物理二輪力學實驗專題

1、【物理二輪】力學實驗中常考的4個問題一、誤差和有效數(shù)字1誤差誤差產(chǎn)生原因大小特點減小方法系統(tǒng)誤差實驗儀器不精確、實驗原理不完善、實驗方法粗略總是偏大或偏小更新儀器完善實驗原理偶然誤差測量、讀數(shù)不準確忽大忽小畫圖象或取平均值2.有效數(shù)字從數(shù)字左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.012 5為三位有效數(shù)字二、測量性實驗1包括：用游標卡尺和螺旋測微器測量長度，練習使用打點計時器2(1)游標卡尺的讀數(shù)方法：d主尺讀數(shù)(mm)精度游標尺上對齊刻線數(shù)值(mm)(2)螺旋測微器的讀數(shù)方法：測量值固定刻度可動刻度0.01 mm估讀值注意要估讀到0.001 mm.(3)用紙帶求加速度的方法利用a求解：在已經(jīng)判斷出物

2、體做勻變速直線運動的情況下可利用xxn1xnaT2求加速度a.逐差法：圖5101如圖5101所示，因為a1，a2，a3，所以a.三、驗證性實驗1包括：驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、驗證機械能守恒定律2驗證性實驗的兩種方法(1)對于現(xiàn)象直觀明顯或者只需討論的驗證性實驗問題，常常通過觀察分析進行證實；(2)對有測量數(shù)值且實驗要求根據(jù)數(shù)據(jù)分析驗證結果的，一般要進行分析歸納，通過作圖、計算、測量進行比較驗證四、探究性實驗1包括：探究彈力和彈簧伸長的關系，探究動能定理2探究性實驗與驗證性實驗的區(qū)別探究性實驗，在實驗前并不知道滿足什么規(guī)律，所以在坐標紙中描點后所做的曲線是試探性的，只有在分析了

3、點的分布和走向以后才決定用直線來擬合這些點而驗證性實驗，在坐標紙上描點后所作圖線的根據(jù)就是所驗證的規(guī)律.?？紗栴}一測量性實驗(游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù))命題特點從近幾年各地高考試題看，游標卡尺和螺旋測微器的試題大多數(shù)為讀數(shù)問題，試題沒有太多變化，給出刻度部分圖片，要求讀出示數(shù)應考必備1毫米刻度尺長度測量的基本工具是刻度尺，其最小分度一般為1 mm(此時叫做毫米刻度尺)毫米刻度尺可以精確讀到mm位、估讀到 mm位(能讀取十分之幾毫米)估讀的“0”不能舍棄2游標卡尺的讀數(shù)游標尺(mm)精度(mm)測量結果(游標尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對齊時)(mm)刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差1

4、090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)0.1 n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)0.05 n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)0.02 n3.螺旋測微器的讀數(shù)測量值固定刻度整毫米數(shù)半毫米數(shù)可動刻度讀數(shù)(含估讀)0.01 mm.4關于估讀問題：游標卡尺不需要估讀；毫米刻度尺、螺旋測微器需要估讀【典例1】 (2012新課標全國卷，22)某同學利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖5102(a)所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示圖(a)所示讀數(shù)為_mm，圖(b)所示讀數(shù)為_mm，所測金屬板的厚度為_mm.圖5102解析題圖(a)的讀數(shù)為1.00.01 mm0.0

5、10 mm.題圖(b)的讀數(shù)為6.5 mm37.00.01 mm6.870 mm，故金屬板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm.答案0.0106.8706.860【典例2】 2013山東卷，21(1)圖5103甲為一游標卡尺的結構示意圖，當測量一鋼筆帽的內(nèi)徑時，應該用游標卡尺的_(填“A”“B”或“C”)進行測量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為_mm.圖5103解析游標卡尺測量鋼筆帽的內(nèi)徑時，使用內(nèi)測腳，故填“A”，該游標卡尺的最小分度為0.05 mm，游標尺的第6個刻度線與主尺上的某刻線對齊，所以讀數(shù)為11 mm0.05 mm611.30 mm.答案A11.30(11.

6、25或11.35)【預測1】 圖5104甲中游標卡尺的讀數(shù)是_ cm，圖乙中螺旋測微器的讀數(shù)是_ mm.圖5104答案2.985.680(5.6795.681均對)【預測2】 某同學在測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率時：(1)用游標卡尺為20分度的卡尺測量其長度如圖5105甲所示，由圖可知其長度為_cm；圖5105(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙所示，由圖可知其直徑為_mm.解析(1)從題圖甲可以看出，主尺讀數(shù)為50 mm，游標尺的第3條刻度線和主尺上的一刻度線對齊，則讀數(shù)應為50 mm0.053 mm50.15 mm5.015 cm；(2)由題圖乙可以看出，螺旋測微器的固定刻度為4.5

7、 mm，可動刻度讀出刻度為20.0(或20.1)0.01 mm0.200 mm(或0.201 mm)，故圓柱體的直徑為4.5 mm0.200 mm(或0.201 mm)4.700 mm(或4.701 mm)答案(1)5.015(2)4.700(或4.701)?？紗栴}二驗證性實驗命題特點新課標全國考試說明要求的力學驗證性實驗有“驗證力的平行四邊形定則”、“驗證牛頓第二定律”和“驗證機械能守恒定律”，考查重點是實驗器材選擇，完成實驗步驟填空和分析實驗數(shù)據(jù)應考必備理解實驗原理，弄清楚要驗證的內(nèi)容“驗證力的平行四邊形定則”就是驗證兩拉力依據(jù)平行四邊形定則作出的合力與同兩力有同樣效果的一個力是否相等，進

8、而理解為什么兩次結點O的位置不變，為什么要記錄彈簧測力計示數(shù)大小與細繩套方向“驗證牛頓第二定律”就是測量物體受的合外力、物體的質量和加速度，驗證合外力與質量、加速度的乘積是否相同那么，合外力如何測量？質量和加速度又如何測量？要用到哪些工具？“驗證機械能守恒定律”就是讓物體自由下落，測出物體下落的高度和物體的速度，計算出物體重力勢能的減少量與動能增加量，看二者是否相等怎樣測量高度和速度？用到哪些工具？操作中有哪些注意事項？為什么Ep總略大于Ek?【典例3】 現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律圖5106實驗裝置如圖5106所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總

9、質量為M，左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上的B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t.用d表示A點到導軌底端C點的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，x表示A、B兩點間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度用g表示重力加速度完成下列填空和作圖：(1)若將滑塊自A點由靜止釋放，則在滑塊從A運動至B的過程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減小量可表示為_，動能的增加量可表示為_若在運動過程中機械能守恒，與x的關系式為_.(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(A點)下滑，測量

10、相應的x與t值結果如下表所示：12345x/(m)0.6000.8001.0001.2001.400t/(ms)8.227.176.445.855.43/(104 s2)1.481.952.412.923.39以x為橫坐標，為縱坐標，在圖5107位置的坐標紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點；根據(jù)5個數(shù)據(jù)點作直線，求得該直線的斜率k_104 m1s2(保留三位有效數(shù)字)圖5107由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計算出x直線的斜率k0，將k和k0進行比較，若其差值在實驗允許的范圍內(nèi)，則可認為此實驗驗證了機械能守恒定律解析(1)當滑塊運動到B點時下降高度設為h，此時砝碼上升的高度為x，由幾何關系可知h，故

11、系統(tǒng)減少的重力勢能為EpMghmgx.由于系統(tǒng)從靜止開始運動，運動至B點時的速度vB，故動能的增加量Ek(Mm)v.由EpEk可解得x.(2)描點及作直線見圖在圖中直線上取相距較遠的兩點，讀出兩點坐標，由k可得k2.40104 m1s2.答案(1)(2)描點與作圖見解析2.40【預測3】 (1)某實驗小組用如圖5108所示圖5108的裝置驗證“力的平行四邊形定則”將彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的掛鉤處系一細線，把細線的另一端系在A下端細線上的O點手持B水平向左拉，使O點緩慢地向左移動，保持B的拉力方向不變不計彈簧測力計重力，拉力不超出量程，則A、B的示數(shù)FA、F

12、B的變化情況是_AFA、FB均變大，其合力大小和方向都不變BFA、FB均變大，其合力大小和方向都改變CFA變大，F(xiàn)B變小，其合力大小不變，方向改變DFA、FB的合力大小改變，方向不變(2)另一實驗小組的甲、乙、丙三位同學做此實驗，所用彈簧測力計的量程為05 N，他們都把橡皮條的一端固定在木板上的A點，橡皮條的另一端通過細繩連接彈簧測力計，用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點，此時細繩都與平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小甲同學F1和F2的方向互相垂直，F(xiàn)13.0 N、F23.8 N；乙同學F1和F2方向間的夾角約為30，F(xiàn)1F24.0 N；丙同學F1和F2方向間的夾角約為

13、120，F(xiàn)1F24.0 N這三位同學中操作不合適的是_(填“甲”、“乙”或“丙”)解析(1)當O點緩慢地向左移動時，合力大小和方向都不變，利用圖解法可以判斷FA、FB均變大，選項A正確(2)因為乙的兩個力的合力超過了測力計刻度的最大值5 N，再用一個彈簧測力計拉時超出其量程答案(1)A(2)乙【預測4】 為了用實驗“驗證牛頓第二定律”，現(xiàn)提供如圖5109所示的實驗裝置請回答下列問題：圖5109(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應采取的做法是_；A將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動B將木板帶滑輪的一端適當墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動C將木板不帶滑輪

14、的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動D將木板不帶滑輪的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板上(2)在實驗中，得到一條打點的紙帶，如圖51010所示，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則小車加速度的表示式為a_；圖51010圖51011(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，研究加速度a與所受外力F的關系，他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條aF圖線，如圖51011所示圖線_是在軌道傾斜情況下得到的(選填“”或“”)；小車及車中的砝碼總質量m_ kg.解析(1)為平衡滑動摩擦力，應使小車重力沿

15、斜面的分力與滑動摩擦力相等，此時不能連接鉤碼，所以選C.(2)計算加速度可由逐差法得到三個加速度再取平均值，此時誤差較小(3)軌道傾斜太大，即使沒有鉤碼拉小車也將加速下滑，因此圖線為軌道傾斜情況下得到的由圖線可得mgsin Ffma0，F(xiàn)1mgsin Ffma1，可得質量為0.5 kg.答案(1)C(2)(3)0.5?？紗栴}三探究性實驗命題特點新課標全國考試說明要求的力學探究性實驗有：探究加速度與力、質量的關系(也可以為“驗證牛頓第二定律”)，探究彈力與彈簧伸長的關系和探究功與物體速度變化的關系近四年新課標全國卷沒有對這幾個實驗進行考查，但自主命題省份高考題中多次出現(xiàn)，如2011年浙江卷21題

16、考查“探究加速度與力、質量的關系”實驗，2012年廣東卷34(2)題考查“探究彈力與彈簧伸長量的關系”實驗，2013新課標全國卷22題考查“探究彈性勢能”考查的重點是實驗器材選擇、實驗注意事項和用作圖法處理數(shù)據(jù)應考必備探究性實驗的重點不是為了求得某個物理量的值，而在于它的探索性“研究勻變速直線運動”重點是學會使用打點計時器，學會研究分析紙帶的方法“探究彈力與彈簧伸長的關系”重點是學會用列表法、圖象法分析實驗數(shù)據(jù)，探索物理量間的關系“探究功和物體速度變化的關系”重點掌握本實驗的原理，如功的計算，紙帶測量位置的選擇，學會對實驗數(shù)據(jù)的研究分析方法，分析Wv，Wv2，Wv3的關系，最終確定W與v2成正

17、比【典例4】 (2013新課標全國卷，22)某同學利用下述裝置對輕質彈簧的彈性勢能進行探究，一輕質彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連彈簧處于原長時，小球恰好在桌面邊緣，如圖51012所示向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能圖51012回答下列問題：(1)本實驗中可認為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等已知重力加速度大小為g.為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的_(填正確答案標號)A小球的質量mB小球拋出點到落地點的水平距離sC桌面到地面的高度hD彈簧的壓縮量xE彈簧

18、原長l0(2)用所選取的測量量和已知量表示Ek，得Ek_.(3)圖51013中的直線是實驗測量得到的sx圖線從理論上可推出，如果h不變m增加，sx圖線的斜率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)：如果m不變，h增加，sx圖線的斜率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)由圖中給出的直線關系和Ek的表達式可知，Ep與x的_次方成正比圖51013解析(1)小球離開桌面后做平拋運動，設桌面到地面的高度為h，小球拋出點到落地點的水平距離為s，則有hgt2，sv0t，解得v0s所以Ekmv.由此可知需要測量的量有m、s、h，故選A、B、C.(2)由(1)的解析知Ek.(3)在 x相同的情形下，彈簧的彈性勢

19、能相同，由Epmv可知：在m增加時，速度v0減小，因而h不變時s減小，故圖線的斜率減小m不變時，v0不變，h增加時，時間變長，s變大，故圖線的斜率增大由sx圖象可知，s正比于x，即skx.則Epmvx2kx2所以Ep與x的二次方成正比答案(1)ABC(2)(3)減小增大二【預測5】 某組同學在做探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系，采用了如圖51014裝置，小車和車中砝碼的總質量用M表示，砂和砂桶的總質量用m表示圖51014(1)現(xiàn)有下列器材：電火花計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、砂桶、砂子、細線、秒表、導線、砝碼、刻度尺其中不需要的器材是_，還需要的器材是_(2)在

20、做實驗過程中，以下做法正確的是_A平衡摩擦力時，應把砂桶用細線通過定滑輪系于小車上B砂和砂桶質量m一定時，改變小車(含砝碼)質量M，都需重新平衡摩擦力C實驗中，要求砂和砂桶質量m遠小于小車(含砝碼)質量MD在探究外力一定，加速度與質量關系時，應該改變砂桶與砂的質量m解析(1)根據(jù)該實驗的原理和所給實驗器材可知不需要的器材是秒表，還需要的器材是天平(測量小車和車中砝碼的總質量、砂和砂桶的總質量)(2)平衡摩擦力時不應把砂桶用細線通過定滑輪系于小車上，且只要不改變長木板的傾角都不需要重新平衡摩擦力，故A、B選項錯誤；對系統(tǒng)而言，根據(jù)牛頓第二定律可得，(mM)amg，當Mm時，對小車(含砝碼)才有M

21、amg，故C選項正確；根據(jù)控制變量法可知，當探究外力一定，加速度與質量的關系時，應改變小車(含砝碼)的質量，而不是改變砂和砂桶的質量，故D選項錯誤答案(1)秒表天平(2)C【預測6】 (1)某興趣小組想通過物塊在斜面上運動的實驗探究“合外力做功和物體速度變化的關系”實驗開始前，他們提出了以下幾種猜想：W，Wv，Wv2.他們的實驗裝置如圖51015甲所示，PQ為一塊傾斜放置的木塊，在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點時的速度)，每次實驗，物體從不同初始位置由靜止釋放圖51015同學們設計了以下表格來記錄實驗數(shù)據(jù)，其中L1、L2、L3、L4代表物體分別從不同初始位置處無初速釋放時初始

22、位置到速度傳感器的距離，v1、v2、v3、v4表示物體每次通過Q點的速度實驗次數(shù)1234LL1L2L3L4vv1v2v3v4他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的Lv圖象，并得出結論Wv2.他們的做法是否合適，你有什么好的建議？_(2)在此實驗中，木板與物體間摩擦力的大小_(填“會”或“不會”)影響探究結果解析(1)采用表格方法記錄數(shù)據(jù)繪制的Lv圖象是曲線，不能得出結論Wv2.為了更直觀地看出L和v的變化關系，應該繪制Lv2圖象(2)重力和摩擦力的總功W也與距離L成正比，因此不會影響探究的結果答案(1)不合適，應進一步繪制Lv2圖象(2)不會?？紗栴}四創(chuàng)新拓展型實驗命題特點近幾年高考中力學創(chuàng)新型實

23、驗的命題幾率明顯增加，2011年新課標全國卷中運用光電門研究勻變速直線運動，2012年海南卷、浙江卷、山東卷和江蘇卷力學實驗均為創(chuàng)新型實驗有的是全新的實驗，有的是課本實驗的創(chuàng)新改造，試題的特點是一般都給定實驗方案和實驗器材，要求學生(1)補全該實驗的操作過程及所需要測量的物理量(2)處理實驗數(shù)據(jù)應考必備(1)要完成好創(chuàng)新拓展實驗，必須掌握基本儀器的使用方法、基本的實驗方法和基本物理原理(2)實驗過程的研究應以減小實驗誤差和不造成錯誤為主要依據(jù)應在明確實驗原理的基礎上進行實驗數(shù)據(jù)處理，往往需要先根據(jù)物理規(guī)律推導出物理量間的關系式，通過圖象與函數(shù)處理數(shù)據(jù)【典例5】 (2013江蘇卷，11)某興趣小

24、組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖51016所示傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關K，電磁鐵吸住第1個小球手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復，電磁鐵又吸住第2個小球當?shù)?個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落.這樣，就可測出多個小球下落的總時間圖51016(1)在實驗中，下列做法正確的有_A電路中的電源只能選用交流電源B實驗前應將M調(diào)整到電磁鐵的正下方C用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度D手動敲擊M的同時按下秒表開始計時(2)實驗測得小球下落的高度H1.980 m,10個小球下落的總時間T6.5 s可求出重力加速度

25、g_m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)在不增加實驗器材的情況下，請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法(4)某同學考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間t磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差t，這導致實驗誤差為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2.他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除t對實驗結果的影響？請推導說明解析(1)無論是交流電還是直流電電磁鐵都可以具有磁性而正常工作，A項錯；滿足實驗條件M必須在電磁鐵的正下方，B項正確；考慮到實驗實際情況，應從小球下邊緣到M點的距離作為小球下落的高度，則C錯；敲擊M的同時開始計時是準確的，D正確(2)由公式Hgt2、t，計

26、算結果g9.4 m/s2，(3)本題關鍵是準確計時，因此采用累加法計時，同時適當增加小球下落高度可以減小誤差，多次測量求平均值是減小偶然誤差常用的方法(4)由H1g2和H2g2，可解得g從而消去t的影響答案(1)BD(2)9.4(3)增加小球下落的高度；多次重復實驗，結果取平均值(4) g【預測7】 某學習小組利用自行車的運動“探究阻力做功與速度變化的關系”人騎自行車在平直的路面上運動，當人停止蹬車后，由于受到阻力作用，自行車的速度會逐漸減小至零，如圖51017所示在此過程中，阻力做功使自行車的速度發(fā)生變化設自行車無動力后受到的阻力恒定(1)在實驗中使自行車在平直的公路上獲得某一速度后停止蹬車，需要測出人停止蹬車后自行車向前滑行的距離s，為了計算自行車的初速度v，還需要測量_(填寫物理量的名稱及符號)(2)設自行車受到的阻力恒為f，計算出阻力做的功W及自行車的初速度v.改變?nèi)送Ｖ沟跑嚂r自行車的速度，重復實驗，可以得到多組測量值以阻力對自行車做功的大小為縱坐標，自行車初速度為橫坐標，作出Wv曲線分析這條曲線，就可以得到阻力做的功與自行車速度變化的定性關系在實驗中作出Wv圖象如圖所示，其中符合實際情況的是_圖51017解析(1)人停止蹬車后做勻減速運