高三物理二輪復習 專題6 第1講力學實驗課件.ppt

走向高考 物理 路漫漫其修遠兮吾將上下而求索 新課標版 二輪專題復習 高考物理實驗 專題六 第一講力學實驗 專題六 實驗原理1 打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器 它接在頻率為50hz的交流電源上使用時 每隔0 02秒打一次點 因此 紙帶上的點就表示了和紙帶相連的運動物體在不同時刻的位置 通過研究紙帶上點跡間的距離 就可以確定物體的運動情況 研究勻變速直線運動 某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加速度 電源頻率f 50hz 在紙帶上打出的點中 選出零點 每隔4個點取1個計數(shù)點 因保存不當 紙帶被污染 如圖所示 a b c d是依次排列的4個計數(shù)點 僅能讀出其中3個計數(shù)點到零點的距離 sa 16 6mm sb 126 5mm sd 624 5mm 若無法再做實驗 可由以上信息推知 相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為 s 打c點時物體的速度大小為 m s 取2位有效數(shù)字 物體的加速度大小為 用sa sb sd和f表示 2014 鄭州模擬 如圖所示 某同學在做 研究勻變速直線運動 的實驗中 由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶 紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為t 0 1s 其中s1 7 05cm s2 7 68cm s3 8 33cm s4 8 95cm s5 9 61cm s6 10 26cm 則打a點時小車的瞬時速度大小是 m s 計算小車運動的加速度的表達式為a 加速度大小是 m s2 計算結果保留兩位有效數(shù)字 實驗原理利用彈簧懸掛重物靜止時 彈簧的彈力跟重物所受的重力大小相等 只要測出每次懸掛重物的重力大小f和彈簧伸長的長度x 建立f x坐標 描點作圖 即可探究 主干整合1 實驗中一定要在彈性限度內 不能掛過多的鉤碼 使彈簧超過彈性限度 損壞彈簧 探究彈力和彈簧伸長量的關系 2 讀取彈簧下端所對應的刻度時 要用三角板 并且視線垂直于刻度 力求讀數(shù)準確 如圖所示 并且要等鉤碼靜止時再讀數(shù) 3 作圖象時 不要連成 折線 而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側 2014 新課標 某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度 圈數(shù) 的關系 實驗裝置如圖 a 所示 一均勻長彈簧豎直懸掛 7個指針p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6分別固定在彈簧上距懸點0 10 20 30 40 50 60圈處 通過旁邊豎直放置的刻度尺 可以讀出指針的位置 p0指向0刻度 設彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結果及部分計算結果如下表所示 n為彈簧的圈數(shù) 取重力加速度為9 80m s2 已知實驗所用彈簧總圈數(shù)為60 整個彈簧的自由長度為11 88cm 1 將表中數(shù)據補充完整 2 以n為橫坐標 1 k為縱坐標 在圖 b 給出的坐標紙上畫出1 k n圖象 3 圖 b 中畫出的直線可以近似認為通過原點 若從試驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧 該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關系表達式為k n m 該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0 單位為m 的關系的表達式為k n m 解析 本題考查探究彈簧勁度系數(shù)k與其長度 圈數(shù) 的關系實驗中 處理實驗數(shù)據的多種方法 如列表法 圖象法 解題關鍵是從實驗原理出發(fā)分析數(shù)據規(guī)律 作好圖象找出關系 2014 湖北八校二聯(lián) 如圖為 測量彈簧勁度系數(shù) 的實驗裝置圖 彈簧的上端固定在鐵架臺上 下端裝有指針及掛鉤 指針恰好指向一把豎直立起的毫米刻度尺 現(xiàn)在測得在掛鉤上掛上一定數(shù)量鉤碼時指針在刻度尺上的讀數(shù)如下表 已知所有鉤碼的質量可認為相同且m0 50g 當?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 請回答下列問題 1 請根據表格數(shù)據計算出彈簧的勁度系數(shù)k n m 結果保留兩位有效數(shù)字 2 考慮到在沒有掛鉤碼時彈簧自身有重量 測量的勁度系數(shù)與真實值相比較 填 偏大 偏小 或 沒有影響 答案 1 31或32 2 沒有影響 解析 利用題目中表格數(shù)據可畫出f x的圖象 求圖線斜率可得彈簧的勁度系數(shù)k 31或32n m 由圖表可知 不掛鉤碼時的彈簧長度就相當于原長了 在描繪f x圖象中 彈簧的自身重量不影響勁度系數(shù) 驗證平行四邊形定則 主干整合1 在本實驗中 合力與分力產生的效果指的是 使橡皮條在某一方向上伸長相同的長度 2 結點o的定位要準確 同一次實驗中橡皮條拉長后的結點位置o必須保持不變 3 畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕?并且要一致 盡量使圖畫得大一些 要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形 4 在描點確定力的方向時 要注意使兩點間的距離適當大些 以減小誤差 1 在 探究求合力的方法 時 先將橡皮條的一端固定在水平木板上 另一端系上帶有繩套的兩根細繩 實驗時 先后兩次拉伸橡皮條 一次是用兩個彈簧秤通過兩細繩互成角度地拉橡皮條 另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條 在本實驗中 下列說法正確的是 a 實驗過程中 彈簧秤 細繩 橡皮條都應與木板平行b 兩次拉橡皮條時都應將橡皮條沿相同方向拉到相同長度c 拉橡皮條的細繩要長些 標記同一細繩方向的兩點要遠些d 實驗中只要把作出的兩個力的合力與另一個合力的大小進行比較就可以了 2 在驗證力的平行四邊形定則實驗中 如圖甲 乙所示 某同學分別用彈簧秤將橡皮條的結點拉到同一位置o 記下圖甲中彈簧秤的拉力 f1 2 0n f2 2 6n 圖乙中彈簧秤的拉力 f 3 6n 力的方向分別用虛線ob oc和od表示 請你按圖中的比例尺 在圖丙中作出f1 f2的合力與f 解析 本題考查驗證力的平行四邊形定則實驗 1 因為是在與紙面平行的平面內來研究力的合成 所以實驗過程中 彈簧秤 細繩 橡皮條都應與木板平行 即a正確 兩次拉橡皮條時產生的效果是相同的 所以應將橡皮條沿相同方向拉到相同長度 即b正確 拉橡皮條的細繩長些 標記同一細繩方向的兩點距離遠些會使誤差小些 所以c正確 實驗中不但要把作出的兩個力的合力與另一個合力的大小進行比較 還要比較方向 所以d錯誤 2 按照比例尺畫出各力的大小 結合平行四邊形定則作圖即可 答案 1 abc 2 如圖所示 2014 原創(chuàng)題 在做 驗證力的平行四邊形定則 實驗時 1 要使每次合力與分力產生的效果相同 必須 a 每次將橡皮條拉到同樣的位置b 每次把橡皮條拉直c 每次準確讀出彈簧測力計的示數(shù)d 每次記準細繩的方向 2 如圖所示 由于f1的誤差使f1與f2的合力f方向略向左偏 引起這一結果的原因可能是f1的大小比真實值偏 或者f1方向與f2方向的夾角比真實值偏 答案 a大大 解析 驗證力的平行四邊形定則時 因為合力與分力要產生相同的效果即橡皮條有相同的形變 所以每次要將橡皮條拉到同樣的位置 由題圖可知 平行四邊形對角線偏左 可能的原因是f1的大小比真實值偏大 或者f1方向與f2方向的夾角比真實值偏大 實驗原理本實驗共有f m a三個參量 探究加速度a與作用力f及物體的質量m的關系時 應用的方法是控制變量法 即先控制一個參量 小車的質量m不變 討論a與f的關系 再控制小桶和砂的質量不變 即f不變 改變小車質量m 討論a與m的關系 驗證牛頓第二定律 主干整合1 本實驗的一個重要步驟是平衡摩擦力 平衡摩擦力是指小車所受動力 重力沿斜面向下的分力 與小車所受阻力 包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車后所拖紙帶的摩擦力 大小相等 實驗中 應在小車后拖上紙帶 先接通電源 再用手給小車一個初速度 若在紙帶上打出的點的間隔基本上均勻 就表明平衡了摩擦力 否則必須重新調整小木塊的位置 并且注意在平衡摩擦力時不要把懸掛小桶的細線系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 2014 新課標 某同學利用圖 a 所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖 如圖 b 所示 實驗中小車 含發(fā)射器 的質量為200g 實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕定滑輪 小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到 回答下列問題 1 根據該同學的結果 小車的加速度與鉤碼的質量成 填 線性 或 非線性 關系 2 由圖 b 可知 a m圖線不經過原點 可能的原因是 3 若利用本實驗裝置來驗證 在小車質量不變的情況下 小車的加速度與作用力成正比 的結論 并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力 則實驗中應采取的改進措施是 鉤碼的質量應滿足的條件是 解析 本題主要考查了 加速度與物體受力的關系 中的誤差分析習題 關鍵要理解產生誤差的原因 1 由圖象可以判斷加速度與鉤碼的質量或非線性關系 2 當有拉力時無加速度說明存在摩擦力 3 為了驗證實難結論 要平衡摩擦力 本實驗中由于把鉤碼的重力作為拉力 因此必需滿足m m的條件 答案 1 非線性 2 存在摩擦力 3 調節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質量 2014 貴州六校聯(lián)考 某同學用圖 a 所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律 1 通過實驗得到如圖 b 所示的a f圖象 造成這一結果的原因是 在平衡摩擦力時木板與水平桌面的夾角 填 偏大 或 偏小 2 該同學在平衡摩擦力后進行實驗 為了便于探究 減小誤差 應使小車質量m與砝碼和盤的總質量m滿足 的條件 3 該同學得到如圖 c 所示的紙帶 已知打點計時器電源頻率為50hz a b c d e f g是紙帶上7個計數(shù)點 兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出 由此可算出小車的加速度a m s2 結果保留兩位有效數(shù)字 答案 1 偏大 2 m m 3 0 20 解析 1 圖中當f 0時 a 0 也就是說當繩子上沒有拉力時 小車的加速度不為0 說明小車受的摩擦力小于重力沿斜面向下的分力 所以原因是平衡摩擦力時木板傾角過大 實驗原理1 作用在物體上的力越大 在力的方向上發(fā)生的位移越大 力對物體做的功就越多 而力越大產生的加速度也就越大 物體通過較大的位移后獲得的速度也就越大 所以力對物體做的功與速度是正比關系 可能與速度的一次方 二次方 三次方等成正比 探究動能定理 2 如圖所示 小車在一條橡皮筋的作用下彈出 沿木板滑行 當我們用2條 3條 同樣的橡皮筋進行第2次 第3次 實驗時 每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致 那么 第2次 第3次 實驗中橡皮筋對小車做的功就是第一次的2倍 3倍 如果把第一次實驗時橡皮筋的功記為w 以后各次的功就是2w 3w 橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出 進行若干次測量 就得到若干組功和速度的數(shù)據 以橡皮筋對小車做的功為縱坐標 小車獲得的速度為橫坐標 以第一次實驗時的功w為單位 作出w v曲線即功 速度曲線 分析這條曲線 可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系 主干整合1 按圖組裝好實驗器材 小車在運動中會受到阻力 平衡阻力的方法是將木板固定在打點計時器的一端墊起適當?shù)母叨?使小車緩慢勻速下滑 2 在處理數(shù)據時 應先對測量數(shù)據進行估計 大致判斷兩個量可能的關系 然后以w為縱坐標 v2 或v v3 為橫坐標作圖 2014 天津 某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌面上 將細繩一端拴在小車上 另一端繞過定滑輪 掛上適當?shù)你^碼 使小車在鉤碼的牽引下運動 以此定量研究繩拉力做功與小車動能變化的關系 此外還準備了打點計時器及配套的電源 導線 復寫紙 紙帶 小木塊等 組裝的實驗裝置如圖所示 1 若要完成該實驗 必須的實驗器材還有哪些 2 實驗開始時 他先調節(jié)木板上定滑輪的高度 使牽引小車的細繩與木板平行 他這樣做的目的是下列的哪個 填字母代號 a 避免小車在運動過程中發(fā)生抖動b 可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰c 可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動d 可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力 3 平衡摩擦力后 當他用多個鉤碼牽引小車時 發(fā)現(xiàn)小車運動過快 致使打出的紙帶上點數(shù)較少 難以選到合適的點計算小車速度 在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下 請你利用本實驗的器材提出一各解決方法 4 他將鉤碼重力做的功當做細繩拉力做的功 經多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些 這一情況可能是下列哪些原因造成的 填字母代號 a 在接通電源的同時釋放了小車b 小車釋放時離打點計時器太近c 阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉d 鉤碼做勻加速運動 鉤碼重力大于細繩拉力 解析 本題考查探究繩拉力做功實驗的器材 步驟 原理及誤差分等 解答關鍵在于明白實驗原理的情況下 進行誤差來源的分析 1 還需刻度尺 天平 2 使牽引小車的細繩與木板平行 目的是使在平衡摩擦力后使細繩的拉力等于小車所受的合力 d正確 3 使小車的質量增大 在同樣拉力作用下 加速度減小 小車速度增加得慢 可以打更多的點 4 接通電源的同時釋放小車 不會對實驗造成誤差 a錯誤 小車釋放點離打點計時器近或遠點 只是鉤碼下落的高度不同而已 對實驗不會造成誤差 b錯誤 由于阻力的存在小車運動過程還要克服阻力做功 由動能定理得wf wf ek 所以wf wf ek 選項c正確 鉤碼重力大于細繩的拉力 則鉤碼重力做的功比細繩拉小車的力對小車做的功多 而繩對小車的拉力做的功等于小車動能 所以wg ek 所以d正確 實驗題目往往需要從原理展開 根據實驗原理可確定實驗所需的器材 實驗的步驟及分析系統(tǒng)誤差等 答案 1 刻度尺 天平 包括砝碼 2 d 3 可在小車上加適量的砝碼 或鉤碼 4 cd 2014 山西太原一模 某同學用圖1所示裝置進行 探究恒力做功與動能改變的關系 實驗 平衡摩擦力后 通過實驗得到圖2所示的紙帶 紙帶上o為小車運動起始時刻所打的點 選取時間間隔為0 1s的相鄰計數(shù)點a b c d e f 實驗時小車的質量為0 390kg 小車受到細繩的拉力為0 40n 回答下列問題 計算結果保留3位有效數(shù)字 1 小車從o到e 所受合力做的功w j 動能變化量 ek j 2 實驗中該同學發(fā)現(xiàn)w略大于 ek 其主要原因是 寫出一條即可 答案 1 0 1880 180 2 小車受到空氣阻力的作用 紙帶阻力等 從系統(tǒng)誤差的角度答 驗證機械能守恒定律 主干整合1 安裝打點計時器時 必須使紙帶兩限位孔在同一豎直線上 且重物應選用質量和密度較大的物體以減小摩擦阻力 2 實驗時必須保持提起的紙帶豎直 手不動 待接