届一轮复习人教版 力学实验学案.docx

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届一轮复习人教版力学实验学案

【考向解读】

高考对物理实验的考查，是在《考试说明》规定的实验基础上进行重组与创新，旨在考查考生是否熟悉这些常规实验器材，是否真正动手做过这些实验，是否能灵活的运用学过的实验理论、实验方法、实验仪器，去处理、分析、研究某些未做过的实验，包括设计某些比较简单的实验等．所给的物理情景和要求跟教材内容多有明显区别，是以教材中实验为背景或素材，通过改变实验条件或增加条件限制，加强对考生迁移能力、创新能力和实验能力的考查．

【命题热点突破一】验证力的平行四边形定则

实验的条件是“力的作用效果相同”，因此，在两个分力和一个力分别作用下，同一弹性绳的同一端点必须到达同一位置才能满足实验的验证条件．

例1、【2017·新课标Ⅲ卷】（6分）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。

将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。

（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。

测力计的示数如图（b）所示，F的大小为_______N。

（2）撤去

（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。

此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N。

（i）用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合；

（ii）F合的大小为_______N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。

若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。

【答案】

（1）4.0

（2）（i）如图（ii）4.00.05

【解析】

（1）由图可知，F的大小为4.0N。

（2）作力F1、F2的图示，作出合力F合，F合长为20mm，所以F合大小为4.0N，F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。

【变式探究】[2016·浙江卷]某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m.如图1所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验．在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下：

图17

（1）若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是________N（图2中所示），则弹簧秤b的读数可能为________N.

（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数________、弹簧秤b的读数________（填“变大”“变小”或“不变”）．

【变式探究】（2015·安徽）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过程补充完整：

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，______________________；

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．

【变式探究】

　（2015·山东）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如图甲所示，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

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

l（cm）

l0

10.97

12.02

13.00

13.98

15.05

完成下列作图和填空：

（1）利用表中数据在给出的坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.

（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.

（3）根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．

（4）通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．

【解析】　

（1）作出F－l图像，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.00cm；

（2）可计算弹簧的劲度系数为＝＝N/m＝50N/m；若OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则弹簧的弹力F＝Δl＝50（6.00＋7.60－10.0）×10－2N＝1.8N；则此时FOA＝F＝1.8N；

（3）如图；

（4）通过比较F′和F′OO的大小和方向，可得出实验结论．

【答案】　

（1）10.00　

（2）1.80　（3）如图　（4）F′OO

【命题热点突破二】验证牛顿第二定律

实验中用砝码（包括砝码盘）的重力G的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起系统误差．

例2、（2016·全国Ⅲ，23，10分）某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010g.实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑．

（2）将n（依次取n＝1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s—t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.

（3）对应于不同的n的a值见下表．n＝2时的s—t图象如图乙所示；由图乙求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表．

n

1

2

3

4

5

a/（m·s－2）

0.20

0.58

0.78

1.00

（4）利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出a—n图象．从图象可以看出：

当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．

乙　丙

（5）利用a—n图象求得小车（空载）的质量为________g（保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s－2）．

（6）若以“保持木板水平”来代替步骤

（1），下列说法正确的是________（填入正确选项前的标号）．

A．a—n图线不再是直线

B．a—n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a—n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

【答案】　（3）0.40（0.37～0.49均给分）　（4）图见解析

（5）0.44（0.43～0.47均给分）　（6）BC

【变式探究】如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．

③下列不必要的一项实验要求是____________．

A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量

B．应使A位置与光电门间的距离适当大些

C．应将气垫导轨调节水平

D．应使细线与气垫导轨平行

④改变钩码的质量，记录对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________图像．（选填“t2－F”“－F”或“－F”）．

【解析】　①由游标卡尺的图示可知，d＝2mm＋5×0.05mm＝2.25mm；②由遮光条的宽度与时间t，可计算出滑块经过光电门的速度，欲求滑块加速度，则还应该知道A位置到光电门B之间的距离L；③由于

【答案】　①2.25　②A位置到光电门B之间的距离L　③A　④－F

【变式探究】

某兴趣小组设计出如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度跟合外力的关系，途中与小车左端相连的是测力传感器，小车放置在表面各处粗糙程度相同的水平长木板上．按甲图装配好实验器材，先测出小车运动时所受摩擦阻力，逐渐向砂桶中添加细砂粒，当观察到小车刚开始运动时，记下传感器的最大示数为F0，可认为摩擦阻力为F0.

（1）将小车放回初位置并用手按住，继续向砂桶中添加一定量的砂粒，记下传感器的示数F1，接通频率为50H的交流电源使打点计时器工作，然后释放小车，打出一条纸带．再继续向砂桶中添加砂粒，多次重复实验，打出多条纸带，图乙为某次实验打出的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个计时点未画出，按时间顺序，取0、1、2、3、4、5、6六个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离（单位：

cm），分别标注在相应的计数点的下方，则小车的加速度a＝________m/s2（结果保留三位有效数字）

（2）算出各次小车的加速度和合力F（F＝F1－F0），获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系图像，纸带与打点计时器间的摩擦可忽略，下列图像可能正确的是________．

（3）写出一条提高实验结果准确程度有益的建议__________.

【思路点拨】　根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小．根据牛顿第二定律得出a与F的关系式，结合关系式得出正确的图线．本题借助实验考查了匀变速直线的规律以及推论的应用，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题的能力．解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚．

【解析】　

（1）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1

（2）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与合力F（F＝F1－F0）的关系图像．由于已经平衡摩擦力，所以图像应该过原点．故D项正确，ABC项错误．

（3）提高实验结果准确程度有益的建议：

多测量几次，取平均值．

【答案】　

（1）0.756　

（2）AD　（3）多测量几次，取平均值

【命题热点突破三】验证机械能守恒定律

1．验证机械能守恒定律一般有阻力存在，例如纸带与限位孔之间的，一般重力势能减少量大于动能增加量．

2．需要不需要测研究对象的质量要具体问题具体分析．

例3、【2017·天津卷】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是______________。

A．重物选用质量和密度较大的金属锤

B．两限位孔在同一竖直面内上下对正

C．精确测量出重物的质量

D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物

②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50H的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。

纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打