高考物理 考前三个月 第1部分 专题11 力学实验课件.ppt

专题11力学实验 1 2015 新课标全国 22 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R 0 20m 真题示例 图1 完成下列填空 1 将凹形桥模拟器静置于托盘秤上 如图1 a 所示 托盘秤的示数为1 00kg 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 解析由题图 b 可知托盘称量程为10kg 指针所指的示数为1 40kg 1 40 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 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 80m s2 计算结果保留2位有效数字 7 9 1 4 2 2015 江苏单科 11 某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律 实验装置如图2所示 打点计时器的电源为50Hz的交流电 图2 1 下列实验操作中 不正确的有 A 将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B 纸带穿过限位孔 压在复写纸下面C 用手捏紧磁铁保持静止 然后轻轻地松开让磁铁下落D 在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 解析在实验时 应用手捏住纸带上端 保持静止 再接通电源 让打点计时器工作 然后迅速释放纸带 故做法不对的是C D CD 2 该同学按正确的步骤进行实验 记为 实验 将磁铁从管口处释放 打出一条纸带 取开始下落的一段 确定一合适的点为O点 每隔一个计时点取一个计数点 标为1 2 8 用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离 记录在纸带上 如图3所示 图3 计算相邻计时点间的平均速度v 粗略地表示各计数点的速度 抄入下表 请将表中的数据补充完整 答案39 0 3 分析上表的实验数据可知 在这段纸带记录的时间内 磁铁运动速度的变化情况是 磁铁受到阻尼作用的变化情况是 解析由纸带上的测量数据可知 磁铁下落的速度逐渐增大 最后匀速下落 所受阻力逐渐增大到大小等于重力 逐渐增大到39 8cm s且增加 的越来越慢 逐渐增大到 等于重力 4 该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管 重复上述实验操作 记为 实验 结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同 请问实验 是为了说明什么 对比实验 和 的结果可得到什么结论 解析实验结果表明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用 而磁铁在铜管中下落时受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用 答案为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用 磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用 3 2015 山东理综 21 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 如图4所示 将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上 另一端用圆珠笔尖竖直向下拉 直到弹簧秤示数为某一设定值时 将橡皮筋两端的位置标记为O1 O2 记录弹簧秤的示数F 测量并记录O1 O2间的距离 即橡皮筋的长度l 每次将弹簧秤示数改变0 50N 测出所对应的l 部分数据如下表所示 图4 找出 中F 2 50N时橡皮筋两端的位置 重新标记为O O 橡皮筋的拉力记为FOO 在秤钩上涂抹少许润滑油 将橡皮筋搭在秤钩上 如图5所示 用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端 使秤钩的下端达到O点 将两笔尖的位置标记为A B 橡皮筋OA段的拉力记为FOA OB段的拉力记为FOB 图5 完成下列作图和填空 1 利用表中数据在如图6坐标纸上画出F l图线 根据图线求得l0 cm 图6 解析做出F l图象 如图甲所示 求得直线的截距即为l0 可得l0 10 0cm 答案见解析图甲10 0 9 8 9 9 10 1均正确 2 测得OA 6 00cm OB 7 60cm 则FOA的大小为 N 解析可计算橡皮筋的劲度系数 若OA 6 00cm OB 7 60cm 则橡皮筋的弹力为F k x 50 6 00 7 60 10 00 10 2N 1 80N则此时FOA F 1 80N 1 80 1 70 1 90均正确 3 根据给出的标度 在图7中作出FOA和FOB的合力F 的图示 图7 解析FOB FOA 1 80N 两力的合力F 如图乙所示 4 通过比较F 与 的大小和方向 即可得出实验结论 解析FOO 的作用效果和FOA FOB两个力的作用效果相同 F 是FOA FOB两个力的合力 所以通过比较F 和FOO 的大小和方向 可得出实验结论 FOO 1 题型特点高考中常涉及的力学实验有 探究速度随时间的变化规律 探究力的平行四边形定则 探究加速度与物体质量 物体受力的关系和验证机械能守恒定律 考纲解读 2 命题趋势近几年力学实验中与纸带处理相关的实验 力学创新实验是高考的热点内容 以分组或演示实验为背景 考查对实验方法的领悟情况 灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势 要求考生掌握常规实验的数据处理方法 能将课本中分组实验和演示实验的实验原理 实验方法迁移到新的背景中 深刻理解物理概念和规律 并能灵活运用 要求考生有较强的创新能力 内容索引 考题一 纸带类 实验 考题二 橡皮条 弹簧 类实验 考题三力学创新拓展实验 专题综合练 考题一 纸带类 实验 1 验证机械能守恒定律实验装置如图8甲所示 某小组完成了一系列实验操作后 得到了一条纸带如图乙所示 选取纸带上某个清晰的点标为O 然后每两个打点取一个计数点 分别标为1 2 3 4 5 6 用刻度尺量出计数点1 2 3 4 5 6与O点的距离分别为h1 h2 h3 h4 h5 h6 图8 1 已知打点计时器的打点周期为T 可求出打各个计数点时对应的速度分别为v1 v2 v3 v4 v5 其中v5的计算式为v5 2 若重锤的质量为m 取打点O时重锤所在水平面为参考平面 分别算出打各个计数点时对应重锤的势能Epi和动能Eki 则打计数点3时对应重锤的势能Ep3 接着在E h坐标系中描点作出如图丙所示的Ek h和Ep h图线 求得Ep h图线斜率的绝对值为k1 Ek h图线斜率为k2 则k1与k2满足 关系时重锤机械能守恒 解析取打点O时重锤所在水平面为参考平面 那么3点处 对应重锤的势能Ep3 mgh3 根据图象可知 每一段对应的重力势能减小量和动能增加量相等 那么机械能守恒 即图线的斜率相同 因此k1 k2 答案 mgh3k1 k2 3 关于上述实验 下列说法中正确的是 A 实验中可用干电池作为电源B 为了减少阻力的影响 重锤的密度和质量应该适当大些C 若纸带上打出的点被拉长为短线 应适当调高电源电压D 图丙Ek h图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的初动能 解析实验中打点计时器不可用干电池作为电源 故A错误 为了减小阻力的影响 重锤的密度和质量应该适当大些 故B正确 若纸带上打出的点被拉长为短线 说明打点时间过长 频率太高 因此应适当调低电源电压 故C错误 图丙Ek h图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的初动能 故D正确 答案BD 4 关于该实验操作 你还能提出哪些注意事项 写出1条 解析关于该实验操作 仍要注意的事项有 重锤从靠近打点计时器处释放 或调节打点计时器限位孔在同一竖直线上 重锤从靠近打点计时器处释放 或调节打点计时器限位孔在同一竖直线上 2 在 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 实验中 某同学在某次实验时释放小车的瞬间装置状态如图9甲 图9 1 则操作中有待改进的是 解析操作中有待改进的是 小车离计时器太远 需平衡摩擦力 小车离计时器太远 需平衡摩擦力 2 如图乙为改进实验操作后某次实验打下的纸带数据 相邻两计数点间距如图所示 则该次实验测得小车加速度为 m s2 保留3位有效数字 解析根据 x aT2 运用逐差法得 2 76m s2 2 76 3 若均使用同一规格钩码以改变小车总质量和悬挂重物的总重力 某同学得到多次运动中对应加速度 实验数据如表格所示 请选择一组数据用来研究加速度与力关系 并在图10坐标纸上作出相应图线 图10 作图要求 完善坐标物理量及合理的物理量标度 在坐标纸上标出所选数据 完成图线并标出数据坐标值 解析 横坐标物理量 用N 个 或F 个 均可 纵坐标用a表示 答案横坐标物理量 用N 个 或F 个 均可 图线如下甲 乙两种均对 就你所选实验数据得到的结论做出评价 解析甲图 平衡摩擦力可能不到位 悬挂钩码质量数较多时图线非线性 误差较大 加速度与合外力不成正比 乙图 误差允许范围内加速度与合外力成正比 未完全平衡摩擦力 答案甲图 平衡摩擦力可能不到位 悬挂钩码质量数较多时图线非线性 误差较大 加速度与合外力不成正比 乙图 误差允许范围内加速度与合外力成正比 未完全平衡摩擦力 1 由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系 为便于测量和计算 一般每五个点取一个计数点 这样时间间隔为 t 0 02 5s 0 1s 方法小结 图11 图12 3 一同学用电子秤 水壶 细线 墙钉和贴在墙上的白纸等物品 在家中探究力的平行四边形定则 考题二 橡皮条 弹簧 类实验 图13 1 如图13 a 在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶 记下水壶 时电子秤的示数F 解析要测量装满水的水壶的重力 则记下水壶静止时电子秤的示数F 静止 2 如图 b 将三细线L1 L2 L3的一端打结 另一端分别拴在电子秤的挂钩 墙钉A和水壶杯带上 水平拉开细线L1 在白纸上记下结点O的位置 和电子秤的示数F1 解析要画出平行四边形 则需要记录分力的大小和方向 所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1 三细线的方向 3 如图 c 将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上 并将L1拴在其上 手握电子秤沿着 2 中L2的方向拉开细线L2 使 和三根细线的方向与 2 中重合 记录电子秤的示数F2 解析已经记录了一个分力的大小 还要记录另一个分力的大小 则结点O点位置不能变化 力的方向也都不能变化 所以应使结点O的位置和三根细线的方向与 2 中重合 记录电子秤的示数F2 结点O的位置 4 在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F F1 F2的图示 根据平行四边形定则作出F1 F2的合力F 的图示 若 则平行四边形定则得到探究 解析根据平行四边形定则作出F1 F2的合力F 的图示 若F和F 在误差允许范围内重合 则平行四边形定则得到探究 F和F 在误差允许范围内重合 1 误差与有效数字 1 误差 知识小结 2 有效数字 定义 带有一位不可靠数字的近似数据 有效数字的最后一位是测量者估读出来的 是误差的来源 有效数字的位数 从数字左边第一个不为零的数字算起 如0 0125为三位有效数字 2 用图象法处理数据的五个要求 1 作图一定要作坐标纸 坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定 2 要标明轴名 单位 在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值 3 图上的连线不一定通过所有的数据点 应尽量使数据点合理地分布在线的两侧 4 作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化 即 变曲为直 5 有些时候 为了使坐标有效使用范围增大 坐标原点可以不从 0 开始 4 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14所示的实验装置 其中M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 考题三力学创新拓展实验 图14 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M 解析本题拉力可以由弹簧测力计测出 不需要用天平测出砂和砂桶的质量 也就不需要使砂桶和砂的质量远小于小车的总质量 故A E错误 该题是用弹簧测力计测出拉力 从而表示小车受到的合外力 故需要将带滑轮的长木板右端垫高 以平衡摩擦力 故B正确 打点计时器运用时 都是先接通电源 待打点稳定后再释放小车 该实验探究加速度与力和质量的关系 要记录弹簧测力计的示数 故C正确 D 改变砂和砂桶质量 即改变拉力的大小 打出几条纸带 研究加速度随F变化关系 故D正确 故选 B C D 答案BCD 2 该同学在实验中得到如图15所示的一条纸带 两相邻计数点间还有两个点没有画出 已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电 根据纸带可求出小车的加速度为 m s2 结果保留两位有效数字 图15 解析由于两计数点间还有两个点没有画出 故两计数点间的周期为0 06s 由 x aT2可得 答案1 3 3 以弹簧测力计的示数F为横坐标 加速度a为纵坐标 画出的a F图象是一条直线 图线与横坐标的夹角为 求得图线的斜率为k 则小车的质量为 答案D 5 一块质量分布均匀的长方形木板 以中线为界 对比观察左右两部分 发现粗糙程度可能不一样 为此 物理学习小组的同学分别采用了以下几种方法进行研究 方法一 左右手分别戴上相同质地的手套 木板水平对称地放在左右手上 现左手向左 右手向右 使两手距离快速增大 发现木板向右移动 则可判断手套与木板间动摩擦因数较大的一侧是 选填 右侧 或 左侧 解析对木板进行受力分析可知 木板在水平方向受到两个摩擦力的作用 由于木板向右运动 说明木板受到的向右的摩擦力大于向左的摩擦力 所以手套与木板间动摩擦因数较大的一侧是右侧 答案右侧 方法二 把木板倾斜一定角度形成斜面 让一小木块从顶端由静止开始下滑到中线 用秒表测出时间为t1 再将小木块从中线由静止开始下滑到底端 测出时间为t2 发现t1 t2 则可判断小木块与木板间动摩擦因数较大的一侧是 选填 上侧 或 下侧 下侧 方法三 把木板倾斜一定角度形成斜面 让一小木块从顶端由静止下滑到底端 用秒表测出时间为t1 把木板上 下两端颠倒放置 形成相同角度的斜面 再将小木块从顶端由静止下滑到底端 测出时间为t2 发现t1 t2 则可判断颠倒放置后小木块与木板间动摩擦因数较大的一侧是 选填 上侧 或 下侧 比较方法二和方法三的时间测量 你认为比较精确的是 选填 方法二 或 方法三 解析同 2 分析下侧动摩擦因数较大 方法二的时间差比较大 应该是方法二比较精确 答案下侧方法二 方法四 如图16 把木板倾斜成一定角度形成斜面 拍摄小木块从上往下运动的频闪照片 各段数据如下 x1 10 76cm x2 15 05cm x3 25 96cm x4 29 27cm 则可判断小木块与木板间动摩擦因数较大的一侧是 选填 上侧 或 下侧 图16 解析根据匀变速直线运动的特点可知 连续相等时间内的位移差是常数 即 x at2 由于频闪照片的时间间隔是相等的 所以加速度的大小与相邻时间内的位移差成正比 可知加速度比较小的下侧的动摩擦因数比较大 答案下侧 1 力学创新型实验的特点 1 以基本的力学模型为载体 依托运动学规律和力学定律设计实验 2 将实验的基本方法 控制变量法 处理数据的基本方法 图象法 逐差法 融入到实验的综合分析之中 方法小结 2 创新实验题的解法 1 根据题目情境 提取相应的力学模型 明确实验的理论依据和实验目的 设计实验方案 2 进行实验 记录数据 应用原理公式或图象法处理实验数据 结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析 1 在 探究力的平行四边形定则 实验中 现有木板 白纸 图钉 橡皮筋 细绳套和一个弹簧秤 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 专题综合练 1 2 3 4 用作图法在图17中作出图线 并求得该弹簧的劲度系数k N m 图17 1 2 3 4 答案见解析图53 2 1 2 3 4 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如图18甲所示 其读数为 N 同时利用 1 中结果获得弹簧上的弹力值为2 50N 请在图乙中画出这两个共点力的合力F合 图18 1 2 3 4 解析弹簧秤的读数为2 10N 选标度合力的图示如图所示 答案2 10 0 02 见解析图 1 2 3 4 3 由图得到F合 N 解析经测量 合力F合 3 3N 3 3 0 02 1 2 3 4 2 在 验证机械能守恒定律 实验中 某研究小组采用了如图19甲所示的实验装置 实验的主要步骤是 在一根不可伸长的细线一端系一金属小球 另一端固定于O点 记下小球静止时球心的位置A 在A处放置一个光电门 现将小球拉至球心距A高度为h处由静止释放 记下小球通过光电门时的挡光时间 t 1 2 3 4 图19 1 2 3 4 1 如图乙 用游标卡尺测得小球的直径d cm 解析游标卡尺的读数为10mm 0 1 4mm 10 4mm 1 04cm 1 04 1 2 3 4 2 该同学测出一组数据如下 高度h 0 21m 挡光时间 t 0 0052s 设小球质量为m 100g g 9 8m s2 计算小球重力势能的减小量 Ep J 动能的增加量 Ek J 得出的结论 分析误差产生的原因是 结果均保留三位有效数字 1 2 3 4 解析小球重力势能的减小量 Ep mgh 0 1 9 8 0 21J 0 206J 1 2 3 4 可以看出 在误差允许的范围内 小球机械能守恒 产生误差的原因是克服空气阻力做功 答案0 2060 200在误差允许的范围内 小球机械能守恒克服空气阻力做功 1 2 3 4 3 用如图20所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律 在气垫导轨上安装了两光电门1 2 在滑块上固定一竖直遮光条 滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连 图20 1 2 3 4 1 在调整气垫导轨水平时 滑块不挂钩码和细线 接通气源后 给滑块一个初速度 使它从轨道右端向左运动 发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间 下列能够实现调整导轨水平的措施是 A 调节P使轨道左端升高一些B 调节P使轨道左端降低一些C 遮光条的宽度应适当大一些D 滑块的质量增大一些 1 2 3 4 解析不挂钩码和细线 接通气源 滑块从轨道右端向左运动的过程中 发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间 说明滑块做加速运动 也就是左端低 右端高 所以实施下列措施能够达到实验调整目标的是调节P使轨道左端升高一些 调节Q使轨道右端降低一些 故选A 答案A 1 2 3 4 2 实验时 测量光电门1 2间的距离L 遮光条的宽度d 滑块和遮光条的总质量M 钩码质量m 由数字计时器读出遮光条通过光电门1 2的时间t1 t2 则系统机械能守恒成立的表达式是 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 4 甲 乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验 已知重力加速度为g 图21 1 2 3 4 1 甲同学所设计的实验装置如图21甲所示 其中A为一质量为M的长直木板 B为木板上放置的质量为m的物块 C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计 实验时用力将A从B的下方抽出 通过C的读数F1即可测出动摩擦因数 则该设计能测出 填 A与B 或 A与地面 之间的动摩擦因数 其表达式为 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 线如图丙所示 图线的斜率为k 与纵轴的截距为b 与横轴的截距为c 因乙同学不能测出小车质量 故该同学还应该测出的物理量为 根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为 1 2 3 4 根据牛顿第二定律得对于砂和砂桶 F合 F mg ma 1 2 3 4