力学实验中常考的4个问题.ppt

第10讲 力学实验中常考的4个问题,一、误差和有效数字 1误差,2.有效数字 从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字,二、测量性实验 1包括：用游标卡尺和螺旋测微器测量长度，练习使用打点计时器 2(1)游标卡尺的读数方法：d主尺读数(mm)精度游标尺上对齐刻线数值(mm) (2)螺旋测微器的读数方法： 测量值固定刻度可动刻度0.01 mm估读值 注意要估读到0.001 mm.,图5101,三、验证性实验 1包括：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验证性实验的两种方法 (1)对于现象直观明显或者只需讨论的验证性实验问题，常常通过观察分析进行证实； (2)对有测量数值且实验要求根据数据分析验证结果的，一般要进行分析归纳，通过作图、计算、测量进行比较验证,四、探究性实验 1包括：探究弹力和弹簧伸长的关系，探究动能定理 2探究性实验与验证性实验的区别 探究性实验，在实验前并不知道满足什么规律，所以在坐标纸中描点后所做的曲线是试探性的，只有在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来拟合这些点而验证性实验，在坐标纸上描点后所作图线的根据就是所验证的规律.,常考问题一 测量性实验(游标卡尺和螺旋测微器的读数),2游标卡尺的读数,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. 4关于估读问题：游标卡尺不需要估读；毫米刻度尺、螺旋测微器需要估读,【典例1】 (2012新课标全国卷，22)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5102(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. 图5102,解析 题图(a)的读数为1.00.01 mm0.010 mm.题图(b)的读数为6.5 mm37.00.01 mm6.870 mm，故金属板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm. 答案 0.010 6.870 6.860,【典例2】 2013山东卷，21(1)图5103甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的_(填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为_mm.,图5103,解析 游标卡尺测量钢笔帽的内径时，使用内测脚，故填“A”，该游标卡尺的最小分度为0.05 mm，游标尺的第6个刻度线与主尺上的某刻线对齐，所以读数为11 mm0.05 mm611.30 mm. 答案 A 11.30(11.25或11.35),【预测1】 图5104甲中游标卡尺的读数是_ cm，图乙中螺旋测微器的读数是_ mm. 图5104 答案 2.98 5.680(5.6795.681均对),【预测2】 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5105甲所示，由图可知其长度为_cm； 图5105 (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，螺旋测微器的固定刻度为4.5 mm，可动刻度读出刻度为20.0(或20.1)0.01 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 mm(或4.701 mm) 答案 (1)5.015 (2)4.700(或4.701),常考问题二 验证性实验 命题特点 新课标全国考试说明要求的力学验证性实验有“验证力的平行四边形定则”、“验证牛顿第二定律”和“验证机械能守恒定律”，考查重点是实验器材选择，完成实验步骤填空和分析实验数据,应考必备 理解实验原理，弄清楚要验证的内容“验证力的平行四边形定则”就是验证两拉力依据平行四边形定则作出的合力与同两力有同样效果的一个力是否相等，进而理解为什么两次结点O的位置不变，为什么要记录弹簧测力计示数大小与细绳套方向 “验证牛顿第二定律”就是测量物体受的合外力、物体的质量和加速度，验证合外力与质量、加速度的乘积是否相同那么，合外力如何测量？质量和加速度又如何测量？要用到哪些工具？,“验证机械能守恒定律”就是让物体自由下落，测出物体下落的高度和物体的速度，计算出物体重力势能的减少量与动能增加量，看二者是否相等怎样测量高度和速度？用到哪些工具？操作中有哪些注意事项？为什么Ep总略大于Ek?,【典例3】 现要通过实验验证机械能守恒定律实验装置如图5106所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上的B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t.,图5106,用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度用g表示重力加速度完成下列填空和作图：,(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下 滑，测量相应的x与t值结果如下表所示：,图5107,(2)描点及作直线见图,【预测3】 (1)某实验小组用如图5108所示的装置验证“力的平行四边形定则”将弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的挂钩处系一细线，把细线的另一端系在A下端细线上的O点手持B水平向左拉，使O点缓慢地向左移动，保持B的拉力方向不变不计弹簧测力计重力，拉力不超出量程，则A、B的示数FA、FB的变化情况是_,图5108,AFA、FB均变大，其合力大小和方向都不变 BFA、FB均变大，其合力大小和方向都改变 CFA变大，FB变小，其合力大小不变，方向改变 DFA、FB的合力大小改变，方向不变,(2)另一实验小组的甲、乙、丙三位同学做此实验，所用弹簧测力计的量程为05 N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，此时细绳都与平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小 甲同学F1和F2的方向互相垂直，F13.0 N、F23.8 N；乙同学F1和F2方向间的夹角约为30，F1F24.0 N；丙同学F1和F2方向间的夹角约为120，F1F24.0 N这三位同学中操作不合适的是_(填“甲”、“乙”或“丙”),解析 (1)当O点缓慢地向左移动时，合力大小和方向都不变，利用图解法可以判断FA、FB均变大，选项A正确 (2)因为乙的两个力的合力超过了测力计刻度的最大值5 N，再用一个弹簧测力计拉时超出其量程 答案 (1)A (2)乙,【预测4】 为了用实验“验证牛顿第二定律”，现提供如图5109所示的实验装置请回答下列问题： 图5109,(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是 _； A将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 C将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上,(2)在实验中，得到一条打点的纸带，如图51010所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则小车加速度的表示式为a_； 图51010,(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，研究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图51011所示图线_是在轨道倾斜情况下得到的(选填“”或“”)；小车及车中的砝码总质量m_ kg.,图51011,解析 (1)为平衡滑动摩擦力，应使小车重力沿斜面的分力与滑动摩擦力相等，此时不能连接钩码，所以选C.(2)计算加速度可由逐差法得到三个加速度再取平均值，此时误差较小(3)轨道倾斜太大，即使没有钩码拉小车也将加速下滑，因此图线为轨道倾斜情况下得到的由图线可得mgsin Ffma0，F1mgsin Ffma1，可得质量为0.5 kg.,常考问题三 探究性实验 命题特点 新课标全国考试说明要求的力学探究性实验有：探究加速度与力、质量的关系(也可以为“验证牛顿第二定律”)，探究弹力与弹簧伸长的关系和探究功与物体速度变化的关系近四年新课标全国卷没有对这几个实验进行考查，但自主命题省份高考题中多次出现，如2011年浙江卷21题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，2012年广东卷34(2)题考查“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验，2013新课标全国卷22题考查“探究弹性势能” 考查的重点是实验器材选择、实验注意事项和用作图法处理数据,应考必备 探究性实验的重点不是为了求得某个物理量的值，而在于它的探索性“研究匀变速直线运动”重点是学会使用打点计时器，学会研究分析纸带的方法“探究弹力与弹簧伸长的关系”重点是学会用列表法、图象法分析实验数据，探索物理量间的关系“探究功和物体速度变化的关系”重点掌握本实验的原理，如功的计算，纸带测量位置的选择，学会对实验数据的研究分析方法，分析Wv，Wv2，Wv3的关系，最终确定W与v2成正比,【典例4】 (2013新课标全国卷，22)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51012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51012,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x 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51013中的直线是实验测量得到的sx图线从理论上可推出，如果h不变m增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)：如果m不变，h增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)由图中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与x的_次方成正比,图51013,【预测5】 某组同学在做探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，采用了如图51014装置，小车和车中砝码的总质量用M表示，砂和砂桶的总质量用m表示 图51014,(1)现有下列器材：电火花计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、砂桶、砂子、细线、秒表、导线、砝码、刻度尺其中不需要的器材是_，还需要的器材是_,(2)在做实验过程中，以下做法正确的是_ A平衡摩擦力时，应把砂桶用细线通过定滑轮系于小车上 B砂和砂桶质量m一定时，改变小车(含砝码)质量M，都需重新平衡摩擦力 C实验中，要求砂和砂桶质量m远小于小车(含砝码)质量M D在探究外力一定，加速度与质量关系时，应该改变砂桶与砂的质量m,解析 (1)根据该实验的原理和所给实验器材可知不需要的器材是秒表，还需要的器材是天平(测量小车和车中砝码的总质量、砂和砂桶的总质量)(2)平衡摩擦力时不应把砂桶用细线通过定滑轮系于小车上，且只要不改变长木板的倾角都不需要重新平衡摩擦力，故A、B选项错误；对系统而言，根据牛顿第二定律可得，(mM)amg，当Mm时，对小车(含砝码)才有Mamg，故C选项正确；根据控制变量法可知，当探究外力一定，加速度与质量的关系时，应改变小车(含砝码)的质量，而不是改变砂和砂桶的质量，故D选项错误 答案 (1)秒表 天平 (2)C,图51015,同学们设计了以下表格来记录实验数据，其中L1、L2、L3、L4代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4表示物体每次通过Q点的速度,他们根据实验数据绘制了如图乙所示的Lv图象，并得出结论Wv2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？ _ (2)在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小_(填“会”或“不会”)影响探究结果,解析 (1)采用表格方法记录数据绘制的Lv图象是曲线，不能得出结论Wv2.为了更直观地看出L和v的变化关系，应该绘制Lv2图象 (2)重力和摩擦力的总功W也与距离L成正比，因此不会影响探究的结果 答案 (1)不合适，应进一步绘制Lv2图象 (2)不会,常考问题四 创新拓展型实验 命题特点 近几年高考中力学创新型实验的命题几率明显增加，2011年新课标全国卷中运用光电门研究匀变速直线运动，2012年海南卷、浙江卷、山东卷和江苏卷力学实验均为创新型实验有的是全新的实验，有的是课本实验的创新改造，试题的特点是一般都给定实验方案和实验器材，要求学生 (1)补全该实验的操作过程及所需要测量的物理量 (2)处理实验数据,应考必备 (1)要完成好创新拓展实验，必须掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理 (2)实验过程的研究应以减小实验误差和不造成错误为主要依据应在明确实验原理的基础上进行实验数据处理，往往需要先根据物理规律推导出物理量间的关系式，通过图象与函数处理数据,【典例5】 (2013江苏卷，11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图51016所示倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落.这样，就可测出多个小球下落的总时间,图51016,(1)在实验中，下列做法正确的有_ A电路中的电源只能选用交流电源 B实验前应将M调整到电磁铁的正下方 C用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度 D手动敲击M的同时按下秒表开始计时,(2)实验测得小球下落的高度H1.980 m,10个小球下落的总时间T6.5 s可求出重力加速度g_m/s2.(结果保留两位有效数字) (3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法 (4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间t磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差t，这导致实验误差为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除t对实验结果的影响？请推导说明,【预测7】 某学习小组利用自行车的运动“探究阻力做功与速度变化的关系”人骑自行车在平直的路面上运动，当人停止蹬车后，由于受到阻力作用，自行车的速度会逐渐减小至零，如图51017所示在此过程中，阻力做功使自行车的速度发生变化设自行车无动力后受到的阻力恒定 (1)在实验中使自行车在平直的公路上获得某一速度后停止蹬车，需要测出人停止蹬车后自行车向前滑行的距离s，为了计算自行车的初速度v，还需要测量_(填写物理量的名称及符号),(2)设自行车受到的阻力恒为f，计算出阻力做的功W及自行车的初速度v.改变人停止蹬车时自行车的速度，重复实验，可以得到多组测量值以阻力对自行车做功的大小为纵坐标，自行车初速度为横坐标，作出Wv曲线分析这条曲线，就可以得到阻力做的功与自行车速度变化的定性关系在实验中作出Wv图象如图所示，其中符合实际情况的是_ 图51017,【预测8】 如图51018所示，利用打点计时器测量小车沿斜面下滑时所受阻力，小车在斜面上下滑时打出的一段纸带如图51019所示，其中O为小车开始运动时打出的点设在斜面上运动时所受阻力恒定,图51018,图51019 (1)已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，由纸带数据分析可知小车下滑的加速度a_ m/s2，打E点时小车速度vE_ m/s(均取2位有效数字),(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，可运用牛顿运动定律或动能定理求解，在这两种方案中除知道小车下滑的加速度a、打E点时速度vE、小车质量m、重力加速度g外，利用米尺、三角板还需要测量哪些物理量，列出阻力的表达式 方案一：需要测量的物理量_， 阻力的表达式(用字母表示)_； 方案二：需要测量的物理量_， 阻力的表达式(用字母表示)_,