（课标通用）2020高考物理二轮复习 专题6 物理实验 第14讲 力学实验课件

第14讲力学实验思维导图核心考点1.读数类实验(1)刻度尺、螺旋测微器等读数(2)电表类仪表读数(3)天平、弹簧测力计等读数2.纸带类实验(1)匀变速直线运动(2)牛顿第二定律(3)机械能守恒定律核心考点3.橡皮条、弹簧、碰撞类实验(1)弹力和弹簧伸长量的关系(2)动量守恒(3)力的平行四边形定则备考指要1.读数类实验的“两点”注意(1)读数时视线应与刻度平齐，不可斜视．(2)读数时要注意估读．2.涉及纸带处理的实验(1)研究匀变速直线运动．(2)验证牛顿运动定律．(3)探究动能定理．备考指要(4)验证机械能守恒．3.实验误差的主要来源(1)实验过程中的阻力产生的误差，实验中无法完全避免．(2)实验数据处理的测量误差，可采用多次测量求取平均值减小误差.真题考情剖析热点题型突破1．(2019·全国卷Ⅱ)如图甲所示，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：真题考情剖析甲(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，如图乙所示．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9.8m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________．(结果保留两位小数)乙【解题过程】解析(1)由mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝gsinθ－agcosθ.(2)由逐差法a＝x7＋x6＋x5－x1＋x2＋x312T2＝76.39－31.83－20.9012×0.12×10－2m/s2≈1.97m/s2，代入μ＝gsinθ－agcosθ，得μ≈0.35.答案(1)gsinθ－agcosθ(2)0.35[命题视角]牛顿第二定律、打点计时器的使用、逐差法求加速度[解题思维]本题的关键是在受力分析的基础上根据牛顿第二定律列出动摩擦因数与加速度的关系式及用逐差法求加速度，注意利用逐差法时要尽可能多的利用数据．热点题型突破【典例1】(2019·全国卷Ⅰ)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研究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．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．题型一研究匀变速直线运动在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(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)．解析分析可知，物块沿倾斜长木板做匀加速直线运动，纸带上的点迹，从A到E，间隔越来越大，可知，物块跟纸带的左端相连，纸带上最先打出的是A点；在打点计时器打C点瞬间，物块的速度vC＝xBD2T＝4.65×10－22×0.1m/s＝0.233m/s；根据逐差法可知，物块下滑的加速度a＝xCE－xAC4T2＝6.15－3.15×10－24×0.12m/s2＝0.75m/s2.答案(1)A(2)0.233(3)0.75纸带的三大应用(1)由纸带确定时间：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．如图所示，打n点时的瞬时速度vn＝xn＋xn＋12T.(3)用“逐差法”求加速度如图所示，a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x33T2.【跟踪训练】(2018·北京卷)用如图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．主要实验步骤如下：a．安装好实验器材．接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F、…所示．c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E、…点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5、….d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图丙所示．结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有______和______(填选项前的字母)．A．电压合适的50Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出vt图象．(3)观察vt图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________．vt图象斜率的物理意义是________．(4)描绘vt图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动．用平均速度ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是________(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差________(选填“有关”或“无关”)．(5)早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的．当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图丁所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想．请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的．解析(1)打点计时器用的是低压交流电源，故选A；打相邻计数点的时间间隔是已知的，故不需要秒表；计数点间的距离需要用刻度尺测量，故选C；由于不需要知道小车和重物的质量，故不需要天平(含砝码)．(2)先标出计数点C对应的坐标点，连线时要让尽量多的点在一条直线上，如图所示．(3)依据v­t图象是直线(斜率一定)，即小车的速度随时间均匀变化，判断出小车做匀变速直线运动；v­t图象斜率的物理意义是加速度．(4)ΔxΔt表示的是Δt内的平均速度，只有当Δt趋近于零时，ΔxΔt才表示瞬时速度．因此若用ΔxΔt表示各计数点的瞬时速度，对Δt的要求是越小越好；从实验的角度看，选取的Δx越大，Δx的测量误差就越小，算出的速度的误差就越小，因此从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差有关．(5)如果小球的初速度为零，其速度v∝t，那么它通过的位移x＝0＋v2t，故推出x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化．答案(1)AC(2)见解析图(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为零，其速度v∝t，那么它通过的位移x∝t2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化【典例2】(2018·全国卷Ⅰ)如图甲所示，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．现要测量图甲中弹簧的劲度系数，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；题型二探究弹力和弹簧伸长量之间的关系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，标尺示数如图乙所示，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(保留三位有效数字)．解析实验所用的游标卡尺最小分度为0.05mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图乙所示的游标卡尺读数为3.7cm＋15×0.05mm＝3.7cm＋0.075cm＝3.775cm.托盘中放有质量为m＝0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8N＝0.980N，弹簧伸长量为x＝3.775cm－1.950cm＝1.825cm，根据胡克定律F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝Fx＝53.7N/m.答案3.77553.7探究弹力和弹簧伸长量之间关系的三点注意(1)实验中的外力是钩码的重力提供，要注意钩码的个数和弹簧秤的限度．(2)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法．(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧．【跟踪训练】(2019·河北大名一中模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中：(1)下列说法正确的是________．A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)若某同学采用的实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．①有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图乙中，请作出FL图线．②由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(结果均保留两位有效数字)(3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是________．解析(1)弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A正确．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故B正确．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C错误．拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，故D错误．(2)①作出FL图线，如图所示．②弹簧处于原长时，弹力为零，故弹簧的原长L0＝5cm；图象的函数表达式为F＝k(L－L0)，故斜率表示劲度系数，劲度系数k＝ΔFΔL＝2.00.15－0.05N/m＝20N/m.(3)当竖直悬挂时，由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1，但此时所挂重物的重力为零(F＝0)，结合弹簧弹力的特点可得，F＝k(L－L0－L1)＝k(L－L0)－kL1＝kx－kL1，其图象只可能是C图．答案(1)AB(2)①见解析图②5.020(3)C【典例3】(2018·天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是________．题型三验证力的平行四边形定则A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O，力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．解析(1)为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，选项A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O点位置相同，不需要每次实验的O点位置相同，选项B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，选项C正确；合力可以大于任一分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，选项D错误．(2)A、D图实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B图和C图选用的标