2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 第16講 力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新課件.ppt

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第16講力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新,總綱目錄,考點(diǎn)1基本儀器的使用與讀數(shù),1.游標(biāo)卡尺讀數(shù)方法,注意:(1)讀數(shù)最后的“0”不能丟,且不需要估讀。(2)讀數(shù)時(shí)主尺和游標(biāo)尺所用單位要統(tǒng)一,都用mm,最后根據(jù)題目要求轉(zhuǎn)換單位。(3)游標(biāo)卡尺可以測(cè)量長度、深度、內(nèi)徑、外徑等。2.螺旋測(cè)微器讀數(shù)方法測(cè)量值=固定刻度值(注意半毫米刻度線是否露出)+精確度可動(dòng)刻度上與固定刻度中心線所對(duì)的刻度值(注意刻度值要估讀一位)。精確度為0.01mm。注意:(1)螺旋測(cè)微器讀數(shù)以“mm”為單位時(shí),小數(shù)點(diǎn)后面一定有三位數(shù)字。(2)螺旋測(cè)微器需要估讀,讀數(shù)時(shí)要估讀到0.001mm。,1.一游標(biāo)卡尺的主尺分度值為1mm,游標(biāo)尺上有20個(gè)小等分間隔,現(xiàn)用此游標(biāo)卡尺來測(cè)量某工件的長度,如圖甲所示,該工件的長度為mm。如圖乙所示螺旋測(cè)微器的示數(shù)為cm。,答案91.600.6750,解析由題可知,游標(biāo)卡尺是20分度,精度是0.05毫米,在甲圖中可看到游標(biāo)尺上0刻線的左側(cè)主尺讀數(shù)為9.1cm,而不是游標(biāo)尺邊緣左側(cè)的9cm,游標(biāo)尺上第12條刻線與主尺上某刻度對(duì)齊,所以該工件的長度L=91mm+120.05mm=91.60mm。從螺旋測(cè)微器固定刻度上讀出整毫米數(shù)為6mm,半毫米數(shù)為0.5mm,可動(dòng)刻度與固定刻度中心線對(duì)齊的是25.0(最后一位是估讀數(shù)字,不能省略),所以螺旋測(cè)微器的示數(shù)為:6mm+0.5mm+25.00.01mm=6.750mm=0.6750cm。,2.(1)圖甲中游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺的每小格比主尺的每小格小mm;該游標(biāo)卡尺的讀數(shù)應(yīng)為mm。(2)圖乙中螺旋測(cè)微器的讀數(shù)應(yīng)為mm。甲乙,答案(1)0.11.0(2)0.642,解析(1)主尺每小格的長度為1mm,而游標(biāo)尺上的刻度是把9mm分成了10份,每一份為0.9mm,所以游標(biāo)尺的每小格比主尺的每小格小0.1mm,主尺讀出1mm,游標(biāo)尺讀出0,所以讀數(shù)為1.0mm;(2)從固定刻度上讀出0.5mm,可動(dòng)刻度與固定刻度中心線對(duì)齊的是14.2,所以示數(shù)為:0.5mm+14.20.01mm=0.642mm。,3.在一次實(shí)驗(yàn)中,張華同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)某長方體工件的厚度如圖所示,根據(jù)圖示可判斷其厚度為mm。該學(xué)生用①螺旋測(cè)微器、②10分度游標(biāo)卡尺、③20分度游標(biāo)卡尺、④50分度游標(biāo)卡尺中的某種儀器測(cè)得該工件的寬度為1.275cm,則該同學(xué)所用的儀器可能是(將正確答案的序號(hào)填在橫線上)。,答案1.700③,解析螺旋測(cè)微器固定刻度部分讀數(shù)為1.5mm,可動(dòng)刻度部分分度值為0.01mm,可動(dòng)刻度部分讀數(shù)為0.200mm,工件的厚度為1.700mm。若用某種儀器測(cè)出的工件的寬度為1.275cm=12.75mm,由于以毫米為單位,小數(shù)點(diǎn)后有兩位有效數(shù)字,測(cè)量?jī)x器不可能是①螺旋測(cè)微器和②10分度的游標(biāo)卡尺,又由于最后一位是5,50分度的游標(biāo)卡尺最后一位不可能是5,所以應(yīng)是③。,方法技巧游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意的問題(1)10分度的游標(biāo)卡尺,以mm為單位,小數(shù)點(diǎn)后只有1位。20分度和50分度的游標(biāo)卡尺以mm為單位,小數(shù)點(diǎn)后有2位。(2)游標(biāo)卡尺在讀數(shù)時(shí)先讀主尺數(shù)據(jù),再讀游標(biāo)尺數(shù)據(jù),最后兩數(shù)相加。游標(biāo)卡尺讀數(shù)不估讀。(3)不要把游標(biāo)尺的邊緣當(dāng)成零刻線,從而把主尺的刻度讀錯(cuò)。(4)螺旋測(cè)微器讀數(shù)時(shí),要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出;要準(zhǔn)確到0.01mm,估讀到0.001mm,即結(jié)果若用mm為單位,則小數(shù)點(diǎn)后必須保留三位數(shù)字。,考點(diǎn)2“紙帶”類實(shí)驗(yàn),1.實(shí)驗(yàn)儀器(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器①t=nT(n表示打點(diǎn)的時(shí)間間隔的個(gè)數(shù),T表示打點(diǎn)周期);②打點(diǎn)頻率(周期)與所接交流電的頻率(周期)相同。(2)光電計(jì)時(shí)器光電計(jì)時(shí)器能自動(dòng)記錄擋光時(shí)間,顯示在讀數(shù)窗口。,B.連續(xù)的奇數(shù)段數(shù)據(jù),去掉最短的x1,如圖所示a=C.不連續(xù)的兩段數(shù)據(jù),如圖所示,a==②利用光電門求加速度若兩個(gè)光電門之間的距離為L,則利用速度與位移的關(guān)系可求加速度,即a=。,1.某同學(xué)利用如圖所示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(1)實(shí)驗(yàn)中,必要的措施是。A.細(xì)線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力,(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn),圖中未畫出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。則小車的加速度a=m/s2(要求充分利用測(cè)量的數(shù)據(jù)),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB=m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字),答案(1)AB(2)0.800.40,解析(1)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),為順利完成實(shí)驗(yàn),保證實(shí)驗(yàn)效果,細(xì)線與長木板要平行,否則小車受力會(huì)發(fā)生變化,選項(xiàng)A正確;為打的點(diǎn)盡量多些,需先接通電源,再釋放小車,選項(xiàng)B正確;本題中只要保證小車做勻變速運(yùn)動(dòng)即可,無須保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;同理,小車與長木板間可以有不變的摩擦力,無須平衡摩擦力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故必要的措施是A、B選項(xiàng)。(2)每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn),則T=0.1s,由s4-s1=3aT2、s5-s2=3aT2、s6-s3=3aT2知加速度a==0.80m/s2;打B點(diǎn)時(shí)小車的速度vB==0.40m/s。,2.用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量為m1=50g、m2=150g的物體A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。B從高處由靜止開始下落,A上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶,0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打下的點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。則(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,實(shí)驗(yàn)用交流電周期為0.02s),乙(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5=m/s;,(2)在打點(diǎn)0~5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk=J,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,g取10m/s2,則系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=J;(均保留兩位有效數(shù)字)(3)在本實(shí)驗(yàn)中,若某同學(xué)作出了v2-h圖像,如圖丙所示,h為從起點(diǎn)量起的長度,則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s2。,答案(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7,,3.某同學(xué)利用如圖甲所示裝置探究“加速度與力、物體質(zhì)量的關(guān)系”,圖中裝有砝碼的小車放在長木板上,左端拴有一不可伸長的細(xì)繩,跨過固定在木板邊緣的滑輪與一砝碼盤相連。在砝碼盤的牽引下,小車在長木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),圖乙是該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的一些連續(xù)的點(diǎn),該同學(xué)測(cè)得相鄰點(diǎn)之間的距離分別是s1、s2、s3、s4、s5、s6,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電的周期為T。小車及車中砝碼的總質(zhì)量為M,砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。,(3)該同學(xué)接下來探究在質(zhì)量不變的情況下,加速度與合外力的關(guān)系。他平衡摩擦力后,每次都將小車中的砝碼取出一個(gè)放在砝碼盤中,用天平測(cè)得砝碼盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m,并通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出加速度。得到多組數(shù)據(jù)后,繪出如圖丙所示的a-F圖像,發(fā)現(xiàn)圖像是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線。圖像中直線的斜率表示(用本實(shí)驗(yàn)中可測(cè)量的量表示)。(4)該同學(xué)在這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中采用的物理學(xué)思想方法為。A.理想化模型法B.控制變量法C.極限法D.比值法,所以F=(M+m)a即a=F,a-F圖像是過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線,直線的斜率表示。(4)該實(shí)驗(yàn)采用控制變量法,先控制砝碼盤和砝碼的總重力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,再控制小車和砝碼盤及砝碼的質(zhì)量M+m不變,探究加速度與力的關(guān)系,故選B。,4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的裝置如圖甲所示。在小車A后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz,長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力。甲,乙(1)若已測(cè)得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)。A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),則應(yīng)選段來計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選段來計(jì)算A和B碰后的共同速度。(以上兩空均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量mA=0.4kg,小車B的質(zhì)量為mB=0.2kg,求碰前兩小車的總動(dòng)量、碰后兩小車的總動(dòng)量。,答案(1)BCDE(2)0.420kgm/s0.417kgm/s,解析(1)從分析紙帶上打點(diǎn)的情況看,BC段既表示小車做勻速運(yùn)動(dòng),又表示小車有較大速度,因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運(yùn)動(dòng)情況,應(yīng)選用BC段計(jì)算小車A碰前的速度。從CD段打點(diǎn)的情況看,小車的運(yùn)動(dòng)情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定,故應(yīng)選用DE段計(jì)算A和B碰后的共同速度。(2)小車A在碰撞前速度v0==m/s=1.050m/s小車A在碰撞前動(dòng)量p0=mAv0=0.41.050kgm/s=0.420kgm/s,此即碰前兩小車的總動(dòng)量碰撞后A、B的共同速度v==m/s=0.695m/s碰撞后A、B的總動(dòng)量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)0.695kgm/s=0.417kgm/s,考點(diǎn)3“彈簧”“橡皮條”類實(shí)驗(yàn),1.刻度尺及彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)(1)以mm為最小刻度值的刻度尺,要估讀到mm的十分位。(2)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)時(shí)要先看量程和分度值,再根據(jù)指針?biāo)傅奈恢米x出所測(cè)力的大小。如分度值為0.1N,則要估讀,即有兩位小數(shù),如分度值為0.2N,則小數(shù)點(diǎn)后只能有一位小數(shù)。,2.在“探究彈簧彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理的方法(1)圖像法:根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn),以彈簧的彈力F為縱軸,彈簧的伸長量x為橫軸,根據(jù)描點(diǎn)的情況,作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線。(2)列表法:將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中,研究測(cè)量的數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),彈力與彈簧伸長量的比值不變。(3)函數(shù)法:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系。3.驗(yàn)證力的平行四邊形定則的操作關(guān)鍵(1)每次拉伸結(jié)點(diǎn)位置O必須保持不變。(2)記下每次各力的大小和方向。(3)畫力的圖示時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度。,1.某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。①圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,其示數(shù)為7.73cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,此時(shí)彈簧的伸長量Δl為cm;,②本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關(guān)于此操作,下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是;(填選項(xiàng)前的字母)A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重③圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)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①6.93②A③超過彈簧的彈性限度,解析①Δl=14.66cm-7.73cm=6.93cm②應(yīng)逐一增掛鉤碼,不能隨意增減,A項(xiàng)正確。③彈簧下端鉤碼對(duì)彈簧的拉力過大,使彈簧形變量超過了彈簧的彈性限度,彈簧的伸長量不再是線性變化。,2.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。圖乙是白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。,(1)圖乙中,是F1和F2的實(shí)際合力。(2)保持O點(diǎn)的位置和OB繩的方向不變,當(dāng)角θ從60逐漸增大到120的過程中,OC繩的拉力的變化情況是。(3)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,下列措施中可行的是。A.拉橡皮條的細(xì)繩應(yīng)該細(xì)一些且適當(dāng)長一些B.拉橡皮條時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C.橡皮條彈性要好,在選擇O點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)讓拉力適當(dāng)大些D.拉力F1和F2的夾角越大越好,答案(1)F(2)先減小后增大(3)ABC,解析(1)F是通過作圖的方法得到合力的理論值,而F是通過一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)沿AO方向拉橡皮條,使橡皮條伸長到O點(diǎn),使得一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力效果相同。故方向一定沿AO方向的是F,由于誤差的存在,F和F并不完全重合。(2)保持O點(diǎn)的位置和OB繩的方向不變,當(dāng)角θ從60逐漸增大到120的過程中,合力大小和方向不變,根據(jù)平行四邊形定則作出對(duì)應(yīng)圖像如圖所示,則可知,OC繩的拉力的變化情況是先減小后增大。,(3)為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差,拉橡皮條的細(xì)繩應(yīng)該細(xì)一些且適當(dāng)長一些,故A正確。拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)必須保證與木板平面平行,故B正確。橡皮條彈性要好,選擇拉結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一位置O時(shí),拉力要適當(dāng)大些,故C正確。為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差,拉力的夾角適當(dāng)大一些,不是越大越好,故D錯(cuò)誤。,3.在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。所懸掛鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右的恒定拉力。實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端,每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長度。作出彈簧的長度(x)隨鉤碼個(gè)數(shù)(n)變化的圖像如圖乙所示,則:,(1)圖線與x軸的交點(diǎn)的物理意義是;(2)圖線BC段偏離了直線,其原因是;(3)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),把彈簧水平放置與彈簧豎直懸掛放置相比,優(yōu)點(diǎn)在于,缺點(diǎn)在于。,答案(1)彈簧的原長(2)超出彈簧的彈性限度(3)避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與桌面、繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)誤差,,解析(1)圖線與x軸的交點(diǎn)的物理意義表示鉤碼個(gè)數(shù)n=0時(shí)彈簧的長度,即彈簧的原長。(2)根據(jù)胡克定律可知,在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力與形變量成正比,因此隨著所掛鉤碼的改變,圖像應(yīng)為一條傾斜直線,圖線BC段偏離了直線,說明彈簧的彈力與形變量不成正比關(guān)系,因此其原因?yàn)槌隽藦椈傻膹椥韵薅取?3)當(dāng)彈簧豎直放置時(shí),彈簧實(shí)際自身有重力,會(huì)對(duì)彈簧產(chǎn)生拉力,因此改為水平放置時(shí)可以避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,但是此時(shí)彈簧與桌面、繩子與滑輪間的摩擦卻不可避免,成為它的缺點(diǎn)。,方法技巧幾點(diǎn)注意的問題:1.F-x和F-l圖像的特點(diǎn)(其中x為彈簧的長度,l為彈簧的形變量)(1)F-x為一條過原點(diǎn)的直線,而F-l為一條傾斜直線但不過原點(diǎn)。(2)F-x圖線和F-l圖線的斜率均表示彈簧(或橡皮筋)的勁度系數(shù)。(3)F-l圖線在l軸的截距表示彈簧(或橡皮筋)的原長。(4)F-x和F-l圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧(或橡皮筋)超出了彈性限度。2.在驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中,利用平行四邊形定則求得的合力與測(cè)得的合力一般不完全重合。,考點(diǎn)4力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),1.創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)通常可分為兩類:第一類為通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出物理規(guī)律;第二類為給出實(shí)驗(yàn)規(guī)律,讓你選擇實(shí)驗(yàn)儀器,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第一類必須在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上下功夫,根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn),掌握物理量間的關(guān)系,得出實(shí)驗(yàn)規(guī)律;第二類必須從已知規(guī)律入手,正確選擇測(cè)量的物理量,根據(jù)問題聯(lián),想相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?確定實(shí)驗(yàn)原理,選擇儀器,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的解法實(shí)驗(yàn)原理是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵,是進(jìn)行這類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)和起點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)原理決定了應(yīng)當(dāng)測(cè)量哪些物理量、如何安排實(shí)驗(yàn)步驟等項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)根據(jù)題干的要求、條件等信息確定。,考向1試題情景的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新,1.某同學(xué)用如圖所示裝置測(cè)物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。圖中長木板固定在水平桌面上,光滑的四分之一圓弧軌道與長木板的上表面在O點(diǎn)相切,一豎直標(biāo)尺緊貼圓弧軌道左側(cè)放置,圓弧曲面與標(biāo)尺豎直面相切。,(1)在A點(diǎn)由靜止釋放物塊,物塊經(jīng)圓弧軌道滑上長木板,最后停在a點(diǎn),改變物塊釋放的位置于B點(diǎn),物塊最后停在長木板上的b點(diǎn),量出A、B間的高度h,a、b間的距離L,重力加速度為g,則物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=。(2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,多次改變物塊釋放的位置,測(cè)出每次物塊釋放的位置離A點(diǎn)的高度h,最后停在長木板上的位置離O點(diǎn)的距離為x,作出x-h圖像,則作出的圖像應(yīng)該是一條(填“過原點(diǎn)”或“不過原點(diǎn)”)的傾斜直線,求出圖像的斜率為k,則物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=。,考向2實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換,2.某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。,(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平,安裝好實(shí)驗(yàn)器材,從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s=cm;(2)測(cè)量擋光條的寬度d,記錄擋光條通過光電門1和2所用的時(shí)間Δt1和Δt2,并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F,為了完成實(shí)驗(yàn),還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是;(3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量?(填“是”或“否”)。,答案(1)50.0(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M(3)否,解析(1)光電門1處讀數(shù)為20.0cm,光電門2處讀數(shù)為70.0cm,故兩光電門中心之間的距離s=70.0cm-20.0cm=50.0cm;(2)由于光電門的寬度d很小,所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度?；瑝K通過光電門1速度為:v1=滑塊通過光電門2速度為:v2=根據(jù)功能關(guān)系需要驗(yàn)證的關(guān)系式為:,Fs=M-M=M-M,可見還需要測(cè)量出M,即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量;(3)該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用拉力傳感器測(cè)出細(xì)繩拉力大小,不是將砝碼和砝碼盤的重力作為滑塊的拉力,故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。,考向3實(shí)驗(yàn)結(jié)論的拓展與延伸,3.某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。圖(a),圖(b)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí),重物下落的速度大小為,打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為,重物下落的加速度大小為。,(2)已測(cè)得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2,實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為Hz。,答案(1)(s1+s2)f(s2+s3)f(s3-s1)f2(2)40,解析(1)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,某一段位移的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度:vB==(s1+s2)f,同理vC=(s2+s3)f,加速度a==(s3-s1)f2。(2)由牛頓第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g①又由(1)問知:a=②①②聯(lián)立得f=40Hz,,方法技巧力學(xué)實(shí)驗(yàn)中速度的測(cè)量可采用:(1)定義法測(cè)瞬時(shí)速度,如光電門測(cè)速度;(2)留跡法測(cè)瞬時(shí)速度,如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照相機(jī)等;(3)轉(zhuǎn)換法測(cè)瞬時(shí)速度,速度是一個(gè)不易測(cè)量的物理量,可以轉(zhuǎn)化為較為容易測(cè)量的物理量,如位移、角度、力等,位移傳感器、速度傳感器等就是利用這種原理進(jìn)行測(cè)量的。,1.(2018課標(biāo)Ⅰ,22,5分)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置,簡(jiǎn)化為圖中的指針?，F(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的,砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示,其讀數(shù)為cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為N/m(保留3位有效數(shù)字)。,,2.(2018課標(biāo)Ⅱ,23,9分)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平,在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板,當(dāng)木塊和砝碼相對(duì)桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí),彈簧秤的示數(shù)即木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出,其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。,回答下列問題:(1)f4=N;(2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f-m圖線;,(3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f=,f-m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k=;(4)取g=9.80m/s2,由繪出的f-m圖線求得μ=。(保留2位有效數(shù)字),答案(1)2.75(2)如圖所示(3)μ(M+m)gμg(4)0.40,,解析本題考查物體的平衡、滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算及分析圖像的能力。(1)由圖可知彈簧秤的讀數(shù)為2.75N。(2)畫圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在線上,不在線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在線的兩側(cè)。(3)以木塊和砝碼為研究對(duì)象,整體水平方向受木板的滑動(dòng)摩擦力和細(xì)線的拉力,f=μ(M+m)g,整理得f=μmg+μMg,故f-m圖線的斜率k=μg。(4)由圖知k=3.9N/kg,故μ==0.40。,3.(2017課標(biāo)Ⅰ,22,5分)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng),用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前,將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁,如圖(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí),保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過程中,滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)圖(a),圖(b)(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字),4.(2017課標(biāo)Ⅱ,22,6分)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。實(shí)驗(yàn)步驟如下:,①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt;③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長度[如圖(b)所示],表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小,求出;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復(fù)步驟②、③;⑤多次重復(fù)步驟④;,⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出-Δt圖,如圖(c)所示。圖(c)完成下列填空:,(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小,則與vA、a和Δt的關(guān)系式為=。(2)由圖(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字),答案(1)vA+Δt(2)52.116.3,,解析本題考查勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律、利用光電門測(cè)量平均速度的實(shí)驗(yàn)方法,考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)處理能力。擋光片通過光電門的平均速度等于Δt時(shí)間段的中間時(shí)刻的速度由v=v0+at可知=vA+a即=vA+aΔt,由圖像的截距可知vA=52.12cm/s≈52.1cm/s其斜率k=a,故滑塊的加速度a=2k=16.3cm/s2,5.(2017課標(biāo)Ⅲ,22,6分)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn),將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí),橡皮筋處于原長。(1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O,此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出。測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示,F的大小為N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點(diǎn);現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋,再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1=4.2N和F2=5.6N。,(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力,以O(shè)為作用點(diǎn),在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合;圖(a),圖(b)(ⅱ)F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值為。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。,答案(1)4.0(2)(ⅰ)F1、F2和F合如圖所示(ⅱ)4.00.05,解析(1)測(cè)力計(jì)讀數(shù)時(shí)需要進(jìn)行估讀,此測(cè)力計(jì)分度值為0.2N,則F的大小為4.0N。(2)(ⅰ)作力的圖示時(shí),要選好標(biāo)度,再根據(jù)F1、F2的方向及大小作出相應(yīng)兩力的圖示,圖見答案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形并作出F1、F2之間的對(duì)角線,即得F合。(ⅱ)表示F合的線段的長度為20.0mm,根據(jù)標(biāo)度算出F合大小為4.0N。實(shí)際合力F的方向沿AO方向,對(duì)角線為F合方向,則兩者夾角θ的正切值tanθ===0.05。,6.(2016課標(biāo)Ⅲ,23,10分)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中,置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N=5個(gè),每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下:圖(a),(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi);用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s,繪制s-t圖像,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時(shí)的s-t圖像如圖(b)所示;由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字),將結(jié)果填入下表。,(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出a-n圖像。從圖像可以看出:當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí),物體的加速度與其所受的合外力成正比。圖(b)圖(c),答案(3)0.39(2分。在0.37~0.49范圍內(nèi)都給分)(4)如圖所示(3分)(5)0.45(3分。在0.43~0.47范圍內(nèi)都給分)(6)BC(2分。選對(duì)一個(gè)給1分,有選錯(cuò)的不給這2分),解析(3)由s=at2得:a=,在s-t圖像中找一點(diǎn)坐標(biāo),代入公式即可求出a。(5)對(duì)小車和鉤碼組成的系統(tǒng)應(yīng)用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a==,a-n圖像的斜率k=,從而可解出M。(6)對(duì)于已平衡摩擦力的情況,對(duì)整體應(yīng)用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=n①;對(duì)于木板水平的情況,對(duì)整體應(yīng)用牛頓第二定律:nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,整理得:a=n-μg②,比較①②可見,B、C均正確。,7.(2016課標(biāo)Ⅱ,22,6分)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究,實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示:輕彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一物塊接觸而不連接,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測(cè)量和計(jì)算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。圖(a),(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟:①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮,并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是(填入代表步驟的序號(hào))。(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù),可求出在,該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為m/s。比較兩紙帶可知,(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。圖(b),