高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十 必考 力學實驗（二）課件.ppt

專題十必考力學實驗 二 1 用彈簧測力計探究作用力與反作用力的關系 實驗五探究作用力與反作用力的關系 如圖1甲所示 任取a b兩個彈簧測力計 使兩掛鉤鉤住 b固定 a用手拉著 彈簧測力計a受到b的拉力fba 彈簧測力計b受到a的拉力fab 讀出此時兩個彈簧測力計的示數fa和fb 比較fa和fb的大小和方向 圖1 如圖乙所示 將兩個彈簧測力計掛鉤鉤住 b連接一塊木塊 a用手拉著 探究在水平方向運動時 fa和fb的大小和方向 將拉動方向改為豎直方向 如圖丙所示 重復上述探究 圖1 2 用力傳感器探究作用力與反作用力的關系 如圖2所示 用兩只力傳感器鉤住對拉 從計算機屏幕上所顯示的力和時間關系圖線中讀出不同時刻兩只力傳感器間的相互作用力fa和fb 比較fa和fb的大小和方向 圖2 3 實驗結論 作用力與反作用力作用在兩個物體上 大小相等 方向相反 同時產生 同時消失 性質相同 作用力與反作用力之間的關系與運動狀態(tài)無關 4 注意事項 1 使用彈簧測力計前 應先調節(jié)零刻度 2 彈簧測力計對拉時作用力要在同一直線上 3 實際的彈簧測力計往往存在一定的誤差 發(fā)現兩彈簧測力計示數不等既不能 視而不見 也不能 武斷定論 4 將彈簧測力計a和b分別與彈簧測力計c互拉 通過與c的示數比較確定兩彈簧測力計拉力是否相等 是一種 等效替代 的方法 5 同一實驗步驟中 小泡沫塑料位置必須保持不變 6 用力傳感器進行實驗時 也需要調零 7 用力傳感器對拉時要使作用力在同一直線上 答案 例1 2015 浙江9月選考科目試題 在 探究作用力與反作用力的關系 實驗中 某同學用兩個力傳感器進行實驗 1 將兩個傳感器按圖3甲方式對拉 在計算機屏上顯示如圖乙所示 橫坐標代表的物理量是 縱坐標代表的物理量是 圖3 時間 t 力 f 2 多選 由圖乙可得到的實驗結論是 a 兩傳感器間的作用力與反作用力大小相等b 兩傳感器間的作用力與反作用力方向相同c 兩傳感器間的作用力與反作用力同時變化d 兩傳感器間的作用力與反作用力作用在同一物體上 1 如圖4所示 將兩彈簧測力計a b連接在一起 當用力緩慢拉a彈簧測力計時 發(fā)現不管拉力f多大 a b兩彈簧測力計的示數總是相等 這個實驗說明 a 這是兩只完全相同的彈簧測力計b 彈力的大小與彈簧的形變量成正比c 作用力與反作用力大小相等 方向相反d 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 變式題組 解析 圖4 解析a b兩彈簧測力計的示數分別顯示b彈簧的拉力和a彈簧的拉力 這是一對作用力與反作用力 根據牛頓第三定律得知 它們的示數總是相等 說明作用力與反作用力大小相等 方向相反 與彈簧測力計無關 故兩只彈簧測力計不一定完全相同 故a錯誤 c正確 此實驗不能說明彈力的大小與彈簧的形變量成正比 故b錯誤 彈簧測力計的運動沒有改變 故此實驗不能說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因 故d錯誤 1 實驗目的 實驗六研究平拋運動 v0t 答案 3 實驗器材 以斜槽法為例 斜槽 帶小球 木板及豎直固定支架 白紙 圖釘 三角板 鉛筆 刻度尺 4 實驗步驟 1 按圖5甲所示安裝實驗裝置 使斜槽末端 小球在斜槽末端恰好靜止 圖5 答案 重垂線 水平 2 以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標原點o 過o點畫出豎直的y軸和水平的x軸 3 使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下 把筆尖放在小球可能經過的位置上 如果小球運動中碰到筆尖 就用鉛筆在該位置畫上一點 用同樣方法 在小球運動路線上描下若干點 4 將白紙從木板上取下 從o點開始連接畫出的若干點描出一條平滑的曲線 如圖乙所示 圖5 5 實驗注意事項 答案 1 固定斜槽時 要保證斜槽末端的切線 保證小球的初速度水平 2 固定木板時 木板必須處在豎直平面內且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行 固定時要用重垂線檢查坐標紙豎線是否 3 小球每次從斜槽上的釋放 為此 可在斜槽上某一位置固定一個擋板 4 要在斜槽上適當高度釋放小球 使它以適當的水平初速度拋出 其軌跡由木板左上角到達右下角 這樣可以減小測量誤差 5 坐標原點不是槽口的端點 應是小球出槽口時球心在木板上的投影點 6 計算小球的初速度時 應選距拋出點稍遠一些的點為宜 以便于測量和計算 水平 豎直 同一位置由靜止 6 判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線 1 原理 若平拋運動的軌跡是拋物線 則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系后 軌跡上各點的坐標具有y ax2的關系 且同一軌跡上a是一個特定的值 2 驗證方法方法一 代入法用刻度尺測量幾個點的x y坐標 分別代入y ax2中求出常數a 看計算得到的a值在誤差范圍內是否為一常數 方法二 圖象法建立y x2坐標系 根據所測量的各個點的x y坐標值分別計算出對應y值的x2值 在y x2坐標系中描點 連接各點看是否在一條直線上 并求出該直線的斜率即為a值 答案 7 計算平拋運動的初速度 2 平拋軌跡殘缺 即無拋出點 如圖6所示 在軌跡上任取三點a b c 使a b間及b c間的水平距離相等 由平拋運動的規(guī)律可知 a b間與b c間所用時間相等 設為t 則 h hbc hab gt2 圖6 例2某?？萍蓟顒娱_展了關于平拋運動的研究學習 1 學習小組甲為了探究影響平拋運動水平射程的因素 某同學通過改變拋出點的高度及初速度的方法做了6次實驗 實驗數據記錄如下表 答案 若探究水平射程與初速度的關系 可用表中序號為 的三組實驗數據進行分析 解析 1 2 3 解析探究影響平拋運動水平射程的因素時 若探究水平射程和初速度的關系應保持拋出點高度不變 可用1 2 3的三組數據 若探究水平射程與高度的關系 可用表中序號為 的三組實驗數據進行分析 解析答案 解析若探究水平射程和高度的關系 應保持初速度不變 可用表中序號為1 4 6的三組實驗數據 1 4 6 2 學習小組乙在探究平拋運動的規(guī)律實驗時 將小球做平拋運動 用頻閃照相機對準方格背景照相 拍攝到了如圖7所示的照片 已知每個小方格邊長為9 8cm 當地的重力加速度為g 9 8m s2 若以拍攝的第一點為坐標原點 水平向右和豎直向下為正方向 則沒有被拍攝到的小球位置坐標為 圖7 答案 解析 58 8cm 58 8cm 解析根據平拋運動的特點 水平方向的坐標為3 2 9 8cm 58 8cm 豎直方向y 1 2 3 9 8cm 58 8cm 故沒有被拍攝到的小球位置坐標為 58 8cm 58 8cm 小球平拋的初速度大小為 解析答案 1 96m s 解析答案 2 在 研究平拋運動 的實驗中 小希同學采用如圖8所示的裝置來獲得平拋運動的軌跡 1 為得到一條軌跡 需多次釋放小球 每次釋放小球的位置 填 相同 或 任意 變式題組 圖8 解析本實驗要通過多次重復平拋小球來記錄軌跡 所以每次的軌跡必須相同 因此要求每次將小球從軌道同一位置無初速度釋放 相同 2 為了測得小球離開斜槽末端時的速度 該同學需測量的物理量是 a 小球的質量b 小球下落的時間c 斜槽末端距落點間的水平距離和豎直高度d 斜槽末端距釋放點間的水平距離和豎直高度 解析 實驗方案一1 實驗原理 實驗七探究做功與物體速度變化的關系 圖9 重物通過滑輪牽引小車 當小車的質量比重物的質量大得多且摩擦力忽略不計時 可以把重物所受的當作小車受到的牽引力 如圖9所示 答案 重力 改變重物的質量或者改變小車運動的 也就改變了牽引力做的功 從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關系 2 實驗器材小車 一端帶滑輪的長木板 砝碼 鉤碼 打點計時器 紙帶 等 3 實驗步驟 1 墊高木板不帶滑輪的一端 平衡 2 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過打點計時器 連在小車后端 用細線繞過滑輪連接小車和鉤碼 距離 天平 刻度尺 摩擦力 答案 3 將小車停在打點計時器附近 先接通電源 再釋放小車 關閉打點計時器電源 4 改變鉤碼的數量 更換紙帶重復進行操作 4 注意事項 1 實驗前必須首先平衡摩擦力 2 必須保證所懸掛鉤碼的重力遠小于小車的重力 這時鉤碼重力才近似等于小車所受的合外力 5 數據處理 1 小車受到的合外力f 大小近似等于所掛鉤碼的重力mg 故用天平測出鉤碼的質量m可求f mg 2 通過紙帶測小車的位移l 3 求出合力對小車做的功w fl mgl 6 結論 研究w與v的關系 發(fā)現合力對小車做的功w與小車速度的平方成正比 即滿足w v2 實驗方案二1 實驗原理 如圖10所示 圖10 1 一根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功為w 2 兩根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功應為 3 三根橡皮筋作用在小車上移動距離x 做功應為 4 利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度 列表 作圖 由圖象可以確定功與速度變化的關系 2 實驗器材 小車 木板 紙帶 鐵釘等 答案 2w 3w 橡皮筋 打點計時器 刻度尺 3 實驗步驟 1 墊高木板的一端 平衡 2 拉伸的橡皮筋對小車做功 用一條橡皮筋拉小車 做功w 用兩條橡皮筋拉小車 做功2w 用三條橡皮筋拉小車 做功3w 3 測出每次做功后小車獲得的 4 分別用各次實驗測得的v和w繪制w v或w v2 w v3 圖象 直到明確得出w和v的關系 答案 摩擦力 速度 4 注意事項 1 將木板一端墊高 使小車的重力沿斜面向下的分力與平衡 方法是輕推小車 由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做運動 找到長木板的一個合適的傾角 2 測小車速度時 應選紙帶上的點均勻的部分 也就是選小車做 運動的部分 3 橡皮筋應選規(guī)格一樣的 力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可 不必計算出具體數值 4 小車質量應大一些 使紙帶上打的點多一些 答案 摩擦阻力 勻速 勻速 5 實驗探究的技巧與方法 1 不直接計算w和v的數值 而只是看第2次 第3次 實驗中的w和v是第1次的多少倍 簡化數據的測量和處理 2 做w v圖象 或w v2 w v3圖象 直到作出的圖象是一條傾斜的直線 6 實驗結論物體速度v與外力做功w間的關系 w與v2成正比 例3如圖11所示是某研究性學習小組做探究做功與物體速度變化的關系的實驗 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行的情形 這時 橡皮筋對小車做的功記為w 當我們把2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次 第3次 實驗時 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車在每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出 1 除了圖中的已給出的實驗器材外 還需要的器材有 圖11 解析答案 刻度尺 解析計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離 要用刻度尺 2 平衡摩擦力后 每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的 為了測量小車獲得的速度 應選用紙帶的 部分進行測量 解析小車勻速運動時 紙帶上的點的間隔均勻 點距均勻 解析答案 3 下面是本實驗的數據記錄表 請將第2次 第3次 實驗中橡皮筋做的功填寫在對應的位置 2w3w4w5w 解析橡皮筋每增加一條 對小車做的功就增加w 解析答案 4 從理論上講 橡皮筋做的功wn和物體速度vn變化的關系應是wn 請你根據表中測定的數據在如圖12所示的坐標系中作出相應的圖象驗證理論的正確性 解析答案 圖12 解析縱坐標表示速度的平方 橫坐標表示功 利用描點法描出各組數據對應的點 然后用平滑曲線連線作出 wn圖象 如圖所示 答案見解析圖 3 某學習小組在 探究功與速度變化的關系 的實驗中采用了如圖13甲所示的實驗裝置 變式題組 圖13 解析答案 解析將滑塊輕置于氣墊導軌上 看其是否滑動 將滑塊置于氣墊導軌上 看輕推是否勻速運動 1 將氣墊導軌接通氣泵 通過調平螺絲調整氣墊導軌使之水平 檢查是否調平的方法是 將滑塊輕置于氣墊導軌上 看其是否滑動 將滑塊置于氣墊導軌上 看輕推是否勻速運動 2 如圖乙所示 游標卡尺測得遮光條的寬度 d cm 實驗時 將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上 向后拉伸一定的距離 并做好標記 以保證每次拉伸的距離恒定 現測得掛一根橡皮條時 滑塊彈離橡皮條后 經過光電門的時間為 t 則滑塊最后勻速運動的速度表達式為v 用字母表示 解析答案 0 55 3 逐條增加橡皮條 記錄每次遮光條經過光電門的時間 并計算出對應的速度 則畫出的w v2圖象應是 解析答案 一條過原點的直線 1 實驗原理 實驗八驗證機械能守恒定律 通過實驗 求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應過程動能的增加量 若二者相等 說明守恒 從而驗證機械能守恒定律 2 實驗器材 電源 紙帶 復寫紙 重物 鐵架臺 帶鐵夾 導線兩根 如圖14所示 圖14 答案 機械能 打點計時器 刻度尺 3 實驗步驟 1 安裝器材 將固定在鐵架臺上 用導線將打點計時器與低壓電源相連 2 打紙帶用手豎直提起紙帶 使重物?？吭诖螯c計時器下方附近 先 再 讓重物自由下落 打點計時器就在紙帶上打出一系列的點 取下紙帶 換上新的紙帶重打幾條 3 5條 紙帶 答案 打點計時器 接通電源 松開紙帶 3 選紙帶 分兩種情況說明 若選第1點o到下落到某一點的過程 即用來驗證 應選點跡清晰 且1 2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶 用驗證時 由于重力勢能的相對性 處理紙帶時選擇適當的點為基準點 這樣紙帶上打出的第1 2兩點間的距離是否小于或接近2mm就無關緊要了 答案 4 數據處理 g 答案 5 實驗結論 在的范圍內 自由落體運動過程機械能守恒 6 誤差分析 1 測量誤差 減小測量誤差的方法 一是測下落距離時都從o點量起 一次將各打點對應下落高度測量完 二是多測幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 故動能的增加量必定稍于重力勢能的減少量 ep mghn 改進辦法是調整安裝的器材 盡可能地減小 答案 誤差允許 小 阻力 7 注意事項 1 打點計時器要豎直 安裝打點計時器時要架穩(wěn) 使其兩限位孔在同一豎直平面內 以減少 2 重物應選用質量大 體積小 密度大的材料 3 應先接通電源 讓打點計時器正常工作 后松開紙帶讓重物下落 4 測長度 算速度 某時刻的瞬時速度的計算應用vn 不能用vn 或vn gt來計算 答案 豎直 摩擦阻力 例4如圖15所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖 現有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實驗 除了所給的器材 還需要的器材是 a 米尺b 秒表c 直流電源d 交流電源 解析 解析為完成此實驗 還需要測量長度的工具米尺 電磁打點計時器需要交流電源 圖15 2 下面列舉了該實驗的幾個操作步驟 其中操作不當的一個步驟是 a 用天平測出重錘的質量b 按照圖示的裝置安裝器件c 先釋放紙帶 后接通電源d 測量紙帶上某些點間的距離 解析 解析操作不當的是先釋放紙帶 后接