（通用版）2020高考物理二轮复习 专题六 实验 第12课时 力学实验课件

第12课时力学实验专题六实验复习备考建议(1)实验命题不避热点、注重陈题翻新；重点实验频频考，其他实验“轮换”考.不局限于《考试大纲》中要求的实验，在已学过的实验(包括演示实验、课外小实验等)基础上变换情景.(2)注重对实验原理、实验方法的考查，而非实验本身.新任务、新情景对原理分析、方法选择、数据处理、误差分析等能力要求较高.平均值法、逐差法、图象法、列表法、公式法等数据处理方法反复考查，尤其是图象法，作图与图象分析是热点与亮点.(3)电学实验在实验中所占比重相对较大，难度也较力学实验高，也是大多数同学失分较多的地方.无论是源于教材的实验还是创新的实验，其实验原理都基于闭合电路欧姆定律、串并联电路(部分电路欧姆定律)等基本规律，所以电路分析才是实验基础.电表读数、实物图连接作图、仪器选择、误差分析等基本功要熟练.栏目索引考点1纸带类实验考点2弹簧、橡皮条类实验考点3验证动量守恒定律考点4力学创新拓展实验新课标《考试大纲》规定的力学实验中有五个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、探究加速度与力、质量的关系、探究做功和物体速度变化的关系、验证机械能守恒定律和验证动量守恒定律.这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法.考点1纸带类实验1.纸带的三大应用(1)由纸带确定时间与位移要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算.(2)求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图1所示，打n点时的瞬时速度vn＝________.xn＋xn＋12T图1(3)用“逐差法”求加速度如图2所示，a＝______________________.x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2图22.光电门的两大应用有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下：①求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看作遮光条经过光电门的瞬时速度，即v＝____.②求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即.dΔta＝v22－v122L例1(2019·贵州贵阳市一模)如图3所示，为探究“质量一定时，物体的加速度与所受合外力的关系”的实验装置.图3某同学的实验步骤如下：①用天平测量并记录滑块和拉力传感器的总质量M；②调整长木板和滑轮，使长木板水平，细线与长木板平行；③在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放滑块，记录拉力传感器的读数F，根据相对应的纸带，求出滑块的加速度a；④多次改变托盘中砝码的质量，重复步骤③.请按要求回答下列问题：(1)图4是该同学实验得到的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带求出滑块的加速度大小为_____m/s2(结果保留三位有效数字).图4图52.00解析利用逐差法处理实验数据可得：a＝x6＋x5＋x4－x1＋x2＋x33T2，代入数据可得a≈2.00m/s2；(2)该同学由实验得到的数据，画出如图5所示的F－a图线，图线不通过原点的原因是_______________________________；图4图5解析由题图可知，当细线上有拉力时，滑块的加速度却为零，由此可知实验之前该同学未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(3)该实验还可测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，其值可用M、F0、g表示为μ＝_____(其中M为滑块和拉力传感器的总质量，F0为图中的纵截距，g为重力加速度)，与真实值相比，测得的动摩擦因数_____(选填“偏大”或“偏小”).解析根据牛顿第二定律F－μMg＝Ma，解得：F＝Ma＋μMg，偏大F0Mg故F－a图线的斜率k＝M，μ＝F0Mg，由于存在纸带与限位孔间的摩擦力和空气阻力，导致测得的动摩擦因数偏大.1.(2019·全国卷Ⅰ·22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图6所示.已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出.在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是___点.在打出C点时物块的速度大小为______m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_______m/s2(保留2位有效数字).变式训练图6A0.2330.75根据刻度尺读数规则可读出，B点对应的刻度为1.20cm，C点对应的刻度为3.15cm，D点对应的刻度为5.85cm，E点对应的刻度为9.30cm，AB＝1.20cm，BC＝1.95cm，CD＝2.70cm，DE＝3.45cm.两个相邻计数点之间的时间T＝5×150s＝0.10s，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出C点时物块的速度大小为vC＝BC＋CD2T≈0.233m/s.由逐差法可得a＝CD＋DE－AB＋BC4T2，解得a＝0.75m/s2.解析根据题述，物块加速下滑，在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是A点.例2(2019·山东临沂市质检)某同学用如图7所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验时，所用交流电源的频率为50Hz，得到如图所示的纸带.选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0＝19.00cm，点A、C间的距离为s1＝8.36cm，点C、E间的距离为s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，测得重物的质量为m＝1kg.(1)下列做法正确的有_____.A.图中两限位孔必须在同一竖直线上B.实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直C.实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源D.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置图7AB数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故D错误.解析题图中两限位孔必须在同一竖直线上，故A正确；实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；(2)如图8所示，选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是_____J，打下C点时重物的速度大小是____m/s.(结果均保留三位有效数字)图82.682.28解析重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1kg×9.8m/s2×(19.00＋8.36)×10－2m≈2.68J打下C点时重物的速度vC＝s1＋s24T＝2.28m/s(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的____.v22C解析在验证机械能守恒定律的实验中，有：12mv2＝mgh则有：12v2＝gh，g是常数，所以图线为过原点的倾斜直线，故C正确.变式训练2.(2019·甘肃河西五市一模)在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图9甲所示的实验装置.图9(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是_____(填选项前的字母).A.保证钩码的质量远小于小车的质量B.选取打点计时器所打第1点与第2点间的距离约为2mm的纸带来处理数据C.把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D.必须先接通电源再释放小车AC解析为使钩码的重力近似等于小车受到的合力，需要把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，故C正确；同时保证钩码的质量远小于小车的质量，减小钩码失重带来的误差，故A正确；D项是打点计时器实验的正确做法，对减小本题中的实验误差无影响，故D错误；B项为保证重物由静止开始做自由落体运动的措施，故B错误.(2)如图乙为实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，重力加速度为g，测出小车的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是_____，小车动能的增量是_______________.(用题中和图中的物理量符号表示)mgx12M[(x22T)2－(x12T)2]解析从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功为：W＝mgh＝mgx根据中间时刻的速度等于平均速度得：vB＝x12T，vE＝x22T，小车动能的增量是：ΔEk＝12MvE2－12MvB2＝12M[(x22T)2－(x12T)2].1.注意橡皮条、弹簧本身的特点，力的特点是不能突变，能的特点是弹簧拉伸和压缩相同的量势能相等，在实验中也会用到.2.弹簧弹性势能表达式不需推导和应用，但还是要知道，在验证性实验中常用到其结论.考点2弹簧、橡皮条类实验例3(2019·吉林名校第一次联合模拟)某物理兴趣小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用的实验装置如图10甲所示.图10(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，游标卡尺主尺的最小刻度为1mm，则由该图可得遮光条的宽度d＝______cm.0.975解析游标卡尺的读数等于9mm＋0.05×15mm＝9.75mm＝0.975cm.(2)将气垫导轨接通气源，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平；并把实验所需的器材都安装无误.将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离均相同.现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t，则滑块最后做匀速运动的速度表达式为v＝___(用对应物理量的字母表示).dt解析滑块经过光电门时，挡住光的时间极短，故可用平均速度代替滑块经过光电门位置的瞬时速度，v＝dt.(3)保持橡皮条的拉伸距离不变，逐根增加橡皮条的数目，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度，则在操作正确的情况下，作出的W－v2图象应为__________________________(填“过坐标原点的一条倾斜直线”或“过坐标原点的一条抛物线”).过坐标原点的一条倾斜直线解析根据动能定理可知，合外力做的功应等于滑块动能的变化量，有W＝12mv2－0，所以画出的W－v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线.3.(2019·江西南昌市一模)某物理课外兴趣小组的三名同学想验证力的平行四边形定则，他们找到了如下物品：一根粗细均匀的长橡皮筋、木板、剪刀、白纸、铅笔、刻度尺、三角板、三个质量相同的钩码、图钉和细绳套若干.他们设计了如下实验方案：步骤1：橡皮筋一端固定，另一端系上细绳套，分别挂上一个、两个、三个钩码，用刻度尺测量挂上相应的钩码时橡皮筋的长度，看伸长量是否与所挂钩码数成正比，若成正比则进行下一步；步骤2：将橡皮筋剪成长度均为l的三段，将三段橡皮筋的一端系在一起设为结点O，另一端均系上细绳套，任取两细绳套对拉检查对应橡皮筋长度是否相等，若相等则进行下一步；步骤3：在木板上固定白纸，在白纸合适位置用图钉套住一细绳套，现用手将另两细绳套成一定角度往下拉适当的距离，记录结点O的位置和测量三段橡皮筋的长度l1、l2、l3.(如图11所示)图11(1)则有关上述操作说法正确的有_______.A.步骤1的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律B.步骤2的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同C.步骤3还需要记录橡皮筋2、3的方向D.步骤3还需要测力计测量三段橡皮筋的拉力大小ABC(2)该小组的三名同学分别做此实验，则他们在改变细绳的夹角再做实验时_______(填“需要”或“不需要”)保证结点O位置不变.现测得l＝10.0cm，则甲、乙、丙记录的数据明显存在错误的是_____(填“甲”“乙”或“丙”).甲：l1＝l2＝l3＝15.0cm；乙：l1＝15.0cm，l2＝12.0cm，l3＝12.0cm；丙：l1＝16.0cm，l2＝13.0cm，