高三力学实验专题.docx
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高三力学实验专题
授课类型C（力学实验专题一）C（力学实验专题二）C（力学实验专题三）
教学内容
本实验是力学实验的重点实验，是力学实验的基础，通过熟练掌握打点计时器的使用，为验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律做好必要的知识和方法上的准备。
一、考查重点：
（一）打点计时器的使用
（二）毫米刻度尺的使用
（三）速度和加速度的求解方法二、注意事项
1．交流电源的电压及频率要符合要求．
2．实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸．3．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．
4．先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源．5．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间
隔为T＝0.02×5s＝0.1s．
6．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，使纸带上的
点过于密集．
7．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T．
8．测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差．
例题1：
物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数．实验装置如图所示，一表面粗糙的
木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑
轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为
50Hz.开始实验时，在托盘中放入适当的砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点．
（1）下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：
0、1、2、
3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．根据图中数据计算的加速度
（2）回答下列两个问题：
1为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有．（填入所选物理量前的字母）
A．木板的长度L
B．木板的质量m1
C．滑块的质量m2
D．托盘和砝码的总质量m3E．滑块运动的时间t
2测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是．
（3）滑块与木板间的动摩擦因数μ＝（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）．与真实值相比，
测量的动摩擦因数（填“偏大”或“偏小”）．
10Hz；通过斜
例题2（2010·全国Ⅱ）用“纸带法”测重力加速度
利用图中所示的装置可以研究自由落体运动．实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的小点．
（1）为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有．（填入正确选项前的字
母）
A．天平B．秒表C．米尺
（2）若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此误差的原因：
例题3（2014·全国卷）现用频闪照相方法来研究物块的变速运动．在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示．拍摄时频闪频率是面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度h和斜面的长
度s.数据如下表所示．重力加速度大小g取9.80m/s2.
单位：
cm
x1
x2
x3
x4
h
s
10.76
15.05
19.34
23.65
48.00
80.00
根据表中数据，完成下列填空：
（1）物块的加速度a＝m/s2（保留3位有效数字）．
（2）因为，可知斜面是粗糙的．
实验二《探究弹力和弹簧伸长的关系》一、考查重点
（一）毫米刻度尺的使用（见实验一）
（二）掌握利用图象法处理实验数据，研究两个物理量之间关系的方法。
在物理学中经常用图象处理物理问题，要特别注意：
①图线斜率的意义（或曲线切线斜率的意义）；②图线与纵轴、横轴交点的物理意义。
二、注意事项：
1．每次增减砝码测有关长度时，均需保证弹簧及砝码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与砝码重力不相等。
2．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0，实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。
3．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小。
4．描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。
5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．
例题1（2012广东）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在方向（填“水平”
或“竖直”）
②弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中
每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：
代表符号
L0
Lx
L1
L2
L3
L4
L5
L6
数值（cm）
25.3
27.3
29.3
31.3
33.
35.3
37.4
39.3
5
5
5
0
4
5
0
0
表中有一个数值记录不规范，代表符号为。
由表可知所用刻度尺的最小长度为
3
图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与的差值（填“L0或
LX”）。
4由图可知弹簧和的劲度系数为N/m；通过图
和表可知砝码盘的质量为g（结果保留两位
有效数字，重力加速度取9.8ms2）。
实验三《验证力的平行四边形定则》
学生总结：
误差分析本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于以下两个方面：
1．读数误差
2．作图误差
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
3．尽量减少误差
（1）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．
（2）细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．
学生总结：
例题1.（2012浙江）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤。
1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表
弹力F（N）
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
伸长量x（10-2m）
0.74
1.80
2.80
3.72
4.60
5.58
6.42
用作图法求得该弹簧的劲度系数k=N/m；
（2）某次实验中，弹簧的指针位置如图所示，其读数为N，同时利用（3）中结果获得弹
簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；
（3）由图得到F合=N。
例题2.（2009山东卷）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：
将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细线挂
一重物。
1为完成实验，下述操作中必需的是。
a．测量细绳的长度
b．测量橡皮筋的原长
c．测量悬挂重物后像皮筋的长度
d．记录悬挂重物后结点O的位置
2钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是
实验四《验证牛顿运动定律》
一、考查重点
1．学会用控制变量法研究物理规律；2．掌握利用图象处理数据的方法．
二、注意事项
1.应用图像法分析处理数据。
2.为了消除摩擦力对小车运动的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小车不不挂重物时能匀速运动为止。
当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似的认为重物所受的重力大小等于小车所受的合外力的大小。
学生总结：
例题1在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图
3-4-2所示的实验装置．
小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带
打上的点计算出．
（1）当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的
重力．
（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的
质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与的图象．
（3）如图3-4-3（a）所示为甲同学根据测量数据作出的aF图线，说明实验存在的问题是
a-F图线如图3-4-3（b）所示，两个同学做实
（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的
验时的哪一个物理量取值不同？
弹簧秤固定在一合适的木
例题2.（2010山东理综）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。
板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。
在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出
间距d。
开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。
再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1。
然后释放木板，并用秒
表记下木板运动到PQ处的时间t。
①木板的加速度可以用d、t表示为a=；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的办法是
一种即可）。
②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系。
下列图象能表示该同学实验结果
3用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是
a．可以改变滑动摩擦力的大小
b．可以更方便地获取多组实验数据c．可以比较精确地测出摩擦力的大小d．可以获得更大的加速度以提高实验精度学生总结：
例题3.探究加速度与力的关系装置如图所示。
带滑轮的长木板水平放置，细绳通过两滑轮分别与弹簧秤挂钩和沙桶连接，细线与桌面平行．将木块放在靠近打点计时器的一端，缓慢向沙桶中添加细沙，直到木块开始运动，记下木块运动后弹簧秤的示数F，通过纸带求出木块运动的加速度a。
将木块放回原处，向沙桶中添
加适量细沙，释放木块⋯⋯获取多组a、F数据。
1）关于该实验的操作，以下说法正确的是
A.实验过程中，应先闭合打点计时器开关，再释放小车
B.通过缓慢添加细沙，可以方便地获取多组实验数据
C.每次添加细沙后，需测出沙及沙桶的质量
D.
实验过程要确保沙及沙桶的质量远小于木块的质量
（2）某同学根据实验数据做出了两个a-F图象如图所示，正确的是；由图象可知，木块所受
的滑动摩擦力大小大小为；若要作出木块的加速度与合力的关系，需要对图象进行修正。
修正
后的横坐标F合应该等于（用F、F0表示）。
学生总结：
误差分析
1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．
2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．
3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．
注意事项1．平衡摩擦力：
将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角．
2．选点测速：
测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的．3．规格相同：
橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．常见问题
（1）如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？
（让木板有一个微小的倾角；使重力沿斜面向下的分力等于阻力；轻推小车使之匀速运动。
）
（2）如何做到每根橡皮条的功都相等？
（使橡皮条完全相同，且伸长量也一样。
）
（3）思考纸带上打点的分布情况，如何计算末速度？
（打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点间距求末速度。
）
（4）如何通过图像处理数据？
（将图像做成直线，有利于判断物理量间的关系）
例题1某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器工作频率为50Hz.
A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑
B．是为了增大小车下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条⋯⋯，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，⋯⋯；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带
测出．根据第四次的纸带（如图5－4－8所示）求得小车获得的速度为m/s.
（5）在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是
|v2－v12|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，
W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔE3＝，W3＝.（结果保留三位有效数字）
（3）根据表1，请在图5－4－11中的方格纸上作出ΔE－W图线．
表1数据记录表
次数
M/kg
|v2－v12|
（m/s）2
ΔE/J
F/N
W/J
1
0.500
0.760
0.190
0.400
0.200
2
0.500
1.65
0.413
0.840
0.420
3
0.500
2.40
ΔE3
1.220
W3
4
1.000
2.40
1.20
2.420
1.21
5
1.000
2.84
1.42
2.860
1.43
例题3.（2013福建）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）①下列说法哪一项是正确的。
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量
C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放
实验六验证机械能守恒定律
误差分析
12系统误差：
由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功．故动能的增加量ΔEk＝2mv2必定稍小于势能的减少
量ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．
1．打点计时器要竖直2．重物密度要大：
重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．3．一先一后：
应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．4．测长度，算速度：
某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝dn＋12－Tdn－1，不能用vn＝2gdn或vn＝gt来计算．
例题1（2010·安徽理综，21Ⅲ）利用图566所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由
方案：
a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度
v.
b．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝2gh计算出瞬时速度v.
c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平v2
均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h.
2g
d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，
等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.
以上方案中只有一种正确，正确的是．（填入相应的字母）
例题2[2014·天津卷]
（2）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．
1若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些
2实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个（填字母代号）．
A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力③平衡摩擦后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车的速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：
④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的（填字母代号）．
A．在接通电源的同时释放了小车
B．小车释放时离打点计时器太近
C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
例题3（2014·山东卷）某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度．实验步骤：
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；
3改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：
G/N
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
F/N
0.59
0.83
0.99
1.22
1.37
1.60
4
C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P
如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的
（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝（保留2位有效数字）．
（3）滑块最大速度的大小v＝（用h、s、μ和重力加速度g表示）．
作业：
1．（2010·四川卷，21）有4条用打点计时器（所用交流电频率为50Hz）打出的纸带A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的．为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4
个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3的测量结果确定该纸带
为（）．
（已知当地的重力加速度为9.791m/s2）
A．61.0mm65.8mm70.7mm
B．41.2mm45.1mm53.0mm
C．49.36mm53.5mm57.3mm
D．60.5mm61.0mm60.6mm
2．如图所示，两个质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端（m1>m2），1、2
是两个光电门．用此装置验证机械能守恒定律．
（1）实验中除了记录物块B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测量的物理量是．
（2）用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式．
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