（新课标）2020版高考物理大二轮复习 专题七 物理实验 第一讲 力学实验课件

专题综合突破第一部分专题七物理实验第一讲力学实验知识体系构建[答案](1)逐差法、平均值法、图像法．(2)(3)刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器．(4)秒表、打点计时器、光电计时系统．(5)弹簧测力计、力传感器．热点考向突破热点考向一基本仪器的使用【典例】(1)某同学用游标卡尺的________(选填“内测量爪”“外测量爪”或“深度尺”)测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为________cm.(2)该同学随后又用螺旋测微器测得玻璃杯的玻璃厚度如图乙所示，则厚度为________mm.深度尺10.032.760(3)该同学用螺旋测微器测得一小球直径如图丙所示，正确读数后得小球直径为1.731mm，则a＝________，b＝________.200(4)该同学测定一金属杆的长度和直径，示数分别如图丁、戊所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.60.104.20[思路引领]使用游标卡尺时要掌握各个部分的作用，读数时要分清最小刻度，注意游标卡尺读数时要从游标尺的0刻度开始．螺旋测微器读数时要注意固定刻度上有整毫米和半毫米两行刻度线，若半毫米刻度线未露出，则只读整毫米刻度线部分；若半毫米刻度线已露出，则连半毫米刻度线部分一起读出．刻度尺读数时要精确到最小分度，并估读到下一位．[解析](1)因需测量的是玻璃杯的内高即深度，所以要用游标卡尺的深度尺测量，根据图甲可知，游标卡尺主尺上的整毫米数为100mm，游标尺的精确度为0.1mm，且第3条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则玻璃杯的内高为100mm＋0.1mm×3＝100.3mm＝10.03cm.(2)螺旋测微器的读数规则：测量值＝固定刻度读数(注意半毫米刻度线是否露出)＋精确度(0.01mm)×可动刻度读数(一定要估读)，由图乙可知玻璃厚度为2.5mm＋0.01mm×26.0＝2.760mm.(3)因1.731mm＝1.5mm＋0.01mm×23.1，由螺旋测微器读数规则知a＝20，b＝0.(4)由图丁所示可得金属杆的长度L＝60.10cm.由图戊知，此游标尺为50分度，游标尺上第10条刻度线(不计0刻度线)与主尺上的刻度线对齐，则该金属杆直径d＝4mm＋150×10mm＝4.20mm.1．游标卡尺和螺旋测微器的读数方法(1)游标卡尺的读数方法：d＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)．(2)螺旋测微器的读数方法测量值＝固定刻度＋(可动刻度＋估读值)×0.01mm.注意要估算到0.001mm.2．螺旋测微器读数时应注意的问题(1)固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出．(2)可动刻度的旋钮要估读，估读到0.001mm.3．游标卡尺读数技巧(1)读数时应以毫米为单位，读出后再进行单位换算．(2)主尺上的读数，应以游标尺零刻度左端主尺上的刻度为准．(3)20分度的游标卡尺，其读数要精确到0.05mm，读数的最后一位数字为“0”或“5”.50分度的游标卡尺，其读数要精确到0.02mm，读数的最后一位数字为“0”、“2”、“4”、“6”、“8”．1．一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49mm，用它测量某工件宽度，示数如图甲所示，其读数为________mm；图乙中的螺旋测微器读数为__________________mm.23.201.130(±0.002均对)[解析]本题考查游标卡尺和螺旋测微器读数，意在考查学生仪器的使用和读数能力.50刻度游标卡尺的精确度为0.02mm，读数23mm＋10×0.02mm＝23.20mm；螺旋测微器读数1mm＋13.0×0.01mm＝1.130mm.2．(1)某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径，新式卡尺将主尺上39mm在游标尺上均分成20等份．如图所示，则小钢球的直径为d＝________cm.(2)该同学又用螺旋测微器测量某电阻丝的直径，示数如图，则该金属丝的直径为________mm.1.0351.195[解析](1)游标卡尺20个格总长39mm，每个格1.95mm，比主尺上两格(2mm)少0.05mm，因此读数方法与普通20分度卡尺一样，读数为1.035cm.(2)螺旋测微器读数注意上边半格没露出，还要注意估读，根据测量值＝固定刻度＋(可动刻度＋估读值)×0.01mm可得1.195mm.新式游标卡尺的刻度与传统的旧式游标卡尺明显不同，新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”，使得读数时显得清晰明了，方便了使用者正确读取数据，原理与传统卡尺相同．通常游标卡尺的刻度有10分度，20分度，50分度三种，新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19mm等分成10份，39mm等分成20份，99mm等分成50份.热点考向二纸带类实验【典例】(2019·全国卷Ⅱ)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)．gsinθ－agcosθ0.35[思路引领](1)注意两个计数点之间的时间间隔T＝0.10s.(2)可考虑用逐差法求a，减小实验误差．[解析](1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝gsinθ－agcosθ.(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T＝5×150s＝0.10s，由逐差法和Δx＝aT2，可得a＝1.97m/s2，代入μ＝gsinθ－agcosθ，解得μ＝0.35.1．一套装置涉及常考五个实验(1)研究匀变速直线运动；(2)验证牛顿第二定律；(3)探究动能定理；(4)验证机械能守恒；(5)测定动摩擦因数．2．纸带的三大应用(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＝0.1s.(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这一段时间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点时的速度vn＝xn＋xn＋12T.(3)用“逐差法”求加速度如图乙所示，因为a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1－x2－x39T2.迁移一研究匀变速直线运动1．(2019·洛阳高三统考)某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带，纸带上O、A、B、C、D、E、F、G为计数点，每两个相邻计数点间还有4个点没有画出．(1)两相邻计数点间的时间间隔为T＝________s.(2)由纸带可知，小车的加速度为a＝________m/s2，在打D点时小车的速度vD＝________m/s(以上两空保留两位有效数字)，F到G的距离大约为________cm.(3)若实验时，电源频率略低于50Hz，但该同学仍按50Hz计算小车的加速度，则测量得到的小车的加速度与真实的加速度相比将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．0.10.750.405.90偏大[解析](1)电源频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一次点，每两个相邻计数点间还有4个点没有画出，所以两相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1s.(2)由纸带数据可得Δx＝0.75cm，根据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2可得a＝ΔxT2＝0.75×10－20.12m/s2＝0.75m/s2.也可用a＝xCF－xOC9T2求得a＝13.2－6.45×10－2m9×0.01s2＝0.75m/s2.利用匀变速直线运动的推论得vD＝xOE－xOC2T＝14.50－6.45×10－2m2×0.1s＝0.40m/sxEF＝19.65cm－14.50cm＝5.15cm，xFG＝xEF＋Δx＝5.15cm＋0.75cm＝5.90cm.(3)如果在某次实验中，电源的频率f50Hz，则实际打点周期变大，根据运动学公式Δx＝aT2，分析可知，测量的加速度与真实的加速度相比偏大．迁移二探究加速度与受力的关系2．(2019·重庆七校联考)某实验小组调试如图1所示的装置准备探究加速度与受力的关系．已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz.(1)实验步骤如下：①按图1所示，安装好实验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；②不挂砝码和砝码盘的情况下，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动，其目的是____________；③挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；④改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度；⑤弹簧测力计的读数为F，则小车所受合外力大小为_____．平衡摩擦力F(2)实验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量M的关系，下列说法正确的是________．A．M必须远大于mB．M必须远小于mC．M可以不用远大于mD．M必须等于m(3)实验中打出的一条纸带如图2所示，则由该纸带可求得小车的加速度为________m/s2.C0.15[解析](1)②小车可以沿长木板匀速下滑，说明摩擦力与小车重力沿长木板方向的分力已平衡；⑤小车已平衡摩擦力，所受细线拉力即为小车所受合外力，而弹簧测力计直接测量细线拉力，故其读数F等于小车所受合外力．(2)由(1)的分析可知，弹簧测力计的读数即为小车所受合外力，故C正确．(3)根据公式Δx＝aT2可知：(0.0751－0.0721)m＝2a(5T)2，解得a＝0.15m/s2.热点考向三“橡皮条、弹簧”类实验【典例】某同学利用气垫导轨(带两个光电门和光电计时器)、带有挡光条的滑块、弹簧、砝码、刻度尺等器材设计了一个探究弹簧弹性势能的表达式的实验，部分实验步骤如下：(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定在铁架台上，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k＝________N/m.(g取9.8m/s2)砝码质量(g)50100150弹簧长度(cm)8.627.636.6650(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示．用天平测出滑块(含挡光条)的质量m；将滑块放在导轨上，调整导轨，使滑块自由滑动时通过两个光电门的速度大小________________．(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，读出滑块上的挡光条通过光电门的挡光时间t.相等(4)重复(3)中的操作，得到1t与x的关系如图丙所示．为了计算被压缩弹簧弹性势能的大小，还必须知道的物理量是________________________________(写出物理量及表示该物理量相应的字母)，弹簧弹性势能大小的表达式为Ep＝________________.挡光条的宽度L12mLt2由图丙可知，1t与x成________________关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的___________________成正比．正比例压缩量的平方[思路引领][解析](1)表格中，当砝码质量为50g时，弹簧长度为8.62cm，当砝码质量为100g时，弹簧长度为7.63cm，当砝码质量为150g时，弹簧长度为6.66cm，设弹簧的劲度系数为k，原长为x0，根据胡克定律F＝kx，有0.05kg×9.8m/s2＝k(x0－0.0862m)，0.1kg×9.8