高考物理二輪復習 專題整合高頻突破 專題十二 力學實驗課件.ppt

,專題十二 力學實驗,-2-,-3-,知識脈絡梳理,-4-,規(guī)律方法導引 1.知識規(guī)律 (1)誤差和有效數(shù)字。 系統(tǒng)誤差:由于儀器本身不精密、實驗方法粗略或實驗原理不完善而產(chǎn)生的誤差。誤差總是偏大或偏小。系統(tǒng)誤差不能用多次測量求平均值的方法消除或減小。 偶然誤差:由各種偶然因素對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的誤差。其特點是多次重復做同一實驗時誤差總是時大時小。減小這種誤差的方法是多次測量取其平均值。 有效數(shù)字:帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字。有效數(shù)字從左邊第一位不為零的數(shù)字算起。 (2)長度的測量。 毫米刻度尺的讀數(shù):精確到毫米,估讀一位。 游標卡尺的讀數(shù):測量值=主尺上的讀數(shù)+mn(其中m為游標卡尺的精確度,n為游標尺上與主尺上某刻度線對齊的格數(shù))。 螺旋測微器的讀數(shù):測量值=固定刻度+可動刻度(估讀一位)0.01 mm。,-5-,-6-,-7-,-8-,利用紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法 若相鄰兩計數(shù)點之間的距離滿足x=x2-x1=x3-x2=xn-xn-1=aT2(恒量),說明物體做勻變速直線運動。 2.思想方法 (1)物理思想:等效替代思想、控制變量思想。 (2)物理方法:等效替代法、控制變量法、逐差法、平均值法、圖象法。,游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù) 主要以填空的形式直接考查游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)。 例1(1)某同學用自己發(fā)明的新式游標卡尺測量小鋼球的直徑,新式卡尺將主尺上 39 mm在游標尺上均分成20等份。如圖甲所示,則小鋼球的直徑為d= cm。 (2)該同學又用螺旋測微器測量某電阻絲的直徑,示數(shù)如圖乙所示,則該金屬絲的直徑為 mm。,-9-,命題一,命題二,命題三,甲,乙,答案,解析,-10-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-11-,命題一,命題二,命題三,-12-,3.游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時應注意的問題 (1)10分度的游標卡尺,以mm為單位,小數(shù)點后只有1位,20分度和50分度的游標卡尺以mm為單位,小數(shù)點后有2位,且對齊格數(shù)不估讀。 (2)螺旋測微器以mm為單位,小數(shù)點后必須有3位,對齊格數(shù)要估讀,同時還要注意半毫米刻度線是否露出。,命題一,命題二,命題三,-13-,拓展訓練1某同學測定一金屬桿的長度和直徑,示數(shù)如圖甲、乙所示,則該金屬桿的長度和直徑分別為 cm和 mm。,甲,乙,答案,解析,命題一,命題二,命題三,-14-,紙帶類實驗的處理方法 主要考查利用處理紙帶的思想來解決實際問題。 例2研究小車做勻變速直線運動的實驗裝置如圖甲所示,其中斜面傾角可調。打點計時器的工作頻率為50 Hz。紙帶上計數(shù)點的間距如圖乙所示,其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。 (1)部分實驗步驟如下: A.測量完畢,關閉電源,取出紙帶。 B.接通電源,待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車。 C.將小車?？吭诖螯c計時器附近,小車尾部與紙帶相連。 D.把打點計時器固定在平板上,讓紙帶穿過限位孔。 上述實驗步驟的正確順序是 (用字母填寫)。 (2)圖乙中標出的相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔T= s。 (3)計數(shù)點5對應的瞬時速度大小計算式為v5= 。 (4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù),減小誤差,小車加速度大小的計算式應為a= 。,甲,乙,命題一,命題二,命題三,答案,解析,-15-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-16-,例3(2015北京海淀高三統(tǒng)考)甲、乙兩位同學在“驗證牛頓第二定律”實驗中,使用了如圖所示的實驗裝置。 (1)實驗時他們先調整墊木的位置,使小車不掛配重時能在傾斜的長木板上做勻速直線運動,這樣做的目的是 。,命題一,命題二,命題三,-17-,(2)此后,甲同學把細線系在小車上并繞過定滑輪懸掛若干配重片。在小車質量一定的情況下,多次改變配重片數(shù)量,每改變一次就釋放一次小車,利用打點計時器打出記錄小車運動情況的多條紙帶。下圖是其中一條紙帶的一部分,O、A、B、C為4個相鄰的計數(shù)點,相鄰的兩個計數(shù)點之間還有4個打出的點沒有畫出。打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源上。通過對紙帶的測量,可知小車運動過程中的加速度大小為 m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。,命題一,命題二,命題三,-18-,(3)根據(jù)多條紙帶的數(shù)據(jù),甲同學繪制了小車加速度與小車所受拉力(測量出配重的重力作為小車所受拉力大小)的a-F圖象,如圖所示。由圖象可知 。(選填選項前的字母) A.當小車質量一定時,其加速度與所受合外力成正比 B.當小車所受合外力一定時,其加速度與質量成反比 C.小車的質量約等于0.3 kg D.小車的質量約等于3.3 kg,命題一,命題二,命題三,-19-,(4)乙同學在實驗時,因配重片數(shù)量不足改用5個質量為20 g的鉤碼進行實驗。他首先將鉤碼全部掛上,用打點計時器打出記錄小車運動情況的紙帶,并計算出小車運動的加速度;之后每次將懸掛的鉤碼取下一個并固定在小車上,重復多次實驗,且每次實驗前均調整墊木的位置,使小車不掛配重時能在傾斜的長木板上做勻速直線運動。若根據(jù)測得的數(shù)據(jù),繪制出小車加速度與懸掛的鉤碼所受重力的關系圖線。關于這一圖線下列說法錯誤的是 。(選填選項前的字母) A.可由該圖線計算出小車和5個鉤碼質量之和 B.只有當小車質量遠大于懸掛鉤碼的質量時,該圖線才是一條直線 C.無論小車質量是否遠大于懸掛鉤碼的質量,該圖線都是一條直線,命題一,命題二,命題三,-20-,命題一,命題二,命題三,-21-,命題一,命題二,命題三,(4)對整個系統(tǒng)來說,系統(tǒng)的總質量保持不變,總等于5個砝碼的質量與小車質量的和,故根據(jù)小車加速度與懸掛的鉤碼所受重力的關系圖線,也就是a-F圖線斜率的倒數(shù)可求得小車和5個鉤碼質量之和,選項A正確;因對系統(tǒng)進行研究且保持系統(tǒng)的總質量不變,故砝碼的重力總等于系統(tǒng)的牽引力,故無論小車質量是否遠大于懸掛鉤碼的質量,該圖線都是一條直線,選項C正確,B錯誤。,-22-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-23-,命題一,命題二,命題三,例4(2015湖南長望瀏寧四縣調研)如圖甲所示的裝置,可用于探究恒力做功與速度變化的關系。水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定有力傳感器和擋光板,細線一端與力傳感器連接,另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤。實驗首先保持軌道水平,通過調整砝碼盤里砝碼的質量讓小車做勻速運動以實現(xiàn)平衡摩擦力,再進行后面的操作,并在實驗中獲得以下測量數(shù)據(jù):小車、力傳感器和擋光板的總質量M,平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質量m0,擋光板的寬度d,光電門1和2的中心距離s。,甲,-24-,命題一,命題二,命題三,乙,(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量 (選填“需要”或“不需要”)。 (2)實驗需用游標卡尺測量擋光板的寬度d,如圖乙所示,d= mm。 (3)某次實驗過程:力傳感器的讀數(shù)為F,小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t1、t2(小車通過光電門2后,砝碼盤才落地),已知重力加速度為g,則對該小車實驗要驗證的表達式是 。,答案,解析,-25-,命題一,命題二,命題三,思維導引,-26-,命題一,命題二,命題三,例5(2015江蘇揚州統(tǒng)考)某實驗小組利用如圖所示的裝置進行實驗,鉤碼A和B分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端,鉤碼質量均為M,在A的上面套一個比它大一點的環(huán)形金屬塊C,在距地面h1處有一寬度略比A大一點的狹縫,鉤碼A能通過狹縫,環(huán)形金屬塊C不能通過。開始時A距離狹縫的高度為h2,放手后,A、B、C從靜止開始運動。,(1)利用計時儀器測得鉤碼A通過狹縫后到落地用時t1,則鉤碼A通過狹縫的速度為 (用題中字母表示)。 (2)若通過此裝置驗證機械能守恒定律,還需測出環(huán)形金屬塊C的質量m,當?shù)刂亓铀俣葹間。若系統(tǒng)的機械能守恒,則需滿足的等式為 (用題中字母表示)。 (3)為減小測量時間的誤差,有同學提出如下方案:實驗時調節(jié)h1=h2=h,測出鉤碼A從釋放到落地的總時間t,來計算鉤碼A通過狹縫的速度,你認為可行嗎?若可行,寫出鉤碼A通過狹縫時的速度表達式;若不可行,請簡要說明理由。 、 。,答案,解析,-27-,命題一,命題二,命題三,思維導引,-28-,命題一,命題二,命題三,規(guī)律方法 紙帶類問題是力學實驗中出現(xiàn)率最高的內容,多以教材實驗為藍本進行升級變形,從整體角度看,力學中的四個打點描跡類實驗都存在共性,因此在某種程度上可以做到“一個裝置多種用途”的效果。 從測定物理量角度看,可以以最基本的實驗逐漸升華到探究測量多個物理量的效果,創(chuàng)新的流程主要如下。 在計算中還涉及有效數(shù)字,所以審題要嚴謹細心。,-29-,命題一,命題二,命題三,拓展訓練2(2015全國理綜)某同學用圖(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示,圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。 (1)物塊下滑時的加速度a= m/s2,打C點時物塊的速度v= m/s; (2)已知重力加速度大小為g,為求出動摩擦因數(shù),還必須測量的物理量是 (填正確答案標號)。 A.物塊的質量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角,圖(a),圖(b),答案,解析,-30-,命題一,命題二,命題三,“橡皮條、彈簧類”實驗的處理方法 主要考查胡克定律以及力的平行四邊形定則。 例6(2015福建理綜)某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗。 (1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度,其示數(shù)為7.73 cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度,此時彈簧的伸長量l為 cm; (2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關于此操作,下列選項中規(guī)范的做法是 ;(填選項前的字母) A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 (3)圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量l與彈力F的關系圖線,圖線的AB段明顯偏離直線OA,造成這種現(xiàn)象的主要原因是 。,答案,解析,-31-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-32-,例7小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。 (1)實驗記錄紙如圖甲所示,O點為橡皮條被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計共同作用時,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點;一個彈簧測力計拉橡皮條時,拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力。 (2)仔細分析實驗,小明懷疑實驗中的橡皮條被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化,影響實驗結果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮條拉伸到相同長度,發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同,于是進一步探究了拉伸過程對橡皮條彈性的影響。 實驗裝置如圖乙所示,將一張白紙固定在豎直放置的木板上,橡皮條的上端固定于O點,下端N掛一重物,用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程,再次記錄下N的軌跡。,命題一,命題二,命題三,-33-,兩次實驗記錄的軌跡如圖丙所示,過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點,則實驗中橡皮條分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關系為 。,甲,乙,丙,命題一,命題二,命題三,-34-,C.兩次被拉伸到相同長度時,橡皮條第2次受到的拉力較大 D.兩次受到的拉力相同時,拉力越大,橡皮條兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究,請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。,命題一,命題二,命題三,(3)根據(jù)(2)中的實驗,可以得出的實驗結果有哪些?(填寫選項前的字母)( ) A.橡皮條的長度與受到的拉力成正比 B.兩次受到的拉力相同時,橡皮條第2次的長度較長,-35-,命題一,命題二,命題三,-36-,命題一,命題二,命題三,-37-,命題一,命題二,命題三,-38-,思維導引,命題一,命題二,命題三,-39-,規(guī)律方法 驗證力的平行四邊形定則操作注意事項 用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩細繩方向和結點O的位置),用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)。,命題一,命題二,命題三,-40-,拓展訓練3在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時,某同學把兩根彈簧如圖甲所示連接起來進行探究。 (1)某次測量如圖乙所示,指針示數(shù)為 cm。 (2)在彈性限度內,將50 g的鉤碼逐個掛在彈簧下端,得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如下表。用表內數(shù)據(jù)計算彈簧的勁度系數(shù)為 N/m(重力加速度g取10 m/s2)。由表內數(shù)據(jù) (選填“能”或“不能”)計算出彈簧的勁度系數(shù)。,甲,乙,命題一,命題二,命題三,答案,解析,-41-,1.在“測金屬的電阻率”的實驗中,分別用游標卡尺和螺旋測微器測出用金屬材料制成的一段圓柱體的長度和橫截面的直徑如圖所示。則該圓柱體的長度為 mm,橫截面的直徑為 mm。,答案,解析,1,2,3,4,-42-,2.如圖甲為驗證動能定理的實驗裝置。鉤碼的質量為m,小車的質量m車=300 g。實驗中用鉤碼重力的大小作為細繩對小車拉力的大小。實驗主要過程如下: 安裝實驗裝置; 分析打點計時器打出的紙帶,求出小車的速度; 計算小車的動能增量和對應細繩拉力做的功,判斷兩者是否相等。 (1)以下關于該實驗的說法中正確的是 。 A.調整滑輪高度使細繩與木板平行 B.為消除阻力的影響,應使木板右端適當傾斜 C.在質量為10 g、50 g、80 g的三種鉤碼中,挑選質量為80 g的鉤碼掛在掛鉤P上最為合理 D.先釋放小車,然后接通電源,打出一條紙帶,甲,1,2,3,4,-43-,(2)在多次重復實驗得到的紙帶中選擇點跡清晰的一條,測量如圖乙所示,打點周期為T,當?shù)刂亓铀俣葹間。用題中的有關字母寫出驗證動能定理的表達式為 。 (3)寫出兩條引起實驗誤差的原因:,乙,1,2,3,4,答案,解析,-44-,3.(2015安徽理綜)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中,某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上,將橡皮條的一端固定在板上一點,兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套,互成角度地施加拉力,使橡皮條伸長,結點到達紙面上某一位置,如圖所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整: (1)用鉛筆描下結點位置,記為O; (2)記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2,沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點,用刻度尺把相應的點連成線; (3)只用一個彈簧測力計,通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置O,記錄測力計的示數(shù)F3,1,2,3,4,-45-,4)按照力的圖示要求,作出拉力F1、F2、F3; (5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F; (6)比較 的一致程度,若有較大差異,對其原因進行分析,并作出相應的改進后再次進行實驗。,答案,解析,1,2,3,4,-46-,1,2,3,4,4.(2015江蘇鹽城二模)某同學用如圖甲所示的實驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關系”。 (1)實驗時,必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學是這樣操作的:如圖乙,將小車靜止地放在水平長木板上,并連著已穿過打點計時器的紙帶,調整木板右端的高度,接通電源,用手輕撥小車,讓打點計時器在紙帶上打出一系列 的點,說明小車在做 運動。,-47-,1,2,3,4,答案,解析,-48-,怎樣得高分,力學創(chuàng)新實驗分析技巧 【典例示范】 用如圖所示實驗裝置測量滑塊A與木板間的動摩擦因數(shù)。長木板水平固定,細線跨過定滑輪與滑塊A、重錘B相連。將細線拉直,測出B離地面的高度h,將重錘從h高處靜止釋放,B落地后,測出A在木板上滑動的距離x;改變B釋放高度重復實驗,實驗數(shù)據(jù)如表所示。 (1)若測得A的質量mA=3 kg,B的質量mB=1 kg,A和B間細線的長度l0=112.0 cm,木板的長度l=98.0 cm,要達到實驗目的,以上四個量中沒有必要測量的是 (用物理量的符號表示)。,-49-,怎樣得高分,(2)作出x隨h變化的圖象。 (3)由圖象并結合(1)中所測數(shù)值求得滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為 。,-50-,怎樣得高分,-51-,怎樣得高分,-52-,怎樣得高分,思維導引,-53-,怎樣得高分,以題說法 力學創(chuàng)新類實驗主要有以下幾個考向 1.實驗器材的等效替換也是高考創(chuàng)新實驗設計的主要思路之一,從近幾年的高考命題來看,在測量物體的速度時常涉及實驗器材的等效替換,如利用光電門替代紙帶來測量物體的加速度、速度,還有利用閃光照相機等替代打點計時器。 2.通過紙帶求出小車的加速度,然后再利用牛頓第二定律求出小車與木板間的動摩擦因數(shù),這是一種實驗結論的外延,從近幾年的力學實驗來看,通過實驗結論求動摩擦因數(shù)是實驗設置的一個熱點,且主要出現(xiàn)在兩個地方,一是伴隨著研究勻變速直線運動的實驗出現(xiàn),二是伴隨著驗證牛頓運動定律實驗出現(xiàn)。 3.有一些實驗題雖然在試題的情境上進行了創(chuàng)新,但其使用的實驗原理和實驗處理方法仍然不變,因此,對于創(chuàng)新型實驗的處理,最根本的還是要把其從新情境中抽出來,找出與常規(guī)實驗的相同之處,然后運用熟悉的實驗原理和實驗數(shù)據(jù)處理方法進行處理。,-54-,怎樣得高分,針對訓練(2015江西八所重點中學聯(lián)考)為了探究質量一定時加速度與力的關系,一同學設計了如圖所示的實驗裝置。其中m0為帶滑輪的小車的質量,m為砂和砂桶的質量。(滑輪質量不計) (1)實驗時,一定要進行的操作是 。 A.用天平測出砂和砂桶的質量 B.將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力 C.小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄彈簧測力計的示數(shù) D.改變砂和砂桶的質量,打出幾條紙帶 E.為減小誤差,實驗中一定要保證砂和砂桶的質量m遠小于小車的質量m0,-55-,怎樣得高分,答案,解析,