高考物理 增分策略五 1 力学实验课件

增分策略 2016年 高 考物 理 （ 五 ） 物 理 实 验 1.力 学 实 验 1.某 同 学 利 用 游 标 卡 尺 和 螺 旋 测 微 器 分 别 测 量 一 圆 柱 体 工 件 的 直径 和 高 度 ， 测 量 结 果 如 图 (a)和 (b)所 示 该 工 件 的 直 径 为 _cm，高 度 为 _mm. 解 析 ：图(a)为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm.主尺读数为12 mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12 mm40.05 mm12.20 mm1.220 cm.螺旋测微器的精度为0.01 mm，由图(b)知固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm. 答 案 ： (1)1.220(2)6.860 2某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示图中标出了五个连续点之间的距离 (1)物块下滑时的加速度a_ m/s2，打C点时物块的速度v_ m/s； (2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号) A物块的质量 B斜面的高度 C斜面的倾角 用铅笔描下结点位置，记为O； 记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线； 只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_； 按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； 根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； 比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验 解 析 ：除记录测力计的示数外，还应沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，并用刻度尺把这些点连成直线，应比较F与F3的大小和方向的一致程度 答 案 ： 沿此时的绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这点连成直线 F和F3 4某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m) 完成下列填空： (1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg； (2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为_ kg； (3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧此过程中托盘秤的最大示数为m，多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：序 号 1 2 3 4 5m(kg) 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90(4)根 据 以 上 数 据 ， 可 求 出 小 车 经 过 凹 形 桥 最 低 点 时 对 桥 的 压 力为 _ N； 小 车 通 过 最 低 点 时 的 速 度 大 小 为 _ m/s.重力 加 速 度 大 小 取 9.80 m/s 2， 计 算 结 果 保 留 2位 有 效 数 字 ) 查 看 高 考 实 验 题 不 难 得 出 命 题 规 律 1 长 度 的 测 量 及 相 关 仪 器 的 使 用 是 实 验 命 题 最 频 繁 的 知 识 点 2 关 于 纸 带 问 题 中 的 “ 黄 金 命 题 热 点 ” 有 ： (1)纸 带 上 某 点 瞬 时 速 度 的 计算 ； (2)计 数 点 之 间 的 时 间 间 隔 的 计 算 ； (3)加 速 度 的 计 算 ； (4)创 新 拓 展 型实 验 3题型特点 (1)“ 常规实验题”：该小题命题立足教材，侧重考查完成实验的能力涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排、实验数据的处理、实验误差的分析 (2)“ 能力迁移题”：该命题立足迁移，侧重考查设计简单实验方案的能力突出实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移(图象法和平均值法)等 (3)“ 创新实验题”：“新”可以更加有效地考查学生分析问题的能力，区分度也很明显其实这类题依然是以实验基础为依据，只不过在新的背景、新的命题方式下进行考查 1.基 本 仪 器 的 读 数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) 测 量 结 果 (游 标 尺 上 第 n个 刻度 线 与 主 尺 上 的 某 刻 度 线 正齐 时 )/mm刻 度格 数 刻 度 总长 度 每 小 格与 1毫米 差 精 度 / mm10 9 0.1 0.1 主 尺 上 读 的 毫 米 数 0.1n20 19 0.05 0.05 主 尺 上 读 的 毫 米 数 0.05n50 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 ) 0.01 mm. 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0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为t0.025 s0.1 s. (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 典 例 1 某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率时： (1)用游标卡尺为20分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其长度为_ cm； (2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，由图可知其直径为_ mm. 解 析 (1)从题图甲可以看出，主尺读数为50 mm，游标尺的第3条刻度线和主尺上的一刻度线对齐，则读数应为50 mm0.053 mm50.15 mm5.015 cm； (2)由题图乙可以看出，螺旋测量器的固定刻度为4.5 mm，可动刻度读出刻度为20.0(或20.1)001 mm0.200 mm(或0.201 mm)，故圆柱体的直径为4.5 mm0.200 mm(或0.201 mm)4.700(或4.701 mm) 答 案 (1)5.015(2)4.700(或4.701) 游 标 卡 尺 和 螺 旋 测 微 器 读 数 时 应 注 意 的 问 题 1 10分 度 的 游 标 卡 尺 ， 以 mm为 单 位 ， 小 数 点 后 只 有 1位 ，20分 度 和 50分 度 的 游 标 卡 尺 以 mm为 单 位 ， 小 数 点 后 有 2位 ，且 对 齐 格 数 不 估 读 2 螺 旋 测 微 器 以 mm为 单 位 ， 小 数 点 后 必 须 有 3位 ， 对 齐 格数 要 估 读 ， 同 时 还 要 注 意 半 毫 米 刻 度 线 是 否 露 出 1有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标上有20个小的等分刻度用它测量一小球的直径，如下图甲所示的读数是_cm.用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是_mm. 2某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如下图(a)和(b)所示，长度为_cm，直径为_mm. 解 析 ：游标卡尺的精度为0.1 mm，所以L(5010.1)mm5.01 cm，螺旋测微器的读数为d(531.50.01) mm5.315 mm. 答 案 ： 5.015.315 2.纸 带 类 实 验 的 处 理 方 法打 点 计 时 器 及 纸 带 问 题 的 处 理 方 法1 打 点 计 时 器 的 认 识 和 正 确 使 用 (1)电 磁 打 点 计 时 器 工 作 电 压 为 低 压 交 流 4 6 V； 电 火 花 计 时 器 工作 电 压 为 交 流 220 V.(2)工 作 时 应 先 接 通 电 源 ， 后 释 放 纸 带 2纸 带 的 应 用 (1)判断物体运动性质 a若x0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动 b若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动 3用 “逐 差 法 ”求 加 速 度 如图所示 典 例 2 某同学用图甲的实验装置探究小车的加速度a与小车所受合力F及质量M的关系打点计时器所用交变电流的频率为50 Hz. (1)某次实验中得到的纸带如图乙所示，每两个点间还有四个计时点未画出则可求出小车的加速度大小为_ m/s2； (2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件 答 案 (1)0.51 (2)小 于 M m 1. “ 长木板、小车、纸带、打点计时器”体系在验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律的实验中都需要平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀速下滑(判断其匀速下滑的依据是，纸带上的点间距是一样的)2 测 定 动 摩 擦 因 数 实 验 的 关 键 点 ： 木 板 必 须 水 平 ， 细 线 必 须与 长 木 板 平 行 ， 这 样 才 能 使 压 力 等 于 木 块 的 重 力 ， 细 线 对 木 块 的 拉力 沿 水 平 方 向 3某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度 请完成以下主要实验步骤：按图(a)安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物_ _(填“靠近”或“远离”)计时器下端；_ _，_，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验 图(b)和(c)是实验获得的两条纸带，应选取_(填“b”或“c”)来计算重力加速度在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍 小 于 当 地 重 力 加 速 度 ， 主 要 原 因 是 空 气 阻 力 和_. 解 析 ：先接通电源，待打点稳定后释放纸带纸带与打点计时器间存在摩擦阻力 答 案 ： 靠近先接通电源待打点稳定后，释放纸带 b纸带与打点计时器间存在摩擦阻力 4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 _ (填 选 项 前 字 母 )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 (2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为_ m/s(保留三位有效数字)乙 3.“ 橡 皮 条 、 弹 簧 ” 类 实 验1 常 见 的 数 据 处 理 方 法(1)列 表 法 ： 直 接 从 表 格 数 据 中 得 到 弹 力 F与 伸 长 量 x的 比 值 是 一个 常 数 (2)图 象 法 ： 以 弹 力 F为 纵 坐 标 ， 弹 簧 的 伸 长 量 x为 横 坐 标 ， 根 据所 测 数 据 ， 在 坐 标 系 中 描 点 连 线 ， 可 得 到 一 条 过 原 点 的 直 线 作 图 象时 要 使 尽 可 能 多 的 点 在 一 条 直 线 上 ， 不 在 直 线 上 的 点 也 要 尽 可 能 对 称分 布 在 直 线 两 侧 ， 如 果 遇 到 个 别 偏 差 较 大 的 点 属 误 差 较 大 或 错 误 的 ，应 舍 去 如 果 横 坐 标 是 弹 簧 的 总 长 度 ， 则 画 出 的 F x关 系 图 象 不 过 原 点 但 是 F x图 象 中 倾 斜 直 线 的 斜 率 都 等 于 弹 簧 的 劲 度 系 数 (3)函数法：在误差允许范围内，可写出弹力与弹簧伸长量的函数关系式Fkx.实际解题中常与图象法配合使用，以得到函数式或对比实际关系式以计算物理量等 2弹 簧 测 力 计 的 读 数 先看清弹簧测力计的量程和分度值，然后再根据指针所指的位置(一定要看指针末端所指的位置)读出所测力的大小，若分度值为0.1，则读数时在精确度后加一估读数即可(即有两位小数)若分度值为0.2，则所读数值小数点后只能有一位小数 典 例 3 19(1)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验 图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_cm； 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_；(填选项前的字母) A逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_ 解 析 由图乙可读出此时弹簧的长度l214.66 cm，所以ll2l114.66 cm7.73 cm6.93 cm.A造成这种现象的主要原因是弹簧超过了弹性限度 答 案 6.93A超过弹簧的弹性限度 典 例 4某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 实验步骤： 将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向 F(N) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50l(cm) l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05图 甲 找 出 中 F 2.50 N时 橡 皮 筋 两 端 的 位 置 ， 重 新 标 记 为 O、 O，橡 皮 筋 的 拉 力 记 为 FO O. 图 乙 完成下列作图和填空： (1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_ cm. (2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_ N. (3)根据给出的标度，在框内做出FOA和FOB的合力F的图示 (4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论 解 析 (1)作出Fl图象，求得直线的截距为l0，可得l010.00 cm. 4.力 学 创 新 拓 展 实 验力 学 创 新 类 实 验 主 要 有 以 下 几 个 考 向1 实 验 器 材 的 等 效 替 换 也 是 高 考 创 新 实 验 设 计 的 主 要 思 路 之 一 ，从 近 几 年 的 高 考 命 题 来 看 ， 在 测 量 物 体 的 速 度 时 常 涉 及 实 验 器 材 的 等效 替 换 ， 如 利 用 光 电 门 替 代 纸 带 来 测 量 物 体 的 加 速 度 、 速 度 ， 还 有 利用 闪 光 照 相 机 等 替 代 打 点 计 时 器 2通过纸带求出小车的加速度，然后再利用牛顿第二定律求出小车与木板间的动摩擦因数，这是一种实验结论的外延，从近几年的力学实验来看，通过实验结论求动摩擦因数是实验设置的一个热点，且主要出现在两个地方，一是伴随着研究匀变速直线运动的实验出现，二是伴随着验证牛顿运动定律实验出现 3有一些实验题虽然在试题的情境上进行了创新，但其使用的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此，对于创新型实验的处理，最根本的还是要把其从新情境中抽出来，找出与常规实验的相同之处，然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理 用一质量不计的细绳两端分别连接一物块和一小球，使其跨过斜面体顶端的滑轮如图所示放置，使系统处于静止状态； 剪断细绳让物块和小球同时开始运动，经过一段时间，听到着地声和撞击声； 调节小球距离地面的高度，重复步骤直到同时听到着地声和撞击声为止； 用刻度尺测量出物块与挡板的间距为x、物块与挡板底端的高度差为h、小球的最低点与地面的间距为H. 根据以上的操作回答下列问题：(忽略空间阻力) (1)剪断细绳后物块与小球运动的加速度大小之比为_； (2)由以上条件写出物块与斜面体之间的动摩擦因数的表达式：_； (3)下面所述各项对本实验结果有影响的是_ A物块的质量较大 B小球的质量较大 C测量间距时没有正视刻度尺 D着地声和撞击声不同时 典 例 6 某实验中学的物理兴趣实验小组利用如图甲所示的实验装置验证系统的机械能守恒定律 将一气垫导轨倾斜地固定在水平桌面上，导轨的倾角为，在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在靠近滑轮的B处固定一光电门，将一质量为m的小球通过一质量不计的细线与一带有遮光板的总质量为M的滑块相连接现将带有遮光板的滑块由气垫导轨的A处由静止释放，通过计算机测出遮光板的挡光时间为t，用游标卡尺测出遮光板的宽度为b，用刻度尺测出A、B之间的距离为d.假设滑块在B处的瞬时速度等于挡光时间t内的平均速度 由以上的叙述回答下列问题：(1)若 游 标 卡 尺 的 读 数 如 图 乙 所 示 ， 则 遮 光 板 的 宽 度 为 _ mm； (2)滑 块 到 达 光 电 门 B处 的 瞬 时 速 度 v B为 _； (用 字 母 表 示 ) (3)如果该小组的同学测得气垫导轨的倾角30，在滑块由A点运动到B点的过程中，系统动能增加量Ek为_，系统重力势能减少量Ep为_，若在误差允许的范围内EkEp，则滑块与小球组成的系统机械能守恒重力加速度用g表示(以上结果均用字母表示) (4)在验证了机械能守恒定律后，该小组的同学多次改变A、B间的距离d，并作出了v2 d图象，如图丙所示，如果Mm，则g_ m/s2.