届二轮专题六物理实验考点1 力学实验学案.docx

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届二轮专题六物理实验考点1力学实验学案

考点1　力学实验

考点一　基本仪器的使用

【必记要点】

一、长度测量类仪器

1．游标卡尺的读数

游标尺（mm）

精度

（mm）

测量结果（游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时）（mm）

刻度

格数

刻度

总长度

每小格与

1毫米差

10

9

0.1

0.1

主尺上读的毫米数＋0.1n

20

19

0.05

0.05

主尺上读的毫米数＋0.05n

50

49

0.02

0.02

主尺上读的毫米数＋0.02n

2.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）×0.01mm。

二、时间测量类仪器

1．打点计时器

计时器种类

工作电源电压

打点间隔

电磁打点计时器

交流50Hz,4V～6V

0.02s

电火花计时器

交流50Hz,220V

0.02s

2.频闪照相机

其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图象的信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。

[例1]　某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图6－1－1甲和乙所示。

该工件的直径为________cm，高度为________mm。

图6－1－1

[解析]　图甲为20分度的游标卡尺，其精度为0.05mm。

主尺读数为12mm，游标尺上第5条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12mm＋5×0.05mm＝12.25mm＝1.225cm。

螺旋测微器的精度为0.01mm，由图乙知固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为“36.0”，由工件的高度为6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm。

[答案]　1.225　6.860

【题组训练】

1．某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图6－1－2甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为__________cm和________cm。

图6－1－2

解析　用毫米刻度尺测量时，读数应读到mm的下一位，即长度测量值为60.10cm；题图乙中游标卡尺为五十分度，精确度为0.02mm，主尺读数为4mm，游标尺第10条刻度与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为6×0.02mm＝0.12mm，所以金属杆直径测量值为4.12mm。

答案　60.10　4.12

2．一同学用游标卡尺测一根金属管的深度时，游标卡尺上的游标尺和主尺的相对位置如图6－1－3甲所示，则这根金属管的深度是________cm；该同学又利用螺旋测微器测量一金属板的厚度为5.702mm，则图乙中可动刻度a、b处的数字分别是________、________。

图6－1－3

解析　图中游标卡尺主尺读数为10mm,20分度游标尺精确度为0.05mm，游标尺上第12条刻度线与主尺对齐，故游标尺读数为11×0.05mm＝0.55mm，所以金属管深度为10.55mm＝1.055cm。

螺旋测微器固定刻度部分读数为5.5mm，可动刻度最小分度值为0.01mm，可动刻度部分读数应为20.2×0.01，因此a处数字应为20，b处数字为25。

答案　1.055　20　25

规律总结

游标卡尺、螺旋测微器的读数方法

1．游标卡尺的读数方法：

由主尺读出整毫米数l0，从游标卡尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n，则测量值（mm）＝（l0＋n×精确度）mm。

注意：

①游标卡尺的精确度一般为游标卡尺上总刻数的倒数。

②游标卡尺不需要估读。

2．螺旋测微器的读数方法：

测量值（mm）＝固定刻度指示的毫米数（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值（注意刻度值要估读一位）×0.01mm。

考点二　实验原理的理解与应用

[例2]　（2018·贵阳模拟）某课外兴趣小组做“探究加速度与物体受力的关系”的实验，装置如图6－1－4甲所示。

图中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们置于一端带有定滑轮的足够长的木板上，重物P的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与滑轮之间的摩擦，已知重力加速度为g。

图6－1－4

（1）下列说法正确的是________。

A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平

B．实验时应先接通电源后释放小车

C．实验中m2应远小于m1

D．实验中弹簧测力计的读数始终为

（2）实验中得到的一条纸带如图乙所示，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度的大小是________m/s2。

（交流电的频率为50Hz，结果保留两位有效数字）

（3）实验过程中，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图象，可能是下列哪个图象________。

[解析]　

（1）本实验应适当地将长木板垫高以平衡摩擦力，A错误；打点计时器的正确使用方法是应先接通电源再释放小车，B正确；由于通过弹簧测力计能读出小车所受的牵引力，因此不需要满足重物的质量远小于小车的质量，C错误；由于重物向下加速运动，因此重物的质量m2g＞2F，因此弹簧测力计的读数应小于，D错误。

（2）根据逐差法Δx＝aT2，可知a＝，则a＝m/s2＝0.5m/s2。

（3）某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，可知拉力大于零且较小时，加速度仍然为零，C正确。

[答案]　

（1）B　

（2）0.50；（0.49也对）　（3）C

[例3]　（2018·武汉调研）利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所示：

图6－1－5

实验主要步骤如下：

①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；

②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；

④将滑块至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，通过光电门2的时间Δt2；

⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M。

回答下列问题：

（1）以滑块（包含遮光条和拉力传感器）为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式________________________（用测量量的字母表示），则可认为验证了动能定理。

（2）关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是______。

A．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度

B．牵引滑块的细绳应与导轨平行

C．需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响

D．托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M

（3）不计空气阻力，已知重力加速度g和实验测得的物理量，根据“mg－F＝ma”，可以计算托盘和砝码的总质量m。

若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m1；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为m2，则m1________m2（选填“大于”、“等于”、“小于”）。

[解析]　

（1）拉力做功为FL，动能变化量为M2－M2，若在实验误差范围内满足FL＝M2－M2，则可认为验证了动能定理。

（2）由v1＝知，光电门测速实质是测量的平均速度，理论上，d越小，测得的平均速度就越接近瞬时速度，选项A正确；如果细绳与导轨不平行，合外力做功就为FLcosθ，而滑块运运过程中，角度θ在变化，无法测量，故选项B正确；滑块所受合外力为F，是空气阻力、拉力和其他阻力的合力，不需要再考虑空气阻力，选项C错误；m≤M的目的是拉力F近似等于mg，本实验不需要这个条件，选项D错误。

（3）若考虑遮光条宽度的影响，测出的速度为遮光条通过光电门时的平均速度，即通过光电门中间时刻的速度，小于中间位移的速度，测量出的加速度较小，由mg－F＝ma可得，m＝，即考虑遮光条宽度的影响，计算出的砝码和托盘的总质量较小，所以m1大于m2。

[答案]　

（1）FL＝M2－M2　

（2）AB

（3）大于

名师点拨

解答力学实验应注意的问题

（1）文字表述类填空题：

文字表述应精练准确，用物理书面用语，切记不可用生活用语，如“平衡摩擦力太狠了”，“平衡摩擦力过了”等等。

（2）数据类填空题：

数据要准确，小数点后位数或有效数字位数符合要求，需用科学记数法的用科学记数法。

（3）表达式类填空题：

公式书写要规范，要符合物理规律。

切记不可以乱写公式。

表达式后不要带单位，因为表达式中的字母符号都带有单位。

【题组训练】

1．某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图6－1－6甲所示的实验：

在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A，B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心。

在O点挂上重G＝2.00N的钩码，记录两传感器A、B示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则。

图6－1－6

（1）当F1＝1.00N、F2＝1.50N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力的图示法作图，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F＝________N。

（结果保留三位有效数字）

（2）该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2，作出了如图丙所示的F2－θ2图象，由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1＝________。

解析　

（1）F1，F2的图示及力的合成图如图所示，根据比例关系有＝，

则F＝2.00N。

（2）根据丙图可知，

当θ2＝时，F2＝2.0N，

F1，F2的合力仍为重力G＝2N，根据平衡条件则有F1cosθ1＋F2cos60°＝G，

F1sinθ1＝F2sin60°，

解得F1＝2N，θ1＝60°。

答案　

（1）作图见解析　2.00　

（2）60°

2．（2018·潍坊模拟）利用如图6－1－7甲所示的装置验证机械能守恒定律：

水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上端固定有轻质定滑轮，A处固定一光电门。

带遮光片的滑块质量为M，置于导轨上的B处，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，使轻绳伸直，小球与滑块由静止释放，滑块向上运动，重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，结果如图乙所示，由此读出d＝________mm。

图6－1－7

（2）某次实验测得导轨倾角为θ，B到光电门的距离为x，遮光片经过光电门时的挡光时间为t，滑块从B到A过程中m和M组成系统的动能增量为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。

（用题目中字母表示ΔEk和ΔEp）

解析　

（1）由游标卡尺的读数规则可知，d＝3mm＋17×0.05mm＝3.85mm。

（2）由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度应等于挡光时间内的平均速度，则v＝，因此动能的增加量为ΔEk＝（M＋m）v2＝，系统重力势能的减少量为ΔEp＝mgx－Mgxsinθ。

答案　

（1）3.85　

（2）；（m－Msinθ）gx

考点三　用图象法处理实验数据

[例4]　现要通过实验验证机械能守恒定律。

实验装置如图6－1－8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。

用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的