二轮复习专题11力学实验文档格式.docx
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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
(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”),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
,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.
位置
6
7
8
(cm/s)
24.5
33.8
37.8
____
39.5
39.8
(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______________________________
__________________________________________________________________.
(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②”),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②是为了说明什么?
对比实验①和②的结果可得到什么结论?
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:
①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.
②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:
F(N)
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l(cm)
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
图4
③找出②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′.
④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
(2)测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为________N.
(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
(4)通过比较F′与________的大小和方向,即可得出实验结论.
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.
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.
考题一 “纸带类”实验
淮安四模)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.
(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
(4)关于该实验操作,你还能提出哪些注意事项(写出1条)__________________________
宁波模拟)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:
①________;
②________.
(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).
(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.
小车钩码数
悬挂钩码数
1.39m/s2
1.16m/s2
1.00m/s2
0.94m/s2
0.78m/s2
2.48m/s2
2.20m/s2
2.00m/s2
1.81m/s2
/
3.38m/s2
2.89m/s2
2.76m/s2
4.15m/s2
3.68m/s2
4.59m/s2
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:
①完善坐标物理量及合理的物理量标度;
②在坐标纸上标出所选数据,完成图线并标出数据坐标值;
③就你所选实验数据得到的结论做出评价.
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Δt=0.02×
5s=0.1s.
2.求瞬时速度的方法
利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图11示,求打某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1,则打n点时的速度vn=
.
图11
3.利用纸带求加速度的方法
(1)利用a=
求解:
在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下,可利用Δx=xn+1-xn=aT2,求加速度a.
(2)二段法:
(如图12示)
图12
把上面x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相等(均为3T)的两大段,则由Δx=aT2得:
(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)=a(3T)2,解出的a与上面逐差法结果相等,但却要简单得多.
(4)图象法:
①由vn=
,求出相应点的速度.
②确定各计数点的坐标值(v1,T)、(v2,2T)、…(vn,nT).
③画出v-t图象,图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度.
考题二 “橡皮条”、“弹簧”类实验
广州二模)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.
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.
(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.
(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.
(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.
1.误差与有效数字
(1)误差
误差
产生原因
大小特点
减小方法
系统误差
实验仪器不精密;
实验原理不完善;
实验方法粗糙
总是偏大或偏小
更新仪器;
完善实验原理;
改进实验方法
偶然误差
测量、读数不准确
忽大忽小
画图象或取平均值
(2)有效数字
①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;
②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.
考题三 力学创新拓展实验
4.(2015·
湖南五市十校5月模拟)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)
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
(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
(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θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为________.
A.2tanθB.
C.kD.
5.(2015·
南京三模)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”)
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”)
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”)
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
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.
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.
专题综合练
漯河一模)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:
弹力F(N)
3.00
3.50
伸长量x(10-2m)
0.74
2.80
3.72
4.60
5.58
6.42
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
图18
(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.
(3)由图得到F合=________N.
湖北八校联考二模)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Δt.
图19
(1)如图乙,用游标卡尺测得小球的直径d=______cm;
(2)该同学测出一组数据如下:
高度h=0.21m,挡光时间Δt=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ΔEp=________J,动能的增加量ΔEk=________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)
南平5月质检)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)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
(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__________________________.
长沙4月模拟)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)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________.
(2)乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门,与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力.实验时,多次改变砂桶中砂的质量,每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动,读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出F-
的图线如图丙所示,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________.
答案精析
专题11 力学实验
真题示例
1.
(2)1.40 (4)7.9 1.4
解析
(2)由题图(b)可知托盘称量程为10kg,指针所指的示数为1.40kg.
(4)由多次测出的m值,利用平均值可求m=1.81kg.而模拟器的重力为G=m0g=9.8N,所以小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为FN=mg-m0g≈7.9N;
根据径向合力提供向心力,即7.9N-(1.40-1.00)×
9.8N=
,解得v≈1.4m/s.
2.
(1)CD
(2)39.0 (3)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)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
解析
(1)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.
(2)由v=
可求v4=
cm/s=39.0cm/s.
(3)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.
(4)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.
3.
(1)见解析图甲 10.0(9.8、9.9、10.1均正确)
(2)1.80(1.70~1.90均正确) (3)见解析图乙 (4)FOO′
解析
(1)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
(2)可计算橡皮筋的劲度系数
k=
=
N/m=50N/m
若OA=6.00cm,OB=7.60cm,则橡皮筋的弹力为
F=kΔx=50×
(6.00+7.60-10.00)×
10-2N=1.80N
则此时FOA=F=1.80N
(3)FOB=FOA=1.80N,两力的合力F′如图乙所示.
(4)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.
1.
(1)
(2)-mgh3 k1=k2 (3)BD
(4)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)
解析
(1)根据平均速度等于瞬时速度,则有5点的瞬时速度v5=
(2)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.
(3)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.
(4)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).
2.
(1)①小车离计时器太远 ②需平衡摩擦力
(2)2.76 (3)①横坐标物理量,用N(个)或F(个)均可. ②图线如下甲、乙两种均对.
③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.
解析
(1)操作中有待改进的是:
①小车离计时器太远;
②需平衡摩擦力.
(2)根据Δx=aT2,运用逐差法得,a=
m/s2≈2.76m/s2.
(3)①②横坐标物理量,用N(个)或F(个)均可,纵坐标用a表示.
3.
(1)静止
(2)三细线的方向 (3)结点O的位置
(4)F和F′在误差允许范围内重合
解析
(1)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.
(2)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.
(3)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.
(4)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.
4.
(1)BCD
(2)1.3 (3)D
解析
(1)本题拉力
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