2020届高考物理艺考生大二轮总复习 上篇 专题六 物理实验 第1讲 力学实验课件

专题六物理实验第1讲力学实验高考总复习大二轮物理三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养力学实验考查形式为多知识点覆盖和组合，考查定性分析和定量计算相结合，对学生探究能力提出了较高要求．考查点：①基本实验仪器的使用：如弹簧测力计、打点计时器、游标卡尺；2019Ⅰ卷22T测加速度科学态度Ⅱ卷22T测动摩擦因数科学态度Ⅲ卷22T测加速度证据2018Ⅰ卷22T测弹簧的劲度系数科学态度Ⅱ卷23T测动摩擦因数科学态度Ⅲ卷22T测人的反应时间证据、交流Ⅰ卷22T研究小车的直线运动证据Ⅱ卷22T探究平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系证据、科学态度2017Ⅲ卷22T验证力的平行四边形定则证据②以纸带或者光电门为测量工具的实验，如研究匀变速直线运动、验证牛顿第二定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律；③以弹簧为测量工具的实验，如探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则；等.考向一以游标卡尺或螺旋测微器为测量工具的力学实验[知识必备]——提核心通技法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.[典题例析]——析典题学通法[例1](2018·全国卷Ⅰ，22T)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为______N/m(保留3位有效数字)．[解析]主尺读数3.7cm，即37mm，游标尺读数为15，所以读数为：37mm＋15×120mm＝37.75mm＝3.775cm.由F＝kΔx得：k＝FΔx＝mgx2－x1＝0.100×9.803.775－1.950×10－2N/m＝53.7N/m.[答案]3.77553.7[跟进题组]——练考题提能力1．(2020·合肥质检)(1)图甲是用游标卡尺测量某金属圆筒外径时的示数，可读出该圆筒外径为________cm.(2)图乙是用螺旋测微器测量某金属棒直径时的示数，可读出该金属棒直径为________mm.解析：(1)游标卡尺主尺读数为24mm,50分度游标卡尺的精确度为0.02mm，游标尺第48条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为0.96mm，所以该圆筒外径测量值为24.96mm＝2.496cm.(2)螺旋测微器固定刻度部分读数为2.5mm，可动刻度部分最小分度值为0.01mm，可动刻度部分读数为32.7×0.01mm＝0.327mm，因此金属棒的直径测量值为2.827mm.答案：(1)2.496(2)2.827(2.826～2.828均对)2.在一次实验中，张华同学用螺旋测微器测某长方体工件的厚度如图所示，根据图示可判断其厚度为________mm；该学生用下列某种仪器测得该工件的宽度为1.275cm.则该同学所用的仪器可能是________．(将正确答案的序号填在横线上)①螺旋测微器②10分度游标卡尺③20分度游标卡尺④50分度游标卡尺解析：螺旋测微器固定刻度部分读数为1.5mm，可动刻度部分最小分度值为0.01mm，可动刻度部分读数为20.0×0.01＝0.200，因此工件厚度为1.700mm.若用某种仪器测出的工件的宽度为1.275cm＝12.75mm，由于以毫米为单位，小数点后有两位有效数字，测量仪器不可能是①螺旋测微器和②10分度游标卡尺，又由于最后一位是5，只有20分度的游标卡尺最后一位才是0或5，所以应是③.答案：1.700③[易错警示]——辨易错防未然游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位．(2)游标卡尺在读数时先确定主尺的分度(一般是1cm，即10mm)，把数据读成以毫米为单位的，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．游标卡尺读数不估读．(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度，而把主尺的示数读错．(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出，由可动刻度的0刻度线位置判定；要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字.考向二以打点计时器或光电门为计时工具的力学实验[知识必备]——提核心通技法1．计时仪器的测量方法计时仪器测量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.纸带的处理方法(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)求解瞬时速度利用做匀变速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求打某一点的瞬时速度．如图甲所示，第n点的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T.甲(3)用“逐差法”求加速度乙如图乙所示，因为a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1－x2－x39T2.[典题例析]——析典题学通法[例2](2019·课标Ⅱ，22)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等．回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝______________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)．(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示．图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)．重力加速度为9.80m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留2位小数)．[审题指导](1)利用牛顿第二定律列方程得出μ的表达式．(2)认真读题，注意g用9.80m/s2来计算，而不能习惯性用10m/s2来计算．(3)利用逐差法，精准计算加速度值．[解析]本题考查牛顿第二定律及考生的实验探究能力，体现了科学探究与科学推理的核心素养．(1)对铁块，根据牛顿第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝gsinθ－agcosθ.(2)利用逐差法可得a＝[76.39－31.83－31.83－5.00]×10－29×0.12m/s2＝1.97m/s2，由于θ＝30°，g＝9.80m/s2，则μ＝0.35.[答案](1)gsinθ－agcosθ(2)0.35[跟进题组]——练考题提能力1．(2019·课标Ⅲ，22)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验．实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照．已知相机每间隔0.1s拍1幅照片．(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________．(填正确答案标号)A．米尺B．秒表C．光电门D．天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法．答：______________________________________________(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，则该地的重力加速度大小为g＝________m/s2.(保留2位有效数字)解析：本题考查了匀变速直线运动中数据的处理与加速度的计算，考查了学生的实验能力，体现了科学思维中模型建构、科学推理等素养要素，渗透了科技进步的价值观念．(1)运动时间可由相机拍照的时间间隔来确定，不需要秒表与光电门．本实验中不需要测量小球的质量，故不需要天平．但需测量小球下落的距离，故需要米尺．(2)由于不知照相机的放大倍数，故不能通过测量小球在照片上下落的距离来获得小球的实际下落距离，所以只能将米尺与小球的运动拍摄在同一张照片中．因小球做自由落体运动，故米尺只能竖直放置．(3)由Δx＝gT2得当地的重力加速度的大小为g＝ΔxT2＝0.587－0.245－0.2450.12m/s2＝9.7m/s2.答案：(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.72．用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能．将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连．先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是______________．(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________．A．弹簧原长B．当地重力加速度C．滑块C(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将______________．A．增大B．减小C．不变解析：(1)滑块离开弹簧后做匀速运动，则速度的大小为st.(2)弹簧的弹性势能完全转化成滑块的动能，即Ep弹＝12mv2，故除了测量速度外，还要测量滑块(含遮光片)的质量．(3)增大x，弹簧弹性势能增大，滑块离开弹簧后的速度增大，故从B到C所用的时间减小．答案：(1)st(2)C(3)B[规律方法]——知规律握方法利用光电门求瞬时速度和加速度的方法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内的平均速度看作物体经过光电门的瞬时速度，即v＝dΔt.(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a＝v22－v212L.考向三“橡皮条、弹簧”类实验[知识必备]——提核心通技法1．探究弹力和弹簧伸长量的关系(1)实验原理要测出每次悬挂重物的重力大小G和弹簧伸长的长度x，建立Gx坐标，描点作图探究．(2)操作关键①实验中不能挂过多的钩码，使弹簧超过弹性限度．②作图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线的两侧．2．验证力的平行四边形定则(1)实验原理使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同．(2)操作关键①每次拉伸结点位置O必须保持不变；②记下每次各力的大小和方向；③画力的图示时应选择适当的标度．[典题例析]——析典题学通法[例3](2018·新课标Ⅲ，22)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线