2017步步高考前3個月物理江蘇知識專題復(fù)習(xí)-專題13-力學(xué)實驗

1、專題13　力學(xué)實驗,第一部分　知識專題復(fù)習(xí),,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,考題二　“橡皮條”“彈簧”類實驗,考題三　力學(xué)創(chuàng)新拓展實驗,,欄目索引,考題一　“紙帶類”實驗,考題一　“紙帶類”實驗,《考試大綱》規(guī)定的力學(xué)實驗中有三個涉及打點計時器：研究勻變速直線運動、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、探究做功和物體速度變化的關(guān)系和驗證機械能守恒定律.這類實驗的關(guān)鍵是要掌握紙帶的分析處理方法，對于紙帶常有以下三大應(yīng)用：1.由紙帶確定時間要區(qū)別打點計時器打出的點與

2、人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算.,知識精講,2.求解瞬時速度利用做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度.如圖1所示，打n點時的瞬時速度vn＝ .,圖1,圖2,有些實驗用光電門代替打點計時器來完成瞬時速度和加速度的測量，具體做法如下：(1)求瞬時速度：把遮光條(寬度為d)通過光電門的時間Δt內(nèi)的平均速度看做物體經(jīng)過光電門的瞬時速度，即v＝ .(2)求

3、加速度：若兩個光電門之間的距離為L，則利用速度與位移的關(guān)系可求加速度，即a＝ .,例1　圖3甲是“研究勻變速直線運動”的實驗裝置，圖乙是該實驗中獲得的一條紙帶.已知所用交流電源的頻率為50 Hz，A、B、C、D、E、F是紙帶上的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出.,圖3,典例剖析,圖3,(1)實驗時由于沒有記錄CD間的讀數(shù)，根據(jù)圖乙中已有的數(shù)據(jù)估算出CD間的距離約為________ cm.解析　由Δ

4、x＝aT2，即ED－CD＝CD－BC＝aT2，,2.13,,解析答案,(2)某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時將A點記為t＝0，B點記為t＝0.1 s，C點記為t＝0.2 s……，將AB間距離記為t＝0.1 s時的位移x1＝1.50 cm，BC間距離記為t＝0.2 s時的位移x2＝1.81 cm……，并根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的x－t圖象，該圖線與縱坐標的交點表示的是_____________；若該同學(xué)根據(jù)圖象得出x－t圖象的斜率為k(m/s

5、)，則該紙帶運動時的加速度大小是________ m/s2(請用斜率k來表示，數(shù)值概不給分).,,答案,OA之間的距離,10k,解析,(3)若將實驗中的打點計時器拿掉，改用在水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砂桶，如圖丁所示，可以用來驗證“牛頓第二定律”，實驗時，先測出小車、傳感器和擋光板的總質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門1處由靜止開始運動，讀出小車在兩光電門之間的運動

6、時間t.改變小車質(zhì)量m，測得多組m、t的值，建立坐標系描點作出圖線，下列能直觀得出“合外力一定時，加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是______.,,解析,√,1.在用圖4所示的裝置“驗證牛頓第二定律”的實驗中，保持小車質(zhì)量一定時，驗證小車加速度a與合力F的關(guān)系.,[變式訓(xùn)練],1,2,圖4,(1)除了電火花計時器、小車、砝碼、砝碼盤、細線、附有定滑輪的長木板、墊木、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中必須使用的有_____(選填選項前的字母).

7、A.220 V、50 Hz的交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺D.秒表E.天平(附砝碼),,解析,√,√,√,解析　打點計時器接交流電源，處理紙帶時要用刻度尺測出計數(shù)點間的距離，還要用到天平測砝碼和砝碼盤的質(zhì)量，故選A、C、E；,1,2,(2)為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的是_____.A.調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與 長木板平行B.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，

8、 應(yīng)當(dāng)將砝碼和砝碼盤通過細線掛在 小車上C.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應(yīng)當(dāng)將穿過打點計時器的紙帶 連在小車上,,解析,√,√,1,2,解析　在平衡摩擦力時，不能掛盤；要保證細線和紙帶與木板平行，先接通電源，再釋放小車，若紙帶做勻速直線運動，則紙帶上的點間距是均勻的，即說明平衡了摩擦力，故選A、C；,1,2,(3)某同學(xué)得到了圖5所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a＝____ m/s2.,圖5,15,,解

9、析答案,1,2,(4)在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，已知三位同學(xué)利用實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖象如圖6中的1、2、3所示.下列分析正確的是____(選填選項前的字母).A.出現(xiàn)圖線1的原因可能是沒有平衡摩擦力B.出現(xiàn)圖線2的原因可能是砝碼和砝碼盤的質(zhì)量 不合適C.出現(xiàn)圖線3的原因可能是在平衡摩擦力時長木板 的傾斜度過大,圖6,,解析,√,1,2,解析　出現(xiàn)圖線1的原因是平衡摩擦力過大，A錯誤；

10、出現(xiàn)圖線2的原因是砝碼和砝碼盤的質(zhì)量沒有遠小于小車的質(zhì)量，B正確；出現(xiàn)圖線3的原因是平衡摩擦力時長木板的傾斜度過小，使得摩擦力過大，C錯誤.故選B.,1,2,(5)在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是_________(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”).設(shè)拉力的真實值為F真，小車的質(zhì)量為M，為了使 <5%，應(yīng)當(dāng)滿足的條件是 <____.解析　小

11、車在做勻加速直線運動時，砝碼和砝碼盤也在做勻加速直線運動，細線的拉力F一定小于砝碼和砝碼盤的總重力mg，此誤差不可避免，為系統(tǒng)誤差；小車與砝碼和砝碼盤都在做加速度為a的勻加速直線運動，對砝碼和砝碼盤有mg—F真＝ma，對小車有F真＝Ma，代入 <5%，得 <5%.,系統(tǒng)誤差,5%,,解析答案,1,2,2.如圖7甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗.有一直徑為d

12、、質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.則：,圖7,1,2,(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝________ mm.,解析　游標卡尺的讀數(shù)為：d＝(0.7×10＋5×0.05) mm＝7.25 mm；,7.25,,解析答案,1,2,(2)多次改變高度H，重復(fù)上

13、述實驗，作出 隨H的變化圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式：___________時，可判斷小球下落過程中機械能守恒.解析　若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒；,,解析答案,1,2,(3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，則ΔEp－ΔEk將_____ (選填“增加”“減小”或“不變”).解析　由于在該過程中有阻力做功，且高度

14、越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，則ΔEp－ΔEk將增大.,增大,,返回,解析答案,1,2,1.注意橡皮條、彈簧本身的特點，力的特點是不能突變，能的特點是彈簧拉伸和壓縮相同的量勢能相等，在實驗中也會用到.2.彈簧彈性勢能表達式不需推導(dǎo)和應(yīng)用，但還是要知道，在驗證性實驗中常用到其結(jié)論.,考題二　“橡皮條”“彈簧”類實驗,知識精講,例2　某同學(xué)用如圖8甲所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛

15、一重物M，彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向.,典例剖析,圖8,(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖乙中的示數(shù)為_____________N.解析　彈簧測力計每1 N被分成10格，每一小格為0.1 N，則彈簧測力計的讀數(shù)為3.80 N；,3.80(3.79～3.81),,解析答案,(2)下列的實驗

16、要求中不必要是____.(填寫選項前對應(yīng)的字母，下同)A.細線應(yīng)盡可能長一些B.應(yīng)測量重物M所受的重力C.細線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于90°D.改變拉力的大小與方向，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置解析　細線應(yīng)盡可能長一些，能更加準確的記錄力的方向；實驗通過作出彈簧的彈力和重物的重力這三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道；細線AO與BO之間的夾角適當(dāng)大一點，不一定必須

17、大于90°；只要驗證兩彈簧測力計拉力的合力大小等于重物的重力，方向豎直向上即可，每次只需保證O點保持靜止即可，沒必要每次都使O點靜止在同一位置；,,解析,√,√,(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示，下列說法正確的是______.A.圖中的F是力F1和F2合力的理論值B.圖中的F′是力F1和F2合力的理論值C.F是力F1和F2合力的實際測量值D.本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗?zāi)康慕馕觥≡诒緦嶒炛?/p>

18、，按照平行四邊形定則作出的合力F′是力F1和F2合力的理論值，而用一個彈簧測力計拉出的力F是F1和F2合力的實際測量值，本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗?zāi)康模?,解析,√,√,√,(4)本實驗采用的科學(xué)方法是_____.A.理想實驗法 B.等效替代法C.控制變量法 D.建立物理模型法解析　本實驗采用的科學(xué)方法是等效替代法.,,√,解析,3.在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板

19、上，另一端系上兩根細繩套，如圖9甲所示，實驗中先用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條，把橡皮條的一端拉到O點，用鉛筆描下O點位置和兩個細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)，然后只用一個彈簧測力計，通過細繩套再次把橡皮條的一端拉到O點，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細繩的方向，作出三個力的圖示，如圖乙所示.,圖9,[變式訓(xùn)練],(1)下列說法正確的是________.A.實驗中兩個細繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，可以減小

20、 實驗誤差B.在用力拉彈簧測力計時，拉力應(yīng)沿彈簧測力計 的軸線方向C.在作力F1、F2的圖示時，必須選取同樣的標度， 而作F′的圖示時，可以選取不同的標度D.連接F1、F2和F′三個力的末端，驗證所得圖形是不是平行四邊形,,解析,√,√,解析　拉橡皮條的細繩套適當(dāng)長一些，以方便畫出力的方向，可以減小誤差，故A正確；在用力拉彈簧測力計時，拉力應(yīng)沿彈簧測力計的軸線方向，否則會影響拉力大小，故B正確；在作力F1、F2

21、的圖示時，必須選取同樣的標度，而作F′的圖示時，也必須選取相同的標度，故C錯誤；根據(jù)F1、F2作出平行四邊形，比較對角線和F′的關(guān)系，故D錯誤；,(2)甲同學(xué)在做這個實驗時，兩個彈簧測力計的量程都是10 N，他把彈簧測力計校準零點之后，先測量一個質(zhì)量為1 kg的物體的重力，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)為8.2 N，換用另外一個彈簧測力計測量這個物體的重力，發(fā)現(xiàn)示數(shù)還是8.2 N，測量重力的操作都是正確的，如果用這兩個彈簧測力計進行實驗，對實驗

22、結(jié)果有影響嗎？________(選填“有”或“沒有”)，乙同學(xué)實驗后才發(fā)現(xiàn)忘記對這兩個彈簧測力計校準零點，他把兩個彈簧測力計平放在實驗臺上，發(fā)現(xiàn)兩個彈簧測力計的示數(shù)都是0.3 N，乙同學(xué)的彈簧測力計對實驗結(jié)果有影響嗎？,,答案,返回,沒有,答案　有,解析,,返回,解析　用兩個校準零點后的彈簧測力計測量同一個物體發(fā)現(xiàn)示數(shù)相等，則這兩個彈簧測力計的勁度系數(shù)相等，用這兩個彈簧測力計進行實驗，拉力和伸長量成正比，對實驗結(jié)果沒有影響；若

23、兩個彈簧測力計測量前都沒有校零，且沒有拉力時彈簧測力計的示數(shù)都是0.3 N，則用此彈簧測力計測量時，彈力的大小實際值應(yīng)等于測量值減去0.3 N，根據(jù)測量值作平行四邊形時，誤差較大，對實驗有影響.,考題三　力學(xué)創(chuàng)新拓展實驗,知識精講,探究型實驗通?？煞譃閮深悾旱谝活悶橥ㄟ^實驗和實驗數(shù)據(jù)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(shè)計實驗步驟，并進行數(shù)據(jù)處理.第一類必須在實驗數(shù)據(jù)上下工夫，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，掌握物理量間的關(guān)系，得

24、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(jù)問題聯(lián)想相關(guān)的實驗?zāi)Ｐ?，確定實驗原理，選擇儀器設(shè)計實驗步驟，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理.,典例剖析,例3　(2016·江蘇·11)某同學(xué)用如圖10所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計

25、時器測出，取v＝ 作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒.,,圖10,(1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到_____之間的豎直距離.A.鋼球在A點時的頂端B.鋼球在A點時的球心C.鋼球在A點時的底端解析　鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球球心到

26、鋼球在A點時的球心之間的豎直距離，故選B.,,解析,,√,(2)用ΔEk＝ 計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖11所示，其讀數(shù)為_______cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v＝_______m/s.解析　遮光條的寬度d＝1.50 cm，鋼球的速度v＝ ＝1.50 m/s,圖11,1.50,1.50,,解析答案,(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：,他發(fā)現(xiàn)

27、表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由.解析　不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp.答案　不同意　理由見解析,,解析答案,(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議.解析　分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝ .答案　見解析,,解析答案,4.科學(xué)探究活動通常包括以下環(huán)節(jié)：提出問題、作出假設(shè)、制定

28、計劃、搜集證據(jù)、評估交流等.一組同學(xué)研究“運動物體所受空氣阻力與運動速度關(guān)系”的探究過程如下A.有同學(xué)認為：運動物體所受空氣阻力可能與其運動速度有關(guān)B.他們計劃利用一些“小紙杯”作為研究對象，用超聲測距儀等儀器測量 “小紙杯”在空中直線下落時的下落距離、速度隨時間變化的規(guī)律，以 驗證假設(shè),4,5,[變式訓(xùn)練],6,C.在相同的實驗條件下，同學(xué)們首先測量了單只“小紙杯”在空中下落過程 中不同時刻的下落距離，將數(shù)

29、據(jù)填入表中.圖12(a)是對應(yīng)的位移－時間圖線， 然后將不同數(shù)量的“小紙杯”疊放在一起從空中下落，分別測出它們的 速度—時間圖線，如圖(b)中圖線所示(1、2、3、4、5分別為紙杯個數(shù))D.同學(xué)們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，證實了他們的假設(shè).,(a) (b),圖12,4,5,6,,解析答案,回答下列提問：(1)與上述過程中C步驟相應(yīng)的科學(xué)探究環(huán)節(jié)是__________；解析　步驟C是按照一定的原理測

30、量出需要的數(shù)據(jù)，以便對假設(shè)進行驗證，故答案為：搜集證據(jù).,搜集證據(jù),(a) (b),4,5,6,,(2)結(jié)合表格與圖(a)，表中x處的值應(yīng)為______；,(a),答案,解析,1.937,4,5,6,解析　圖中AB段是直線，表示勻速直線運動；根據(jù)勻速直線運動的規(guī)律知：在相等的時間內(nèi)通過的位移相同，則x＝1.447 m＋(1.447－0.957) m＝1.937 m,4,5,6,,(3)根據(jù)圖(b)中圖線的特點，可知“小紙

31、杯”在達到平衡狀態(tài)之前做____________________運動，空氣阻力Ff與最終運動速度v的大致關(guān)系為_____.解析　圖中五條曲線都逐漸變平，故都表示加速度逐漸減??；因杯子個數(shù)慢慢增大，重力關(guān)系為1∶2∶3∶4∶5，則勻速運動時阻力之比也為1∶2∶3∶4∶5；由數(shù)據(jù)得速度之比為1.2∶1.7∶2.1∶2.4∶2.7，則速度平方之比可近似為：1∶2∶3∶4∶5；由此得阻力應(yīng)和速度的平方成正比，故關(guān)系為：Ff∝v2.,

32、(b),加速度逐漸減小的加速,Ff∝v2,解析答案,4,5,6,5.一個有一定厚度的圓盤，可以繞通過中心垂直于盤面的水平軸轉(zhuǎn)動，圓盤加速轉(zhuǎn)動時，角速度的增加量Δω與對應(yīng)時間Δt的比值定義為角加速度β.我們用電磁打點計時器、米尺、游標卡尺、紙帶、復(fù)寫紙來完成下述實驗：(打點計時器所接交流電的頻率為50 Hz，A、B、C、D…為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出)①如圖13甲所示，將打點計時器固定在桌面上，將紙帶的一端穿過打點計時器的限

33、位孔，然后固定在圓盤的側(cè)面，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上；②接通電源，打點計時器開始打點，啟動控制裝置使圓盤勻加速轉(zhuǎn)動；③經(jīng)過一段時間，圓盤停止轉(zhuǎn)動和打點，取下紙帶，進行測量.(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).,4,5,6,,圖13,(1)用20分度的游標卡尺測得圓盤的直徑如圖乙所示，圓盤的半徑r為________ cm；,答案,解析,3.000,4,5,6,解析　游標卡尺的讀數(shù)：d＝6×10 mm＋0×0.

34、05 mm＝60.00 mm，即d＝6.000 cm，故r＝3.000 cm；,4,5,6,,解析答案,(2)由圖丙可知，打下計數(shù)點D時，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為________ rad/s；,13.0,4,5,6,,解析答案,(3)紙帶運動的加速度大小為________m/s2，圓盤轉(zhuǎn)動的角加速度大小為________ rad/s2.,0.593,19.8,4,5,6,6.某同學(xué)利用如圖14所示的裝置來驗證機械能守恒定律，設(shè)計了如下實驗，A

35、、B是質(zhì)量均為m的小物塊，C是質(zhì)量為M的重物.A、B間有輕質(zhì)彈簧相連，A、C間有輕質(zhì)細繩相連.在物塊B下放置一壓力傳感器，重物C下放置一速度傳感器，壓力傳感器與速度傳感器相連.當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時，就觸發(fā)速度傳感器測定此時重物C的速度.整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，彈簧的勁度系數(shù)為k，重力加速度為g.實驗操作如下：(1)開始時，系統(tǒng)在外力作用下保持靜止，細繩拉直但張力為零.現(xiàn)釋放C，使其向下運動，當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時，

36、觸發(fā)速度傳感器測出C的速度為v.,圖14,4,5,6,,解析答案,(2)在實驗中保持A、B質(zhì)量不變，改變C的質(zhì)量M，多次重復(fù)第(1)步；①該實驗中，M和m大小關(guān)系必須滿足M_______m(選填“小于”“等于”或“大于”).解析　由題意知，為確保壓力傳感器的示數(shù)為零，故彈簧要從壓縮狀態(tài)到伸長狀態(tài)，則C的質(zhì)量M要大于A的質(zhì)量m；,大于,4,5,6,,②該實驗中需要驗證的機械能守恒表達式為 (M＋m)v2＝_________

37、_.解析　剛釋放C時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，若使壓力傳感器為零，則彈簧的拉力為F＝mg，故彈簧的形變量為Δx＝Δx1＋Δx2＝ ，不論C的質(zhì)量如何，要使壓力傳感器示數(shù)為零，則A物體上升了 ， C下落的高度為 .從釋放到壓力傳感器示數(shù)為零，彈性勢能不變，重力勢能的減小量等于動能的增加量，,解析答案,4,5,6,,③根據(jù)所測數(shù)據(jù)，還可以測得彈簧的勁度系數(shù)：根據(jù)所