vB2－vA2（m2/s2）
a（m/s2）
1
0.60
0.77
0.80
2
1.04
1.61
1.68
3
1.42
2.34
4
2.62
4.65
4.84
5
3.00
5.49
5.72
（3）由表中数据，在图28坐标纸上作出a－F关系图线；
（4）对比实验结果与理论计算得到的关系图线（图中已画出理论图线），造成上述偏差的原因是________________________________________________________________________.
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