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,专题十二力学实验,-2-,-3-,知识脉络梳理,-4-,规律方法导引1.知识规律(1)误差和有效数字。系统误差:由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。误差总是偏大或偏小。系统误差不能用多次测量求平均值的方法消除或减小。偶然误差:由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的误差。其特点是多次重复做同一实验时误差总是时大时小。减小这种误差的方法是多次测量取其平均值。有效数字:带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一位不为零的数字算起。(2)长度的测量。毫米刻度尺的读数:精确到毫米,估读一位。游标卡尺的读数:测量值=主尺上的读数+mn(其中m为游标卡尺的精确度,n为游标尺上与主尺上某刻度线对齐的格数)。螺旋测微器的读数:测量值=固定刻度+可动刻度(估读一位)0.01mm。,-5-,-6-,-7-,-8-,利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法若相邻两计数点之间的距离满足x=x2-x1=x3-x2=xn-xn-1=aT2(恒量),说明物体做匀变速直线运动。2.思想方法(1)物理思想:等效替代思想、控制变量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制变量法、逐差法、平均值法、图象法。,游标卡尺和螺旋测微器读数主要以填空的形式直接考查游标卡尺和螺旋测微器的读数。例1(1)某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径,新式卡尺将主尺上39mm在游标尺上均分成20等份。如图甲所示,则小钢球的直径为d=cm。(2)该同学又用螺旋测微器测量某电阻丝的直径,示数如图乙所示,则该金属丝的直径为mm。,-9-,命题一,命题二,命题三,甲,乙,答案,解析,-10-,思维导引,命题一,命题二,命题三,-11-,命题一,命题二,命题三,-12-,3.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。,命题一,命题二,命题三,-13-,拓展训练1某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为cm和mm。,甲,乙,答案,解析,命题一,命题二,命题三,-14-,纸带类实验的处理方法主要考查利用处理纸带的思想来解决实际问题。例2研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图甲所示,其中斜面倾角可调。打点计时器的工作频率为50Hz。纸带上计数点的间距如图乙所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。(1)部分实验步骤如下:A.测量完毕,关闭电源,取出纸带。B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车。C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连。D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔。上述实验步骤的正确顺序是(用字母填写)。(2)图乙中标出的相邻两计数点间的时间间隔T=s。(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5=。(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a=。,甲,乙,命题一,命题二,命题三,答案,解析,-15-,思维导引,命题一,命题二,命题三,-16-,例3(2015北京海淀高三统考)甲、乙两位同学在“验证牛顿第二定律”实验中,使用了如图所示的实验装置。(1)实验时他们先调整垫木的位置,使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动,这样做的目的是。,命题一,命题二,命题三,-17-,(2)此后,甲同学把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂若干配重片。在小车质量一定的情况下,多次改变配重片数量,每改变一次就释放一次小车,利用打点计时器打出记录小车运动情况的多条纸带。下图是其中一条纸带的一部分,O、A、B、C为4个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。通过对纸带的测量,可知小车运动过程中的加速度大小为m/s2(保留两位有效数字)。,命题一,命题二,命题三,-18-,(3)根据多条纸带的数据,甲同学绘制了小车加速度与小车所受拉力(测量出配重的重力作为小车所受拉力大小)的a-F图象,如图所示。由图象可知。(选填选项前的字母)A.当小车质量一定时,其加速度与所受合外力成正比B.当小车所受合外力一定时,其加速度与质量成反比C.小车的质量约等于0.3kgD.小车的质量约等于3.3kg,命题一,命题二,命题三,-19-,(4)乙同学在实验时,因配重片数量不足改用5个质量为20g的钩码进行实验。他首先将钩码全部挂上,用打点计时器打出记录小车运动情况的纸带,并计算出小车运动的加速度;之后每次将悬挂的钩码取下一个并固定在小车上,重复多次实验,且每次实验前均调整垫木的位置,使小车不挂配重时能在倾斜的长木板上做匀速直线运动。若根据测得的数据,绘制出小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线。关于这一图线下列说法错误的是。(选填选项前的字母)A.可由该图线计算出小车和5个钩码质量之和B.只有当小车质量远大于悬挂钩码的质量时,该图线才是一条直线C.无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量,该图线都是一条直线,命题一,命题二,命题三,-20-,命题一,命题二,命题三,-21-,命题一,命题二,命题三,(4)对整个系统来说,系统的总质量保持不变,总等于5个砝码的质量与小车质量的和,故根据小车加速度与悬挂的钩码所受重力的关系图线,也就是a-F图线斜率的倒数可求得小车和5个钩码质量之和,选项A正确;因对系统进行研究且保持系统的总质量不变,故砝码的重力总等于系统的牵引力,故无论小车质量是否远大于悬挂钩码的质量,该图线都是一条直线,选项C正确,B错误。,-22-,思维导引,命题一,命题二,命题三,-23-,命题一,命题二,命题三,例4(2015湖南长望浏宁四县调研)如图甲所示的装置,可用于探究恒力做功与速度变化的关系。水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验首先保持轨道水平,通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力,再进行后面的操作,并在实验中获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量M,平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0,挡光板的宽度d,光电门1和2的中心距离s。,甲,-24-,命题一,命题二,命题三,乙,(1)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量(选填“需要”或“不需要”)。(2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d,如图乙所示,d=mm。(3)某次实验过程:力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则对该小车实验要验证的表达式是。,答案,解析,-25-,命题一,命题二,命题三,思维导引,-26-,命题一,命题二,命题三,例5(2015江苏扬州统考)某实验小组利用如图所示的装置进行实验,钩码A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,钩码质量均为M,在A的上面套一个比它大一点的环形金属块C,在距地面h1处有一宽度略比A大一点的狭缝,钩码A能通过狭缝,环形金属块C不能通过。开始时A距离狭缝的高度为h2,放手后,A、B、C从静止开始运动。,(1)利用计时仪器测得钩码A通过狭缝后到落地用时t1,则钩码A通过狭缝的速度为(用题中字母表示)。(2)若通过此装置验证机械能守恒定律,还需测出环形金属块C的质量m,当地重力加速度为g。若系统的机械能守恒,则需满足的等式为(用题中字母表示)。(3)为减小测量时间的误差,有同学提出如下方案:实验时调节h1=h2=h,测出钩码A从释放到落地的总时间t,来计算钩码A通过狭缝的速度,你认为可行吗?若可行,写出钩码A通过狭缝时的速度表达式;若不可行,请简要说明理由。、。,答案,解析,-27-,命题一,命题二,命题三,思维导引,-28-,命题一,命题二,命题三,规律方法纸带类问题是力学实验中出现率最高的内容,多以教材实验为蓝本进行升级变形,从整体角度看,力学中的四个打点描迹类实验都存在共性,因此在某种程度上可以做到“一个装置多种用途”的效果。从测定物理量角度看,可以以最基本的实验逐渐升华到探究测量多个物理量的效果,创新的流程主要如下。在计算中还涉及有效数字,所以审题要严谨细心。,-29-,命题一,命题二,命题三,拓展训练2(2015全国理综)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50Hz,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,图(a),图(b),答案,解析,-30-,命题一,命题二,命题三,“橡皮条、弹簧类”实验的处理方法主要考查胡克定律以及力的平行四边形定则。例6(2015福建理综)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。(1)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7.73cm;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;(2)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(3)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。,答案,解析,-31-,思维导引,命题一,命题二,命题三,-32-,例7小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示,O点为橡皮条被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮条时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮条被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮条拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮条弹性的影响。实验装置如图乙所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮条的上端固定于O点,下端N挂一重物,用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。,命题一,命题二,命题三,-33-,两次实验记录的轨迹如图丙所示,过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮条分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为。,甲,乙,丙,命题一,命题二,命题三,-34-,C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮条第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮条两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。,命题一,命题二,命题三,(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些?(填写选项前的字母)()A.橡皮条的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮条第2次的长度较长,-35-,命题一,命题二,命题三,-36-,命题一,命题二,命题三,-37-,命题一,命题二,命题三,-38-,思维导引,命题一,命题二,命题三,-39-,规律方法验证力的平行四边形定则操作注意事项用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)。,命题一,命题二,命题三,-40-,拓展训练3在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图甲所示连接起来进行探究。(1)某次测量如图乙所示,指针示数为cm。(2)在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数LA和LB如下表。用表内数据计算弹簧的劲度系数为N/m(重力加速度g取10m/s2)。由表内数据(选填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲度系数。,甲,乙,命题一,命题二,命题三,答案,解析,-41-,1.在“测金属的电阻率”的实验中,分别用游标卡尺和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和横截面的直径如图所示。则该圆柱体的长度为mm,横截面的直径为mm。,答案,解析,1,2,3,4,-42-,2.如图甲为验证动能定理的实验装置。钩码的质量为m,小车的质量m车=300g。实验中用钩码重力的大小作为细绳对小车拉力的大小。实验主要过程如下:安装实验装置;分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度;计算小车的动能增量和对应细绳拉力做的功,判断两者是否相等。(1)以下关于该实验的说法中正确的是。A.调整滑轮高度使细绳与木板平行B.为消除阻力的影响,应使木板右端适当倾斜C.在质量为10g、50g、80g的三种钩码中,挑选质量为80g的钩码挂在挂钩P上最为合理D.先释放小车,然后接通电源,打出一条纸带,甲,1,2,3,4,-43-,(2)在多次重复实验得到的纸带中选择点迹清晰的一条,测量如图乙所示,打点周期为T,当地重力加速度为g。用题中的有关字母写出验证动能定理的表达式为。(3)写出两条引起实验误差的原因:,乙,1,2,3,4,答案,解析,-44-,3.(2015安徽理综)在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上,将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面上某一位置,如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整:(1)用铅笔描下结点位置,记为O;(2)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;(3)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F3,1,2,3,4,-45-,4)按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F3;(5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;(6)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。,答案,解析,1,2,3,4,-46-,1,2,3,4,4.(2015江苏盐城二模)某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。(1)实验时,必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。该同学是这样操作的:如图乙,将小车静止地放在水平长木板上,并连着已穿过打点计时器的纸带,调整木板右端的高度,接通电源,用手轻拨小车,让打点计时器在纸带上打出一系列的点,说明小车在做运动。,-47-,1,2,3,4,答案,解析,-48-,怎样得高分,力学创新实验分析技巧【典例示范】用如图所示实验装置测量滑块A与木板间的动摩擦因数。长木板水平固定,细线跨过定滑轮与滑块A、重锤B相连。将细线拉直,测出B离地面的高度h,将重锤从h高处静止释放,B落地后,测出A在木板上滑动的距离x;改变B释放高度重复实验,实验数据如表所示。(1)若测得A的质量mA=3kg,B的质量mB=1kg,A和B间细线的长度l0=112.0cm,木板的长度l=98.0cm,要达到实验目的,以上四个量中没有必要测量的是(用物理量的符号表示)。,-49-,怎样得高分,(2)作出x随h变化的图象。(3)由图象并结合(1)中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为。,-50-,怎样得高分,-51-,怎样得高分,-52-,怎样得高分,思维导引,-53-,怎样得高分,以题说法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。,-54-,怎样得高分,针对训练(2015江西八所重点中学联考)为了探究质量一定时加速度与力的关系,一同学设计了如图所示的实验装置。其中m0为带滑轮的小车的质量,m为砂和砂桶的质量。(滑轮质量不计)(1)实验时,一定要进行的操作是。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量,打出几条纸带E.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量m0,-55-,怎样得高分,答案,解析,
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