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第一部分专题复习讲义专题六物理实验第一讲力学实验与创新知识内容考试要求备考指津1.探究小车速度随时间变化的规律力学实验题以打点计时器为主要实验仪器，涉及位移、速度的测量，或考查螺旋测微器、游标卡尺的读数，分值较少，难度不大，命题形式为填空题.2.探究求合力的方法3.探究加速度与力、质量的关系4.研究平抛运动5.探究做功与物体速度变化的关系6.验证机械能守恒定律游标卡尺和螺旋测微器的读数【重难提炼】1．游标卡尺的读数游标尺刻度格数刻度总长度(mm)每小格与1mm差(mm)精确度(mm)测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时)(mm)1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n2.螺旋测微器的读数测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读值)×0.01mm某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示．该工件的直径________cm，高度为________mm.[解析]题图甲为20分度的游标卡尺，其精度为0.05mm.主尺读数为12mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12mm＋4×0.05mm＝12.20mm＝1.220cm.螺旋测微器的精度为0.01mm，由题图乙知固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm.[答案]1.2206.860游标卡尺和螺旋测微器读数的“3点注意”(1)游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据转换成以毫米为单位的数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．(2)螺旋测微器在读数时，注意区别整刻度线与半毫米刻度线，注意判断半毫米刻度线是否露出．(3)游标卡尺读数时不需估读，而螺旋测微器读数时需估读．【突破训练】1．如图甲所示的游标卡尺读数为________cm，图乙中螺旋测微器的读数为________mm.解析：游标卡尺的读数4mm＋10×0.02mm＝4.20mm＝0.420cm；螺旋测微器的读数1.5mm＋23.0×0.01mm＝1.730mm.答案：0.4201.730“纸带类”实验【重难提炼】1．计时仪器的使用方法计时仪器使用方法秒表秒表的读数方法：测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无估读打点计时器(1)t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)；(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同光电计时器光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口2.纸带的数据处理(1)由纸带确定时间要区别打点计时器(打点周期为0.02s)打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔Δt＝0.02×5s＝0.10s.(2)判断物体的运动性质①若Δx＝0，则可判定物体做匀速直线运动．②若Δx不为零且为定值，则可判定物体做匀变速直线运动．(3)求解瞬时速度如图所示，打n点时的速度vn＝xn＋xn＋12T.(4)用“逐差法”求加速度如图所示，由(x4＋x5＋x6)－(x1＋x2＋x3)＝a(3T)2得a＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2.某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．(1)实验中，必要的措施是________．A．细线必须与长木板平行B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)实验时他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)．s1＝3.59cm，s2＝4.41cm，s3＝5.19cm，s4＝5.97cm，s5＝6.78cm，s6＝7.64cm.则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)[解析](1)若细线与长木板不平行，随着小车逐渐靠近滑轮，细线与水平方向的夹角增大，小车所受合力随之变化，因此小车的加速度发生变化，即小车不做匀变速直线运动，故细线必须与长木板平行，A选项必要．先接通电源，待打点计时器稳定工作后再释放小车，点迹按匀变速运动规律显现在纸带上；若先释放小车再接通电源，则开始阶段点迹不规律，误差较大，故B项必要．该实验研究小车的匀变速直线运动，与小车所受到的合力及合力大小的计算无关，故C、D项不必要．(2)交流电的频率为f＝50Hz，相邻两计数点间的时间间隔t＝0.1s，由逐差法可求小车的加速度．a＝（s6＋s5＋s4）－（s3＋s2＋s1）（3t）2＝（20.39－13.19）×10－29×10－2m/s2＝0.80m/s2vB＝s1＋s22t＝（3.59＋4.41）×10－22×0.1m/s＝0.40m/s.[答案](1)AB(2)0.800.40【突破训练】2．某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示．该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以求出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为____________，打出C点时重物下落的速度大小为____________，重物下落的加速度大小为____________．(2)已测得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.解析：(1)利用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，可得打点计时器打出B点时重物下落的速度vB＝s1＋s22T＝（s1＋s2）f2；打出C点时重物下落的速度vC＝s2＋s32T＝（s2＋s3）f2.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a＝vC－vBT＝(vC－vB)f＝（s3－s1）f22.(2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg，由牛顿第二定律得，mg－0.01mg＝ma，解得a＝0.99g.由（s3－s1）f22＝0.99g，解得f＝40Hz.答案：(1)（s1＋s2）f2（s2＋s3）f2（s3－s1）f22(2)40用图象处理实验数据【重难提炼】1．弄清横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位．2．描点要准、连线不一定通过所有数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧，且线要细．3．明确图象的斜率、截距的物理意义．某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．实验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：甲F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.乙完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．[思路点拨](1)作出F－l图象与l轴的交点横坐标即为l0.(2)“在秤钩处涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上”，即为“活结”，则FOA＝FOB.求FOA可根据橡皮筋的总长度(OA＋OB)在F－l图象中查出．[解析](1)根据表格数据，作出F－l图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0cm.(2)橡皮筋总长l＝OA＋OB＝13.60cm，根据F－l图线，可读出橡皮筋长度l＝13.60cm时的拉力为1.80N.(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图所示．(4)若F′与FOO′在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的．[答案](1)见解析图10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)见解析图(4)FOO′(1)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”．(2)有些时候，为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始．【突破训练】3．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块及遮光条都从位置A处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_______________________________．(3)改变钩码质量，读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，该同学已经将实验中的数据描入了图丙所示F－1t2坐标系中，请用平滑的曲线将各点连接起来．(4)若图丙中所作的F－1t2图象的斜率为k，设AB间的距离为s，当遮光条的宽度为d时，则滑块和遮光条的总质量为M＝________．解析：(1)由图知第6条刻度线与主尺对齐，d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度．根据运动学公式得：若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是位置A到光电门的距离L.(3)如图所示(4)由题意可知，该实验中保持滑块和遮光条的总质量M不变，因此有：v2＝2asv＝dt，a＝FM可得：d2t2＝2·FM·s，解得：M＝2Fst2d2＝2ksd2图线的斜率k＝F1t2＝Ft2.答案：(1)2.30(2)位置A到光电门的距离L(3)见解析图(4)2ksd2力学创新型实验的分析技巧【重难提炼】图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；④多次重复步骤③，求a的平均值a－；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.回答下列问题：(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图乙所示，其读数为________cm.(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________________．(3)动摩擦因数μ可用M、m、a－和重力加速度g表示为μ＝________________．(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于________________(选填“偶然误差”或“系统误差”)．[解题探究](1)遮光片经过光电门A、B时的瞬时速度vA＝____