2018屆高考物理二輪復習 板塊一 專題突破復習 專題六 物理實驗 第一講 力學實驗學案_第1頁
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文檔簡介

1、第一講力學實驗 知識建構高考調研1.考查方向:高考對本專講的學生實驗的考查,主要有以下7個實驗:研究勻變速直線運動探究彈力和彈簧伸長的關系驗證力的平行四邊形定則驗證牛頓運動定律探究動能定理驗證機械能守恒定律驗證動量守恒定律2.常用的思想方法:等效法控制變量法逐差法圖象法 答案(1)逐差法、平均值法、圖象法(2) (3)刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器(4)秒表、打點計時器、光電計時系統(5)彈簧測力計、力傳感器考向一基本儀器的使用歸納提煉1毫米刻度尺的讀數精確到毫米,估讀一位2游標卡尺和螺旋測微器的讀數(1)游標卡尺的讀數方法:d主尺讀數(mm)精度游標尺上對齊刻線數值(mm)(2)螺旋測微器的讀

2、數方法測量值固定刻度(可動刻度估讀值)0.01 mm.注意要估算到0.001 mm.熟練強化1(1)某同學用自己發(fā)明的新式游標卡尺測量小鋼球的直徑,新式卡尺將主尺上39 mm在游標尺上均分成20等份如圖所示,則小鋼球的直徑為d_cm.(2)該同學又用螺旋測微器測量某電阻絲的直徑,示數如圖,則該金屬絲的直徑為_mm.解析游標卡尺20個格總長39 mm,每個格1.95 mm,比主尺上兩格(2 mm)少0.05 mm,因此讀數方法與普通20分度卡尺一樣,讀數為1.035 cm,螺旋測微器讀數注意上邊半格沒露出,還要注意估讀,根據測量值固定刻度(可動刻度估讀值)0.01 mm可得1.195 mm.答案

3、(1)1.035(2)1.1952(2017河北名校聯盟)一種游標卡尺,它的游標尺上有50個小的等分刻度,總長度為49 mm,用它測量某工件寬度,示數如圖甲所示,其讀數為_ mm;圖乙中的螺旋測微器讀數為_ mm.解析本題考查游標卡尺和螺旋測微器讀數,意在考查學生儀器的使用和讀數能力.50刻度游標卡尺的精確度為0.02 mm,讀數23 mm100.02 mm23.20 mm;螺旋測微器讀數1 mm13.00.01 mm1.130 mm.答案23.201.130(0.002均對)3(2017福建廈門質檢)某同學用如圖甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時,他應先轉動_到F靠近小球,再轉動_到F夾住小球

4、,直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止,撥動_使F固定后讀數(填儀器部件字母符號)正確操作后,螺旋測微器的示數如圖乙所示,則小球的直徑是_mm.解析用螺旋測微器測小球直徑時,先轉動旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球,再轉動微調旋鈕H使測微螺桿F夾住小球,直到棘輪發(fā)出聲音為止,撥動旋鈕G使F固定后讀數,讀數為6.5 mm20.00.01 mm6.700 mm.答案DHG6.700(1)螺旋測微器讀數時應注意的問題固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經露出.可動刻度的旋鈕要估讀,估讀到0.001 mm.(2)游標卡尺讀數技巧讀數時應以毫米為單位,讀出后再進行單位換算.主尺上的讀數,應以游標尺零刻度左端主尺上的刻度為

5、準.20分度的游標卡尺,其讀數要精確到0.05 mm,讀數的最后一位數字為“0”或“5”.50分度的游標卡尺,其讀數要精確到0.02 mm,讀數的最后一位數字為“0”、“2”、“4”、“6”、“8”.考向二紙帶類實驗歸納提煉1一套裝置涉及??嘉鍌€實驗:(1)研究勻變速直線運動;(2)驗證牛頓第二定律;(3)探究動能定理;(4)驗證機械能守恒;(5)測定動摩擦因數2紙帶的三大應用(1)由紙帶確定時間要區(qū)別打點計時器(打點周期為0.02 s)打出的點與人為選取的計數點之間的區(qū)別與聯系,若每五個點取一個計數點,則計數點間的時間間隔t0.1 s.(2)求解瞬時速度利用做勻變速運動的物體在一段時間內的平

6、均速度等于這一段時間中間時刻的瞬時速度求打某一點的瞬時速度如圖甲所示,第n點時的速度vn.(3)用“逐差法”求加速度如圖乙所示,因為a1,a2,a3,所以a.熟練強化角度一研究勻變速直線運動1(2017全國卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴)(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運動的(2)該小組同學根據

7、圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為_m/s,加速度大小為_m/s2.(結果均保留2位有效數字)解析本題考查研究勻變速直線運動(1)由于小車獲得速度后在摩擦力作用下減速運動,故相鄰水滴間的距離逐漸減小,結合圖(b)可知小車向左運動(2)由題意知,30 s內滴下46滴水,共45個時間間隔,故相鄰兩滴水的時間間隔T s s由勻變速直線運動中平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得vA mm/s0.19 m/s.由逐差法得小車運動的加速度為a mm/s20.037 m/s2.答案(1)從右向左(2)0.190.037角度二研究加速度與合外力的關系2利用力傳感器研究

8、“加速度與合外力的關系”的實驗裝置如圖所示(1)(多選)下列關于該實驗的說法,錯誤的是_A做實驗之前必須平衡摩擦力B小車的質量必須比所掛鉤碼的質量大得多C應調節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行D為了實驗安全,打點計時器接直流電源(2)從實驗中挑選一條點跡清晰的紙帶,每5個點取一個計數點,用刻度尺測量計數點間的距離如圖所示已知打點計時器每間隔0.02 s打一個點由圖可知A、B兩點間的距離s1_cm;該小車的加速度a_m/s2(計算結果保留2位有效數字),實驗中紙帶的_(選填“左”或“右”)端與小車相連接解析(1)為確保小車所受拉力等于小車所受合外力,必須平衡摩擦力,且使拉力與木板方向平行,A、C項正

9、確;因為小車拉力由力傳感器直接測量,故小車質量與鉤碼質量無關,B項錯誤;打點計時器正常工作時必須使用交流電源,D項錯誤(2)由刻度尺讀數規(guī)則可知,A、B兩點間距離為7.0 mm0.70 cm;由逐差公式可知,小車的加速度a,計數點間隔0.1 s,所以小車的加速度為0.20 m/s2;小車做加速運動,所以點跡較密集的一端為與小車相連的一端答案(1)BD(2)0.700.20左角度三驗證機械能守恒3(2017天津卷)如圖所示,打點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落,利用此裝置驗證機械能守恒定律(1)(多選)對于該實驗,下列操作中對減小實驗誤差有利的是_A重物選用質量和密度較大的

10、金屬錘B兩限位孔在同一豎直面內上下對正C精確測量出重物的質量D用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物(2)(多選)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶較長,圖中有部分未畫出,如圖所示紙帶上各點是打點計時器打出的計時點,其中O點為紙帶上打出的第一個點重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出,利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有_AOA、AD和EG的長度BOC、BC和CD的長度CBD、CF和EG的長度DAC、BD和EG的長度解析本題考查“驗證機械能守恒定律”實驗(1)選用質量大的金屬錘,可保證下落過程中紙帶豎直不松弛;

11、金屬錘密度大,體積就小,下落過程中所受阻力?。簧舷孪尬豢讓φ?,可減小摩擦;本實驗中要驗證mv2mgh,即驗證v22gh,不用測量重物的質量;實驗時用手抓緊紙帶上端,接通電源,打點計時器工作穩(wěn)定后,再松手釋放紙帶,不用用手托住重物(2)本實驗中,需要測某點的瞬時速度和從起始點到該點的距離,或者兩點的速度及其間距,符合要求的選項有B、C.答案(1)AB(2)BC紙帶類問題是力學實驗中出現率最高的內容,多以課本實驗為藍本進行升級變形,從整體角度看,力學中的四個打點描跡類實驗都存在共性,因此在某種程度上可以做到“一個裝置多種用途”的效果.考向三“橡皮條、彈簧”類實驗考點歸納1探究彈力和彈簧伸長量的關系

12、(1)實驗原理要測出每次懸掛重物的重力大小F和彈簧伸長的長度x,建立Fx坐標,描點作圖探究(2)操作關鍵實驗中不能掛過多的鉤碼,使彈簧超過彈性限度作圖象時,不要連成“折線”,而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側2驗證力的平行四邊形定則(1)實驗原理使一個力作用效果跟兩個力共同作用效果相同(2)操作關鍵每次拉伸結點位置O必須保持不變;記下每次各力的大小和方向;畫力的圖示時應選擇適當的標度熟練強化角度一驗證力的平行四邊形定則1(2017全國卷)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示將橡皮筋的一

13、端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出測力計的示數如圖(b)所示,F的大小為_N.(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O點此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F14.2 N和F25.6 N.用5 mm長度的線段表示1 N的力,以O為作用點,在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合;F合的大小為_N,F合與拉力F的夾角

14、的正切值為_若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內,則該實驗驗證了力的平行四邊形定則解析(1)由測力計的讀數規(guī)則可知,讀數為4.0 N(2)利用平行四邊形定則作圖;由圖可知F合4.0 N,從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線,頂點的橫坐標對應長度為1 mm,頂點的縱坐標長度為20 mm,則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05.答案(1)4.0(2)F1、F2和F合如圖所示4.00.05角度二探究彈簧彈力與伸長量的關系2某同學利用如圖甲所示的裝置探究彈簧的彈力與其伸長量的關系,在鐵架臺的頂端固定一刻度尺,另將一下端固定有指針的彈簧也固定在鐵架臺上然后該同學進行了如下的操

15、作:首先在彈簧的下端不掛任何重物,記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值,然后在彈簧的下端掛上鉤碼,并將彈簧下端所掛鉤碼的個數逐個增加,依次記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值,將所得的數據記錄在下表中已知每個鉤碼的質量均為m100 g,重力加速度取g9.8 m/s2.鉤碼個數01234567刻度值x/cm15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)由表中記錄的數據,在圖乙的坐標系中作出刻度值與彈簧下端所掛鉤碼的質量的變化規(guī)律圖線(2)已知胡克定律Fkx,則由作出的圖線可確定在0到_N的范圍內彈簧的彈力與伸長量成正比,此彈簧的勁度系數k_N/m.而圖線末端發(fā)

16、生彎曲的原因為_解析(1)根據題目中所測量的數據進行描點,然后用平滑的曲線(或直線)連接各點,在連接時應讓盡量多的點落在線上(偏差比較大的點舍去),不在線上的點盡量平均分配在線的兩側(2)根據所作出的圖象可以看出,當m5102 g0.5 kg時,標尺刻度x與鉤碼質量m成一次函數關系,所以在F4.9 N范圍內彈力大小與彈簧伸長量滿足胡克定律由胡克定律Fkx可知,k25 N/m,根據圖象可知,當彈簧的彈力大于4.9 N時圖線末端發(fā)生彎曲,其原因是彈簧超出了彈性限度答案(1)如圖所示(2)4.925彈簧超出了彈性限度角度三探究彈簧的彈性勢能3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

17、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(a)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回答下列問題:(1)(多選)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彈簧原長l0(2)用所選取的測量量和已知量表示Ek,得Ek_.(3)圖(b)中的直線是實驗測量得到的sx圖線從理

18、論上可推出,如果h不變,m增加,sx圖線的斜率會_(選填“增大”“減小”或“不變”);如果m不變,h增加,sx圖線的斜率會_(選填“增大”“減小”或“不變”)由圖(b)中給出的直線關系和Ek的表達式可知,Ep與x的_次方成正比解析(1)(2)如圖所示,小球拋出時動能Ekmv.平拋運動有sv0t,hgt2.解三式得Ek,則需測量小球質量m、桌面高度h及落地水平距離s.(3)由能量守恒定律得,彈簧的彈性勢能EpEk.由式知Eps2,由題給直線關系知sx,則Ep(x)2.由式知s,則s2 x.sx圖線的斜率正比于,如果h不變,m增加,sx圖線的斜率將會減小如果m不變,h增加,則sx圖線的斜率會增大答

19、案(1)ABC(2)(3)減小增大2彈簧類問題數據處理方法(1)列表法:直接從表格數據中得到彈力F與伸長量x的比值是一個常數(2)圖象法:以彈力F為縱坐標,彈簧的伸長量x為橫坐標,根據所測數據,在坐標系中描點連線,可得到一條過原點的直線作圖象時要使盡可能多的點在一條直線上,不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線兩側,如果遇到個別偏差較大的點屬誤差較大或錯誤的,應舍去如果橫坐標是彈簧的總長度,則畫出的Fx關系圖象不過原點,但是Fx圖象中傾斜直線的斜率都等于彈簧的勁度系數(3)函數法:在誤差允許范圍內,可寫出彈力與彈簧伸長量的函數關系式Fkx.實際解題中常與圖象法配合使用,以得到函數式或對比實際關

20、系式以計算物理量等高考題型預測力學創(chuàng)新實驗考點歸納創(chuàng)新設計實驗通常可分為兩類:第一類為通過實驗和實驗數據的分析得出物理規(guī)律;第二類為給出實驗規(guī)律,讓你選擇實驗儀器,設計實驗步驟,并進行數據處理第一類必須在實驗數據上下工夫,根據數據特點,掌握物理量間的關系,得出實驗規(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,根據問題聯想相關的實驗模型,確定實驗原理,選擇儀器設計實驗步驟、記錄實驗數據并進行數據處理典題示例(2017河北名校聯盟)某實驗小組利用彈簧秤和刻度尺,測量滑塊在木板上運動的最大速度實驗步驟: 用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G;將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細繩

21、和固定彈簧秤相連,如圖甲所示在A端向右拉動木板,待彈簧秤示數穩(wěn)定后,將讀數記作F;改變滑塊上橡皮泥的質量,重復步驟;實驗數據如下表所示:G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h;滑塊由靜止釋放后開始運動并最終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞),測量C、D間的距離s.完成下列作圖和填空:(1)根據表中數據在給定坐標紙上作出FG圖線(2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數_(保留2位有效數字)(3)滑塊最大速度的大小v_(用h、s、和重力加速度g表示)審題指導第一步讀題干提信息題干信息1)向右拉動木板說明滑塊與板之間是滑動摩擦力2)彈簧秤示數穩(wěn)定后說明滑塊靜止,處于平衡狀態(tài)3)最終停在木板上的D點說明滑塊末速度為0第二步審程序順思路解析(1)如圖所示(2)因彈簧秤示數穩(wěn)定后滑塊靜止,由題意知此時滑動摩擦力fF,又因滑塊與板間壓力NG,故由fN得FG,即FG圖線的斜率即為,由圖線可得k0.40.(3)設最大速度為v,從P下降h高度到滑塊運動到D點的過程中由動能定理得0mv2mg(sh),故

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