高考物理二輪復習 專題五 第10講 力學實驗課件.ppt

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第10講 力學實驗,1.(2014·浙江理綜，21)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，某同學把兩根彈簧如圖1甲連接起來進行探究。,圖1,(1)某次測量如圖乙所示，指針示數為________cm。 (2)在彈性限度內，將50 g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數LA和LB如上表。用表內數據計算彈簧Ⅰ的勁度系數為________ N/m(重力加速度g＝10 m/s2)。由表內數據________(填“能”或“不能”)計算出彈簧Ⅱ的勁度系數。,答案 (1)16.00(15.95 cm～16.05 cm均可) (2)12.45(12.20～12.80 N/m均可) 能,2.(2014·新課標全國卷Ⅰ，22)某同學利用圖2(a)所示實驗裝置及數字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖，如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質量為200 g，實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到?；卮鹣铝袉栴}：,圖2,(1)根據該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質量成 ________(填“線性”或“非線性”)關系。 (2)由圖(b)可知，a－m圖線不經過原點，可能的原因是_________________________________。 (3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應采取的改進措施是_____________ _____________________________，鉤碼的質量應滿足的條件是________________。,解析 (1)把圖(b)中的點用平滑線連接后，可以看出，a－m圖線是曲線即非線性。 (2)由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但加速度仍為零，可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。 (3)改進措施：第一圖線不過原點，要平衡摩擦力，所以調整軌道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力等于鉤碼的重力，要求鉤碼質量不能太大，即遠小于小車的質量。 答案 (1)非線性 (2)存在摩擦力 (3)調整軌道傾斜度以平衡摩擦力 遠小于小車質量,3.(2015·浙江理綜，21)甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質量的關系”實驗。,圖3,(1)圖3中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材________；乙同學需在圖中選用的器材________。(用字母表示),圖4,(2)某同學在實驗室選齊所需器材后，經正確操作獲得如圖4所示的兩條紙帶①和②。紙帶________的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小為________。,答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2,4.(2015·新課標全國卷Ⅰ，22)某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R＝0.20 m)。,圖5,完成下列填空： (1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖5(a)所示，托盤秤的示數為1.00 kg； (2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數如圖(b)所示，該示數為________ kg； (3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經過最低點后滑向另一側，此過程中托盤秤的最大示數為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示：,(4)根據以上數據，可求出小車經過凹形橋最低點時對橋的壓力為________ N；小車通過最低點時的速度大小為________ m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，計算結果保留2位有效數字),答案 (2)1.40 (4)7.9 1.4,5.(2015·新課標全國卷Ⅱ，22)某同學用圖6(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。,圖6,(1)物塊下滑時的加速度a＝________ m/s2，打C點時物塊的速度v＝________ m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數，還必須測量的物理量是________(填正確答案標號)。 A.物塊的質量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角,答案 (1)3.25 1.79 (2)C,主要題型：填空題 知識熱點 (1)命題規(guī)律 從近三年高考對力學實驗的考查，處處滲透著新課程信息，試題“來源于教材而不拘泥于教材”。試題側重對學生獨立完成實驗的能力的考查，實驗命題并不回避學生做過的經典實驗，只是在經典實驗基礎上做有限的變化，考查學生獨立解決新問題的能力和知識遷移能力，體現(xiàn)新課程倡導的三維目標。,(2)題型特點 ①“常規(guī)實驗題”：該小題命題立足教材，側重考查完成實驗的能力。涉及基本儀器的使用(含讀數)、實驗原理和測量方法的理解、實驗條件的控制、實驗步驟的編排、實驗數據的處理、實驗誤差的分析。 ②“能力遷移題”：該命題立足遷移，側重考查設計簡單實驗方案的能力。突出實驗原理的遷移、測量方法的遷移、數據處理方法的遷移(圖象法和平均值法)等。 ③“創(chuàng)新實驗題”：“新”可以更加有效地考查學生分析問題的能力，區(qū)分度也很明顯。其實這類題依然是以實驗基礎為依據，只不過在新的背景、新的命題方式下進行考查。,考向一 “紙帶類”實驗(一套裝置、一條紙帶串聯(lián)力學四個實驗),1.(驗證牛頓第二定律)用圖7甲所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗。,(1)為了減小長木板對小車摩擦力的影響，必須在長木板________(選填“遠離”或“靠近”)滑輪的一端下面墊一木塊來平衡摩擦力。接通電火花計時器電源，輕推小車，讓小車拖著紙帶運動。如果打出的紙帶如圖乙所示，則應________(選填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復調節(jié)，直到紙帶上打出的點跡________為止。 (2)為了驗證小車的加速度與其質量的定量關系，必須采用________法。,(3)A同學在小車所受合外力不變時，改變小車的質量，得到的數據如下表所示：,丙,圖7,答案 (1)遠離；減小；間隔相等(均勻) (2)控制變量 (3)①如圖所示；②在物體受外力不變時，物體的加速度與其質量成反比；③0.06 N,2.(探究小車速度隨時間的變化規(guī)律)(2015·嘉興市高三教學測試)(1)如圖8所示為“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗裝置圖，按照實驗要求應該( ),圖8,A.先釋放小車，再接通電源 B.先接通電源，再釋放小車 C.同時釋放小車和接通電源,(2)本實驗必須( ) A.要平衡摩擦力 B.要求懸掛物的質量遠小于小車的質量 C.上述兩項要求都不需要 (3)如圖9為在“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”實驗中，得到的紙帶，從中確定五個計數點，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相鄰兩個計數點間的時間間隔是0.1 s。則打C點時小車的速度vC＝________ m/s，小車的加速度a＝________ m/s2。(結果保留兩位有效數字),圖9,答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0,3.(探究動能定理)某物理興趣小組利用如圖10所示的裝置，將質量為m＝1.5 kg的鉤碼P與質量為M＝5.0 kg的小車Q組成的系統(tǒng)作為研究對象來驗證動能定理，其實驗步驟如下：(重力加速度g取10 m/s2),圖10,A.將一端帶滑輪的木板放在水平桌面上，有滑輪的一端伸出桌邊沿 B.在木板不帶滑輪的一端安裝打點計時器，用導線將打點計時器跟頻率為50 Hz的交流電源相連 C.將小車Q放在木板上打點計時器的附近，紙帶穿過打點計時器的限位孔并與小車相連 D.細繩的一端與小車Q相連，另一端跨過滑輪與鉤碼P相連 E.接通打點計時器后釋放小車Q，打點計時器在紙帶上打下一系列點如圖11所示。圖中A、B、C、…、H是計數點，每相鄰兩個計數點間有4個記錄點未標出，設紙帶上兩個相鄰的計數點之的時間間隔為T。,(1)紙帶上兩個相鄰的計數點之間的時間間隔T＝________s。 (2)由圖11所示的紙帶，通過分析計算可知，小車Q運動中受到的阻力f＝________N。 (3)從打點計時器打下B點到打下C點的過程中，對鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)，合外力做的功為W＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關符號表示)；鉤碼P與小車Q組成的系統(tǒng)動能的改變量ΔEk＝________(用M、m、g、f、T、s1、s2、s3、…中的相關符號表示)。 (4)該實驗中，每次實驗所求得的W都略大于ΔEk，引起該實驗誤差的原因是____________(只需填寫一個即可)。,圖11,(4)根據實驗原理分析，W略大于ΔEk的原因有：鉤碼P下落過程中受到空氣的阻力；計算過程中忽略了滑輪的質量即滑輪獲得的動能；滑輪轉動過程中受到軸、空氣的阻力等。,4.(驗證機械能守恒定律)某同學利用如圖12所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒,,圖12,(1)現(xiàn)提供如下器材： A.小車 B.鉤碼 C.一端帶滑輪的長木板 D.細繩 E.電火花打點計時器 F.紙帶 G.毫米刻度尺 H.游標卡尺 I.低壓交流電源 J.220 V交流電源 實驗中不需要的器材是________(填寫器材前的字母)，還需要的器材是________。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量M和鉤碼質量m的關系應該滿足________。 (3)小明和小軍同學在做該實驗時，小明認為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質量M和鉤碼質量m的關系，而小軍卻否認小明的看法，你認為小明的看法________(選填“正確”或“不正確”)，理由是_____________ _________________________________________________________。,(4)兩位同學統(tǒng)一觀點后完成實驗，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標號為0～6)，測出相關距離如圖13所示，要驗證在第2點與第5點時系統(tǒng)的機械能相等，則應滿足關系式____________________________。(設小車質量M，鉤碼質量m，打點周期為T),圖13,解析 (1)實驗不需要游標卡尺，距離由刻度尺測量，電火花計時器直接使用220 V交流電源，不需要低壓交流電源，不需要的器材是H、I，還需要天平測量鉤碼的質量。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量M和鉤碼質量m的關系應該滿足M?m，這樣能使摩擦力做的功相對少些，以減少機械能的損失。 (3)小明的看法不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統(tǒng)機械能不守恒。,考向二 “橡皮條、彈簧”類實驗,1.[2015·四川理綜，8(1)]某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為l1，如圖14所示，圖15是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大圖，示數l1＝________ cm。在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個鉤碼質量是50 g，掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2＝_______N(當地重力加速度g＝9.8 m/s2)。要得到彈簧伸長量x，還需要測量的是________，作出F－x曲線，得到彈力與彈簧伸長量的關系。,解析 刻度尺示數為25.85 cm，注意估讀。掛2個鉤碼時，彈簧彈力等于此時鉤碼的重力，即F＝2mg＝0.98 N。由于伸長量等于彈簧的長度減去原長，因此要得到伸長量，還需要測量彈簧原長。 答案 25.85 0.98 彈簧原長,圖14 圖15,2.(2014·新課標全國卷Ⅱ，23)某實驗小組探究彈簧的勁度系數k與其長度(圈數)的關系。實驗裝置如圖16所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度。設彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0; 掛有質量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x。測量結果及部分計算結果如下表所示(n為彈簧的圈數，取重力加速度為9.80 m/s2)。,圖16,已知實驗所用彈簧總圈數為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm。,(3)圖17中畫出的直線可近似認為通過原點。若從實驗中所用的彈簧截取圈數為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數k與其圈數n的關系的表達式為k＝________N/m；該彈簧的勁度系數k與其自由長度l0(單位為m)的關系的表達式為k＝________N/m。,圖17,答案 (1)①81.7 ②0.012 2 (2)如圖所示,3.(2015·安徽理綜，21Ⅰ)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結點到達紙面上某一位置，如圖18所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：,圖18,①用鉛筆描下結點位置，記為O； ②記錄兩個彈簧測力計的示數F1和F2，沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應的點連成線； ③只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置O，記錄測力計的示數F3，________________； ④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； ⑤根據力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； ⑥比較________的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應的改進后再次進行實驗。,解析 ③此步驟中應記錄此時拉力的大小和方向，結合②的操作，③中橫線應填寫：沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。⑥要驗證平行四邊形定則，需要比較F與F3的大小，方向是否一致，故⑥中橫線應填寫F和F3 答案 ③沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線 ⑥F和F3,高頻考點十一 力學探究實驗,探究型實驗通?？煞譃閮深悾旱谝活悶橥ㄟ^實驗和實驗數據的分析得出物理規(guī)律；第二類為給出實驗規(guī)律，讓你選擇實驗儀器，設計實驗步驟，并進行數據處理。第一類必須在實驗數據上下工夫，根據數據特點，掌握物理量間的關系，得出實驗規(guī)律；第二類必須從已知規(guī)律入手，正確選擇測量的物理量，根據問題聯(lián)想相關的實驗模型，確定實驗原理，選擇儀器設計實驗步驟，記錄實驗數據并進行數據處理。,(10分)(2015·江蘇單科，11)某同學探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖19所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。,圖19,(1)下列實驗操作中，不正確的有________。 A.將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B.紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面 C.用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落 D.在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源 (2)該同學按正確的步驟進行實驗(記為“實驗①”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數點，標為1，2，…，8。用刻度尺量出各計數點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖20所示。,圖20,計算相鄰計時點間的平均速度 ，粗略地表示各計數點的速度，抄入下表。請將表中的數據補充完整。,(3)分析上表的實驗數據可知：在這段紙帶記錄的時間內，磁鐵運動速度的變化情況是________________；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_________________________________。 (4)該同學將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復上述實驗操作(記為“實驗②”)，結果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同。請問實驗②是為了說明什么？對比實驗①和②的結果可得到什么結論？ _________________________________________________________ _________________________________________________________,答案 (1)CD(2分) (2)39.0(2分) (3)逐漸增大到39.8 cm/s且增加的越來越慢 逐漸增大到等于重力(4分) (4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用(2分),(10分)某同學在做“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗時，得到一條點跡清晰的紙帶如圖21，在紙帶上依次選出7個計數點，分別標以O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源的頻率是50 Hz。,圖21,(1)如果測得C、D兩點間距s4＝2.70 cm，D、E兩點間距s5＝2.90 cm，則據此數據計算在打D點時小車的速度公式________________，小車的速度值vD＝________m/s。(保留三位有效數字) (2)該同學分別算出在打其他點時小車的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，請設計實驗數據記錄表格填入框中，并在坐標系中作出小車運動的v－t圖象，設O點為計時起點。,(3)由所作v－t圖象判斷，小車所做的運動為__________________。,(3)勻加速直線運動(2分),