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物理（广东）22专题九物理实验331．力学实验部分要求掌握的知识点有：(1)研究匀变速直线运动(2)探究弹力和弹簧伸长的关系(3)验证力的平行四边形定则(4)验证牛顿运动定律(5)探究动能定理(6)验证机械能守恒定律(7)验证动量守恒定律．2．力学实验的特点(1)在力学实验中打点计时器的应用非常广泛，在七个实验中有五个实验用到了打点计时器．涉及打点计时器及其纸带数据分析的试题几乎年年都考，应引44起足够重视．力学实验的创新也是高考的热点内容，实验考查以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况，灵活运用学过的实验方法完成新的实验(如：2009年广东高考实验题引入了拉力传感器和速度传感器探究动能定理)．(2)力学实验中数据的处理，作图法应用较多，用作图法处理数据的优点是直观、简便，能有效地减少偶然误差对测量结果的影响．由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系．对此应多加训练，熟练掌握．551．通过实验探究弹力和弹簧伸长的关系当在竖直悬挂的弹簧下挂上钩码时，弹簧被拉长，产生向上的弹力．由二力平衡条件可知，钩码静止时，钩码的重力等于弹簧的弹力．当钩码重力增大时，弹力也增大，弹簧弹伸长量增大．所以研究弹簧的弹力与弹簧伸长量之间的关系，可以转换为探究弹簧伸长量与钩码重力的关系．由此可知，实验中需测量的量有：悬挂不同数量钩码时弹簧的伸长量、钩码的重力．66例1：(2009·广州二模)通过“探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为L0和L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想．甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以，k1=k2=k3乙同学：弹簧越短劲度系数越大，所以，k1k2k3231377丙同学：弹簧越长劲度系数越大，所以，k1k2k3(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有：——————————————————————————————。(2)简要写出实验步骤．(3)图911是实验得到的图线．根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？图91188答案：(1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(2)实验步骤：①将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的长度L0；②在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n个)并用刻度尺测量弹簧的长度L1；③由F=mg计算弹簧的弹力；由x=L1-L0计算出弹簧的伸长量．由k=计算弹簧的劲度系数；④改变钩码的个数，重复实验步骤②、③，并求出弹簧A的劲度系数k1的平均值．⑤按要求将弹簧A剪断成B、C两段，重复实验步骤①、②、③、④.分别求出弹簧B、C的劲度系Fx99数k2、k3的平均值．比较k1、k2、k3得到结论．(说明：不一定严格按以上顺序答题，只要条理清楚、能完成实验的，都算对)(3)同一根弹簧上截下的几段，越短的段，劲度系数越大(或越长的段，劲度系数越小)．1010点评：在物理学中经常用到图象处理物理问题．用作图法处理实验数据并得出相关的结论是科学研究中的一种重要方法，也是高考中的重点内容，近年来在高考中出现的几率特别高．在作图时，应该根据所给出的坐标纸合理选取两坐标轴的标度，使得图线大致占满整个区域，以便减小偶然误差．根据描出的点，作出平滑曲线或直线，注意所画出的线不一定过所有点，而是应尽量使各点较均匀地分布在图线的两侧，画直线或曲线的过程就是取平均的过程．11112．验证力的平行四边形定则如图912所示，将橡皮筋的一端固定于A点，另一端点用互成某个角度的两个拉力F1与F2将其拉到某个位置O，换用一个拉力F′替代前两个拉力F1与F2，也把橡皮筋拉到同一位置O，此时则可以说拉力F1和F2合力的作用效果与一个力F′的作用效果相同．若按比例作力F1、F2、F′的图示，以F1和F2为邻边作平行四边形所得的合力F与F′在误差允许范围内大小相等、方向相同，即可验证两互成角度的共点力的合成遵从平行四边形定则．图9121212由此可知，实验中应记录与测量的是：橡皮筋被拉到的位置O，各次弹簧测力计拉力的大小与方向．1313例2：(2009·汕尾市模拟题)做“互成角度的共点力合成”实验，实验步骤如下：①在水平放置的木板上，固定一张白纸．②把橡皮筋的一端固定在O点，另一端拴两根带套的细线．细线和橡皮筋的交点叫做结点．③在纸面离O点比橡皮筋略长的距离上标出A点．④用两个弹簧秤分别沿水平方向拉两个绳套，把结点拉至A点，如图913所示，记下此时两力F1和F2的方向和大小．图9131414⑤改用一个弹簧秤沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至A点．记下此时力F的方向和大小．⑥拆下弹簧秤和橡皮筋．⑦在A点按同一标度尺，作F1、F2、F力的图示．请你写出下面应继续进行的实验步骤，完成实验．⑧________________________________________________________________________；⑨________________________________________________________________________.1515答案：⑧利用平行四边形法则作F1、F2的合力F合．⑨比较F合和F的大小和方向并得出结论．点评：实验中特别强调改用一个拉力F′使结点也伸长到相同位置，目的是为了确保F′单独作用和F1、F2共同作用时橡皮条的形变量是一样的，即用一个力F′等效替代F1、F2的作用．在做实验时要注意以下问题：一是在两只弹簧测力计拉力共同作用下使橡皮条伸长到某一位置，用一只弹簧测力计拉也一定要使橡皮条伸长到相同的位置．二是在作力的图示时应选用细铅笔、大比例，这样可尽可能的减小作图误差．16163．研究匀变速直线运动规律(1)判断物体运动的性质根据打点的纸带判断物体的运动情况，一般的方法是测量每相邻两点间的距离，若相邻两点间的距离相等，则物体做匀速直线运动；若相邻两点的距离越来越大则加速若距离越来越小则减速，若相邻相等时间内的位移差s2-s1=s3-s2=s4-s3……=常数(△s=aT2)，则可以判定物体做匀变速直线运动．(2)瞬时速度v的求解方法：vn=12nnssT17172224115226335263411232221231236543212“”6-3-3-3---333()-()33(3)xxaTxxaTxxaTxxxxxxaaaTTTaaaaaaxxxxxxaaT①逐差法：从纸带上得到个相邻的相等时间内的位移，则，，，得：，加速度的求，再解由、、算出平均值就是所要测方法的加速度．1818②利用v-t图象求a：求出各点的即时速度，画出如图914的v-t图线，图线的斜率就是加速度a.图9141919例3：(2009·惠州模拟题)某同学利用一架固定好的自动相机，用同一张底片多次曝光的方法，拍下了一辆小轿车启动后不久做匀加速直线运动的照片．相邻两次曝光的时间间隔为2.0s.已知小轿车的车长为4.5m.他用刻度尺测量照片上的长度关系，结果如图915所示．请你估算这辆小轿车的加速度a=__________m/s2图9152020【解析】从照片上可得，刻度尺的1cm相当于实际长度3m.量出前后两段位移分别为4.00cm和6.70cm，对应的实际位移分别为12m和20.1m，由△s=aT2可得a=2.0m/s2.点评：“纸带”运动模型的原型是利用打点计时器打出的纸带计算小车的加速度及小车在某一位置的速度．如果在运动学中，有“连续相等时间”或“相等时间内”这一类条件，也可以把这类问题构建为纸带型模型，针对这些模型的特点，优先选择一些规律、公式去解决．2121本题一方面考查对匀变速直线运动推论△s=aT2的理解和应用，另一方面考查学生的观察(识图)能力，解题时应注意认真审图，确定出每格表示的长度，并以轿车上某一点作为基准点找出两段位移大小．求解本题时部分同学由于找不到车长和标度的对应关系而无从下手，也有的同学在计算位移时，不是以同一点为基准点造成错选A或C.